Gün öýjükleriniň işleýşi

Gün öýjükleri adaty batareýalaryň funksiýalaryny öndürmek üçin gün şöhlesini siňdiriň. Traditionalöne adaty batareýalardan tapawutlylykda, adaty batareýalaryň çykyş naprýa .eniýesi we iň ýokary çykyş güýji kesgitlenýär, gün öýjükleriniň çykyş naprýa .eniýesi, tok we güýji yşyklandyryş şertleri we iş nokatlary bilen baglanyşykly. Şol sebäpli gün öýjüklerini elektrik öndürmek üçin ulanmak üçin, häzirki wolt gatnaşyklaryna we gün öýjükleriniň iş ýörelgesine düşünmeli.

Gün şöhlesiniň spektral yşyklandyrylyşy:

Gün öýjükleriniň energiýa çeşmesi gün şöhlesidir, şonuň üçin gün şöhlesiniň intensiwligi we spektri gün öýjüginiň häzirki we naprýa outputeniýesini kesgitleýär. Haçan-da bir zat Günüň aşagyna goýlanda, gün şöhlesini iki görnüşde alýandygyny bilýäris, biri göni gün şöhlesidir, beýlekisi ýer ýüzündäki beýleki zatlar tarapyndan dargandan soň gün şöhlesini ýaýradýar. Adaty ýagdaýlarda, gün öýjügi alýan ýagtylygyň takmynan 80% -i göni hadysanyň çyrasydyr. Şonuň üçin indiki söhbetdeşligimizde gün şöhlesine göni täsir etmek meselesi hem jemlener.

Gün şöhlesiniň intensiwligi we spektri spektr şöhlelenmesi bilen aňladylyp bilner, bu bir birlik meýdanyna tolkun uzynlygy üçin ýagtylyk güýji (W / ㎡um). Gün şöhlesiniň intensiwligi (W / ㎡) spektr yşyklandyrylyşynyň ähli tolkun uzynlyklarynyň jemi. Gün şöhlesiniň spektrli yşyklandyrylmagy ölçenen ýagdaý we Günüň'ser ýüzüne görä burçy bilen baglanyşyklydyr. Sebäbi gün şöhlesi ýeriň ýüzüne ýetmezden ozal atmosfera tarapyndan siňer we dargaýar. Positionagdaýyň we burçuň iki faktory, adatça howa massasy (AM) diýilýär. Gün ýagtylygy üçin AMO, gün şöhle saçýan mahaly kosmosdaky ýagdaýa degişlidir. Lightagtylygyň intensiwligi takmynan 1353 W / is, takmynan 5800K temperaturaly garaýagyz radiasiýa tarapyndan öndürilen ýagtylyk çeşmesine deňdir. AMI ýer ýüzündäki ýagdaýa degişlidir, gün göni şöhle saçanda, ýagtylygyň intensiwligi takmynan 925 W / m2 bolýar. AMI.5 ýer ýüzündäki ýagdaýa degişlidir, Gün 45 gradus burçda bolanda, ýagtylygyň intensiwligi takmynan 844 W / m2 bolýar. AM 1.5, adatça, ýeriň ýüzünde gün şöhlesiniň ortaça yşyklandyrylyşyny görkezmek üçin ulanylýar. Gün öýjükleriniň modeli:

Lightagtylyk ýok wagty gün öýjügi pn birleşýän diod ýaly hereket edýär. Ideal diodyň häzirki naprýa .eniýe gatnaşygy ýaly aňladylyp bilner

Toky aňladýan ýerimde, V naprýa .eniýäni, doýma toguny we VT = KBT / q0, bu ýerde KB BoItzmann hemişelikini görkezýär, q0 birlik elektrik zarýady, T bolsa temperatura. Otag otagynda, VT = 0.026v. Pn diod tokynyň ugrunyň enjamda P görnüşinden n görnüşine akymynyň kesgitlenýändigini we naprýatageeniýeniň polo positiveitel we otrisatel bahalarynyň P görnüşli terminal potensialy hökmünde kesgitlenýändigini bellemelidiris; n görnüşli terminal potensialyna minus. Şonuň üçin bu kesgitleme ýerine ýetirilse, gün öýjügi işleýän wagty naprýa .eniýe bahasy polo isitel, häzirki bahasy otrisatel we IV egrilik dördünji kwadrantda. Okyjylar bu ýerde ideal diod diýilýän zadyň köp fiziki şertlere esaslanýandygyny we hakyky diodlaryň enjamyň häzirki naprýatageeniýe gatnaşyklaryna täsir edýän käbir daşky däl faktorlara eýe boljakdygyny ýatlatmalydyrys, nesil-rekombinasiýa toky, bu ýerde ýeňiş gazandyk. ' köp pikir alyşma. Gün öýjügi ýagtylyga sezewar bolanda, pn diodda fotokurrent bolar. Pn çatrygynyň gurlan elektrik meýdany ugry n görnüşinden p görnüşine çenli bolany üçin, fotonlaryň siňdirilmegi netijesinde emele gelen elektron deşik jübütleri n görnüşiniň ujuna, deşikler p tarapa ylgaýar - görnüşiň soňy. Ikisinden emele gelen fotokurrent n görnüşinden p görnüşine geçer. Adatça, diodyň öňe gidýän ugry p-görnüşden n-görnüşe akýan ýaly kesgitlenýär. Şeýlelik bilen, ideal diod bilen deňeşdirilende, gün öýjüginiň yşyklandyrylanda döredýän fotokurrenti otrisatel tokdyr. Gün öýjüginiň häzirki naprýa .eniýe gatnaşygy ideal diod we negatiw fotokurrent IL bolup, ululygy:

Başgaça aýdylanda, ýagtylyk ýok bolanda, IL = 0, gün öýjügi adaty dioddyr. Gün öýjügi gysga utgaşanda, ýagny V = 0 bolanda, gysga utgaşma tok Isc = -IL bolýar. .Agny, gün öýjügi gysga utgaşanda, gysga utgaşma tok hadysanyň ýagtylygy netijesinde emele gelen fotokurrentdir. Gün öýjügi açyk zynjyr bolsa, ýagny I = 0 bolsa, açyk zynjyryň naprýa: eniýesi:

Surat 2. Gün öýjüginiň ekwiwalent zynjyry: (a) bolmasa, (b) seriýaly we awtomatiki rezistorlar bilen. Bu ýerde açyk zynjyr naprýa .eniýesiniň we gysga utgaşdyryjy tokyň gün öýjükleriniň häsiýetleriniň iki möhüm parametridigini bellemek gerek.

Gün öýjüginiň kuwwaty tok we naprýa .eniýeniň önümidir:

Elbetde, gün öýjüginiň güýji belli bir baha däl. Belli bir tok woltly iş nokadynda iň ýokary baha ýetýär we iň ýokary çykyş güýji Pmax dp / dv = 0 bilen kesgitlenip bilner. Iň ýokary çykaryş güýji Pmax-da çykyş naprýa: eniýesini çykaryp bileris:

we çykyş tok:

Gün öýjüginiň iň ýokary çykyş güýji:

Gün öýjüginiň netijeliligi, gün öýjüginiň hadysanyň çyrasyny iň ýokary çykýan elektrik güýjüne öwürýän gatnaşygy aňladýar:

Gün öýjükleriniň netijeliligini ölçemek, pin = 1000W / with bilen gün şöhlesine meňzeş ýagtylyk çeşmesini ulanýar.

Synagda gün öýjükleriniň häzirki naprýa .eniýe gatnaşygy ýokardaky teoretiki beýany doly ýerine ýetirmeýär. Sebäbi fotowoltaik enjamyň özi seriýa garşylygy we şunt garşylygy diýilýär. Islendik ýarymgeçiriji material ýa-da ýarymgeçiriji bilen metalyň arasyndaky baglanyşyk üçin, fotowoltaik enjamyň seriýa garşylygyny emele getirjek hökmany suratda has uly ýa-da az garşylyk bolar. Başga bir tarapdan, fotowoltaik enjamyň polo positiveitel we otrisatel elektrodlarynyň arasyndaky ideal Pn diodyndan başga islendik häzirki ýol, enjamdaky nesil-rekombinasiýa togy ýaly syzma toky diýlip atlandyrylýar. , ýerüsti rekombinasiýa tok, enjamyň doly däl izolýasiýasy we metal aragatnaşygyň aralaşmagy.

Adatça, gün öýjükleriniň syzýan tokyny, ýagny Rsh = V / Ileak kesgitlemek üçin şunt garşylygy ulanýarys. Awtoulagyň garşylygy näçe uly bolsa, syzmak toky şonça-da azdyr. Bilelikdäki garşylyk Rs we şunt garşylygy Rsh diýip hasaplasak, gün öýjüginiň häzirki naprýa .eniýe gatnaşygy şeýle ýazylyp bilner:

Şeýle hem, seriýa garşylygyň we şunt garşylygynyň täsirlerini jemlemek üçin diňe bir parametr, doldurma faktory diýlip atlandyrylyp bilner. hökmünde kesgitlenildi:

Seriýa garşylygy ýok bolsa we awtoulagyň garşylygy çäksiz bolsa (syzdyryjy tok ýok bolsa) doldurmak faktorynyň iň ýokarydygy äşgärdir. Seriýa garşylygynyň islendik ýokarlanmagy ýa-da awtoulagyň garşylygynyň peselmegi doldurma faktoryny azaldar. Şeýlelik bilen. Gün öýjükleriniň netijeliligini üç möhüm parametr bilen aňladyp bolar: açyk zynjyr naprýa .eniýesi Voc, gysga utgaşdyryjy tok Isc we doldurma faktory FF.

Elbetde, gün öýjüginiň netijeliligini ýokarlandyrmak üçin bir wagtyň özünde açyk zynjyr naprýa .eniýesini, gysga utgaşma toguny (ýagny fotokurrent) köpeltmeli we doldurma faktoryny (ýagny seriýa garşylygy we syzyş tokyny azaltmaly).

Açyk zynjyr naprýa .eniýesi we gysga utgaşma tok: Öňki formula görä, gün öýjüginiň açyk zynjyr naprýa .eniýesi fotokurrent we doýgun öýjük bilen kesgitlenýär. Ondarymgeçiriji fizikanyň nukdaýnazaryndan açyk zynjyr naprýa .eniýesi, kosmos zarýad sebitindäki elektronlar bilen deşikleriň arasyndaky Fermi energiýa tapawudyna deňdir. Iň oňat Pn diodynyň doýma toky barada aýdylanda bolsa, ulanyp bilersiňiz:

aňlatmak üçin. bu ýerde q0 birlik zarýadyny aňladýar, ni ýarymgeçirijiniň içerki daşaýjy konsentrasiýasyny, ND we NA donoryň konsentrasiýasyny, kabul ediji, Dn we Dp hersi elektronlaryň we deşikleriň diffuziýa koeffisiýentini görkezýär, ýokardaky aňlatma n göz öňünde tutýar - Iki görnüşli sebitiň we p görnüşli sebitiň ikisiniň hem giňligi. Adatça, p görnüşli substratlary ulanýan gün öýjükleri üçin n görnüşli meýdan gaty pes we ýokardaky aňlatmany üýtgetmeli.

Öň aýdypdyk, gün öýjügi yşyklandyrylanda, fotokurrent emele gelýär we fotokurrent gün öýjüginiň tok naprýa .eniýesinde ýapyk tok bolup durýar. Bu ýerde fotokurrentiň gelip çykyşyny gysgaça suratlandyrarys. Birligiň wagtyna (m -3 s -1 birlik) göterijileriň öndüriliş tizligi ýagtylygyň siňdiriş koeffisiýenti bilen kesgitlenýär.

Olaryň arasynda, waka fotonlarynyň intensiwligi (ýa-da foton akymynyň dykyzlygy) bolan ýagtylyk siňdiriş koeffisiýentini, R şöhlelendirme koeffisiýentini aňladýar, şonuň üçin şöhlelenmeýän hadysa fotonlarynyň intensiwligini görkezýär. Fotokurrent döredýän üç esasy mehanizm: p görnüşli sebitdäki azlyk daşaýjy elektronlaryň diffuziýa akymy, n görnüşli sebitdäki azlyk daşaýjy deşikleriň ýaýramagy we kosmos zarýad sebtindäki elektronlaryň we deşikleriň süýşmegi. tok. Şonuň üçin fotokurrent takmynan şeýle aňladylyp bilner:

Olaryň arasynda Ln we Lp hersi p görnüşli sebitdäki elektronlaryň we n görnüşli sebitdäki deşikleriň diffuziýa uzynlygyny görkezýär we kosmos zarýad sebitiniň giňligidir. Bu netijeleri jemläp, açyk zynjyr naprýa foreniýesi üçin ýönekeý aňlatma alýarys:

bu ýerde Vrcc birligiň göwrümine elektron deşik jübütleriniň rekombinasiýa tizligini görkezýär. Elbetde, bu tebigy netije, sebäbi açyk zynjyr naprýa .eniýesi kosmos zarýad sebitindäki elektronlar bilen deşikleriň arasyndaky Fermi energiýa tapawudyna deňdir we elektronlar bilen deşikleriň arasyndaky Fermi energiýa tapawudy göterijiniň öndüriliş tizligi we rekombinasiýa tizligi bilen kesgitlenýär. .