Кояш күзәнәкләре ничек эшли

Кояш күзәнәкләре гади батарейкалар функцияләрен чыгару өчен кояш нурларын сеңдерегез. Ләкин традицион батареялардан аермалы буларак, чыгу көчәнеше һәм традицион батарейкаларның максималь чыгу көче тотрыклы, ә кояш күзәнәкләренең чыгу көчәнеше, ток һәм көче яктырту шартлары һәм йөкләү нокталары белән бәйле. Шуңа күрә, электр энергиясен чыгару өчен кояш күзәнәкләрен куллану өчен, сез ток көчәнешенең бәйләнешен һәм кояш күзәнәкләренең эш принцибын аңларга тиеш.

Кояш нурының спектраль яктыртылуы:

Кояш күзәнәкләренең энергия чыганагы - кояш нуры, шуңа күрә кояш нурының интенсивлыгы һәм спектры кояш күзәнәгенең ток һәм көчәнеш чыганагын билгели. Без беләбез, берәр нәрсә кояш астына куелгач, ул ике якта кояш нурын ала, берсе туры кояш нуры, икенчесе җир өстендәге башка әйберләр таралгач, кояш нуры. Гадәттәгечә, туры вакыйга яктылыгы кояш күзәнәге алган яктылыкның 80% тәшкил итә. Шуңа күрә, безнең киләсе дискуссия кояш нурларына турыдан-туры тәэсир итүгә дә игътибар итәчәк.

Кояш нурының интенсивлыгы һәм спектры спектр иррадициясе белән күрсәтелергә мөмкин, бу берәмлек мәйданына дулкын озынлыгына яктылык көче (W / ㎡um). Кояш нурының интенсивлыгы (W / ㎡) - спектр яктыртуының барлык дулкын озынлыклары суммасы. Кояш нурының спектрын яктырту үлчәнгән позиция һәм кояш почмагы белән бәйле. Чөнки кояш нуры surfaceир өслегенә җиткәнче атмосфера белән үзләштереләчәк. Позиция һәм почмакның ике факторы, гадәттә, һава массасы (AM) дип атала. Кояшны яктырту өчен, AMO кояш турыдан-туры балкып торган космостагы хәлне аңлата. Аның яктылык интенсивлыгы якынча 1353 Вт / is, бу якынча 5800К температурасы булган кара нурланыш җитештергән яктылык чыганагына тигез. AMI җир өстендәге ситуацияне аңлата, кояш туры балкып торганда, яктылык интенсивлыгы якынча 925 Вт / м2. AMI.5 surfaceир өслегендәге хәлне аңлата, кояш 45 градус почмакта булганда, яктылык интенсивлыгы якынча 844 Вт / м2. AM 1.5, гадәттә, surfaceир өслегендә кояш нурларының уртача яктыртылуы өчен кулланыла. Кояш күзәнәкләренең схемасы:

Яктылык булмаганда, кояш күзәнәге pn тоташу диоды кебек эш итә. Идеаль диодның ток-көчәнеш бәйләнеше шулай итеп күрсәтелергә мөмкин

Кайда мин токны күрсәтәм, V көчәнешне күрсәтә, туендыру токы, һәм VT = KBT / q0, монда КБ BoItzmann даими, q0 берәмлек электр корылмасы, T - температура. Бүлмә температурасында VT = 0.026v. Әйтергә кирәк, Pn диод токының юнәлеше җайланмадагы P-типтан n-типка агылу өчен билгеләнә, һәм көчәнешнең уңай һәм тискәре кыйммәтләре P тибындагы терминал потенциалы итеп билгеләнә. n тибындагы терминал потенциалына минус. Шуңа күрә, бу билгеләмә үтәлсә, кояш күзәнәге эшләгәндә, аның көчәнеш бәясе уңай, хәзерге кыйммәте тискәре, һәм IV кәкре дүртенче квадратта. Укучыларга монда искә төшерергә кирәк, идеаль диод күп физик шартларга нигезләнгән, һәм фактик диодлар табигый рәвештә җайланманың ток-көчәнеш бәйләнешенә йогынты ясаучы кайбер факторларга ия булачак, мәсәлән, буын-рекомбинация токы, без монда җиңдек. ' бу турыда күп сөйләшү. Кояш күзәнәге яктылыкка эләккәч, pn диодында фотокурцент булачак. Pn чишелешенең урнаштырылган электр кыры юнәлеше n-типтан p-типка булганлыктан, фотоннарның үзләштерүеннән барлыкка килгән электрон тишек парлары n тибындагы очка таба йөгерәчәк, ә тишекләр p ягына таба йөгерәчәк. - тип ахыры. Икесеннән ясалган фотокуррент n-типтан p-типка агылачак. Гадәттә, диодның алга таба агым юнәлеше p-типтан n-типка агып тора. Шул рәвешле, идеаль диод белән чагыштырганда, кояш күзәнәге яктыртылган фотокурцент тискәре ток. Кояш күзәнәгенең хәзерге көчәнеш бәйләнеше идеаль диод һәм тискәре фотокуррентлы IL, аның зурлыгы:

Башкача әйткәндә, яктылык булмаганда, IL = 0, кояш күзәнәге гади диод кына. Кояш күзәнәге кыска әйләнештә булганда, ягъни V = 0 булганда, кыска схема токы Isc = -IL. Ягъни, кояш күзәнәге кыска әйләнештә булганда, кыска схема токы - вакыйга нуры аркасында барлыкка килгән фотокурцент. Кояш күзәнәге ачык схема булса, ягъни I = 0 булса, аның ачык чылбыр көчәнеше:

Рәсем 2. Кояш күзәнәкләренең эквивалент чылбыры: а )сыз, б) серияле һәм шант резисторлары белән. Монда ассызыкларга кирәк, ачык схема көчәнеше һәм кыска схема токы - кояш күзәнәкләренең ике мөһим параметры.

Кояш күзәнәгенең көче ток һәм көчәнеш продукты:

Билгеле, кояш күзәнәгенең көче билгеле бер кыйммәт түгел. Ул билгеле ток-көчәнеш эш ноктасында максималь кыйммәткә җитә, һәм Pmax максималь чыгару көче dp / dv = 0 белән билгеләнергә мөмкин. Pmax максималь чыгару көчендә чыгу көчәнеше:

һәм чыгу агымы:

Кояш күзәнәгенең максималь чыгару көче:

Кояш күзәнәгенең эффективлыгы кояш күзәнәгенең вакыйгалар нурының максималь электр энергиясенә әверелүен күрсәтә, ягъни:

Гомуми кояш күзәнәкләренең эффективлыгын үлчәү пин = 1000W / with белән кояш нурына охшаган яктылык чыганагын куллана.

Эксперименталь рәвештә, кояш күзәнәкләренең ток-көчәнеш бәйләнеше югарыдагы теоретик тасвирламага тулысынча туры килми. Чөнки фотовольта җайланмасы үзе серия каршылыгы һәм шант каршылыгы дип атала. Төрле ярымүткәргеч материал өчен, яки ярымүткәргеч белән металл арасындагы контакт өчен, котылгысыз рәвештә зуррак яки азрак каршылык булачак, бу фотоволтаик җайланманың серия каршылыгын формалаштырачак. Икенче яктан, фотоволтаик җайланманың уңай һәм тискәре электродлары арасында идеаль Pn диодыннан башка теләсә нинди агым юлы җайланмадагы буын-рекомбинация токы кебек агып торган токка китерәчәк. , өслек рекомбинациясе токы, җайланманың тулы булмаган изоляциясе, металл контакт үтеп керү урыны.

Гадәттә, без кояш күзәнәкләренең агып торган токын билгеләү өчен шант каршылыгын кулланабыз, ягъни Rsh = V / Ileak. Шант каршылыгы зуррак булса, агып торган ток кечерәк. Әгәр дә без уртак каршылыкны Rs һәм шант каршылыгы Rsh дип санасак, кояш күзәнәгенең ток-көчәнеш бәйләнеше болай язылырга мөмкин:

Без шулай ук ​​бер параметрны куллана алабыз, тутыру факторы, серия каршылыгы һәм шант каршылыгы нәтиҗәләрен йомгаклау өчен. итеп билгеләнде:

Билгеле, тутыру факторы максималь, резистор булмаса һәм шант каршылыгы чиксез булса (агып торган ток юк). Серия каршылыгының теләсә нинди артуы яки шант каршылыгының кимүе тутыру факторын киметәчәк. Болай,. Кояш күзәнәкләренең эффективлыгын өч мөһим параметр белән күрсәтергә мөмкин: ачык чылбыр көчәнеше Voc, кыска схема токы Isc һәм FF тутыру факторы.

Билгеле, кояш күзәнәгенең эффективлыгын күтәрү өчен, бер үк вакытта аның ачык схема көчәнешен, кыска схема токын (ягъни фотокуррент) арттырырга, һәм тутыру факторын (ягъни серия каршылыгын һәм агып торган токны киметергә) кирәк.

Ачык схема көчәнеше һәм кыска схема токы: Алдагы формула буенча, кояш күзәнәгенең ачык чылбыр көчәнеше фотокурцент һәм туенган күзәнәк белән билгеләнә. Ярымүткәргеч физика күзлегеннән караганда, ачык чылбыр көчәнеше электроннар һәм космик корылма өлкәсендәге тишекләр арасындагы Ферми энергия аермасына тигез. Идеаль Pn диодының туену токына килгәндә, сез куллана аласыз:

белдерергә. монда q0 берәмлек корылмасын күрсәтә, ni ярымүткәргечнең эчке ташучы концентрациясен күрсәтә, ND һәм NA һәрберсе донор концентрациясен һәм кабул итүче, Dn һәм Dp һәрберсе электрон һәм тишекләрнең диффузия коэффициентын күрсәтәләр, югарыдагы белдерү n фаразлый - Тип өлкәсе дә, p тибындагы регион да киң булган очрак. Гадәттә, p тибындагы субстратларны кулланган кояш күзәнәкләре өчен n тибындагы мәйдан бик тайзак, һәм югарыдагы белдерүне үзгәртергә кирәк.

Элегерәк әйтеп үткән идек, кояш күзәнәге яктыртылганда, фотокуррент барлыкка килә, һәм фотоэлемент - кояш күзәнәгенең ток-көчәнеш бәйләнешендәге ябык схема. Монда без фотоэлементның килеп чыгышын кыскача тасвирлыйбыз. Берәмлек вакыты буенча берәмлек күләмендә йөртүчеләрнең җитештерү тизлеге (берәмлек m -3 s -1) яктылык үзләштерү коэффициенты белән билгеләнә, ягъни

Алар арасында, light яктылык үзләштерү коэффициентын күрсәтә, бу вакыйга фотоннарының интенсивлыгы (яки фотон агымы тыгызлыгы), һәм R чагылдыру коэффициентын күрсәтә, шуңа күрә ул чагылдырылмаган вакыйга фотоннарының интенсивлыгын күрсәтә. Фотокуррент тудыручы өч төп механизм: p тибындагы азчылык йөртүче электроннарның диффузия токы, n тибындагы азчылык ташучы тишекләренең диффузия токы, һәм космик корылма өлкәсендә электроннар һәм тишекләр. ток. Шуңа күрә фотокуррентны якынча күрсәтергә мөмкин:

Алар арасында Ln һәм Lp һәрберсе p тибындагы электроннарның диффузия озынлыгын һәм n тибындагы тишекләрне күрсәтәләр, һәм космик корылма өлкәсенең киңлеге. Бу нәтиҗәләргә йомгак ясап, без ачык схема көчәнеше өчен гади белдерү алабыз:

монда Vrcc электрон тишек парларының рекомбинация тизлеген күрсәтә. Әлбәттә, бу табигый нәтиҗә, чөнки ачык схема көчәнеше электроннар һәм космик корылма өлкәсендәге тишекләр арасындагы Ферми энергия аермасына тигез, һәм электроннар һәм тишекләр арасындагы Ферми энергия аермасы ташучы җитештерү тизлеге һәм рекомбинация тизлеге белән билгеләнә. .