INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI PRZEMYSŁOWEJ ZAKŁAD ENERGOELEKTRONIKI I STEROWANIA Laboratorium Odnawialnych Źródeł Energii

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH MODUŁU FOTOWOLTAICZNEGO

Rok akad.: 2013/2014

Wydział: Elektryczny

Rodz. stud. : stacjonarne

Kierunek: Elektrotechnika

Specjalność : - - -

Profil: - - -

Nr grupy ćwicz : E4-2

Uwagi:

1. Schematy

1. Schemat układu pomiarowego :

Układ składa się ze źródła oświetlenia o regulowanej mocy , z cyfrowych mierników : amperomierza i woltomierza oraz regulowanego rezystora odbiornik ) i przewodów łączeniowych .

1. Schemat zastępczy ogniwa fotowoltaicznego jest następujący

Objaśnienia :

I_sł – prąd powstający w wyniku promieniowania słonecznego,

I_d – prąd diody,

I_b – prąd płynący przez rezystancję bocznikującą R_b,

I – prąd płynący przez obciążenie R i rezystancję szeregową R_sz,

U – spadek napięcia na obciążeniu

1. Schemat z rozmieszczeniem punktów pomiarowych gęstości mocy promieniowania, natężenia światła i temperatury dla badanego modułu oraz numery żarówek

1. Wzory potrzebne do obliczeń i dyskusja jednostek.

L.p.	Liczona wielkość	Wzór	Dyskusja jednostek
1	Moc	P = U  • I	P = [V •A] = [W]
2	Sprawność η[%] maksymalna	$$\eta = \frac{U_{M}I_{M}}{\text{ES}} \bullet 100\%$$	$$\eta = \left\lbrack \frac{\text{V\ } \bullet A}{\frac{W}{m^{2}}\ \bullet \ m^{2}}\ \bullet 100\% \right\rbrack = \lbrack\%\rbrack$$
3	Współczynnik wypełnienia FF	$$\text{TT} = \frac{U_{M}I_{M}}{U_{\text{oc}}I_{\text{sc}}}$$	$$\text{TT} = \left\lbrack \frac{\text{V\ } \bullet A}{\text{V\ } \bullet A} \right\rbrack = \text{brak}\ \text{jednostki}$$

Gdzie:

• U_M , I_M – napięcie i prąd dla optymalnego obciążenia.

• U₀ – napięcie stanu jałowego

• Isc – prąd zwarcia.

• E – gęstość mocy promieniowania słonecznego.

• S – powierzchnia panelu ogniwa fotowoltaicznego.

1. Wyniki uzyskane z pomiarów i obliczeń .

1. Załączone jedno źródło światła (źródło nr 5)

Tablica 3.1.a Warunki pracy – wyniki uzyskane z pomiarów i obliczeń

Numer punktu pomiarowego	Gęstość mocy	Średnia gęstość mocy promieniowania	Natężenia światła	Średnia natężenie światła	Temperatura	Średnia temperatura
		Eśr	Eśw	Eśwśr [lx]	T [^0C]	Tśr [^oC]
	[W/m2]	[W/m2]	[lx]	[lx]
1	13,8	16,980	960	1012,00	25,8	25,460
2	13,2		910		25,3
3	18,3		1030		25,4
4	20,5		1110		25,4
5	19,1		1050		25,4

Tablica 3.2.a Parametry – wyniki uzyskane z pomiarów i obliczeń

L.p.	Napięcie U	Prąd I	Moc P	Współczynnik wypełnienia FF	Sprawność η
	[V]	[A]	[W]		[%]
1	0,046	0,0092	0	0,015	12,055
2	1,52	0,0093	0,014
3	3,07	0,0092	0,028
4	4,51	0,0093	0,042
5	6,07	0,0092	0,056
6	7,49	0,0091	0,068
7	9,14	0,009	0,082
8	10,53	0,0089	0,094
9	11,93	0,0086	0,103
10	13,47	0,008	0,108
11	15,2	0,0062	0,094
12	16	0,0039	0,062
13	16,4	0,003	0,049
14	16,41	0,0021	0,034
15	16,34	0,001	0,016
16.	16,89	0	0,000

1. Załączonych pięć źródeł światła: (Źródła 1,3,5,7,9)

Tablica 3.1.b Warunki pracy – wyniki uzyskane z pomiarów i obliczeń

Numer punktu pomiarowego	Gęstość mocy	Średnia gęstość mocy promieniowania	Natężenia światła	Średnia natężenie światła	Temperatura	Średnia temperatura
	promieniowania	Eśr [W/m^2]	Eśw [lx]	Eśwśr [lx]		Tśr [^oC]
	E [W/m^2]	[W/m2]	[lx]	[lx]	T [^0C]
1	59	72,180	2580	2964,00	30,5	28,240
2	57,8		2600		27,3
3	78,6		3050		27,6
4	84,4		3400		27,9
5	81,1		3190		27,9

Tablica 3.2.b Parametry – wyniki uzyskane z pomiarów i obliczeń

L.p.	Napięcie U	Prąd I	Moc P	Współczynnik wypełnienia FF	Sprawność η
	[V]	[A]	[W]		[%]
1	0,18	0,036	0,00648	0,070	13,178
2	1,53	0,0361	0,055
3	2,93	0,0361	0,106
4	4,66	0,0357	0,166
5	6,08	0,0356	0,216
6	7,52	0,0358	0,269
7	8,94	0,0357	0,319
8	11,02	0,0355	0,391
9	11,98	0,0352	0,422
10	13,8	0,0342	0,472
11	15,22	0,0329	0,501
12	16,65	0,0282	0,470
13	17,92	0,0128	0,229
14	17,29	0,0218	0,377
15	18,17	0,006	0,109
16	18,6	0	0,000

1. Załączonych dziewięć źródeł światła :

Tablica 3.1.c Warunki pracy – wyniki uzyskane z pomiarów i obliczeń

Gęstość mocy	Średnia gęstość mocy promieniowania	Natężenia światła	Średnia natężenie światła	Temperatura	Średnia temperatura
	Eśr [W/m^2]	Eśw [lx]	Eśwśr [lx]	T [^0C]	Tśr [^oC]
E [W/m^2]
109,9	130,380	4580	5106,00	34,2	31,040
105,2		4230		29,5
139,1		5360		30
151,5		5860		30
146,2		5500		31,5

Tablica 3.2.b Parametry – wyniki uzyskane z pomiarów i obliczeń

L.p.	Napięcie U	Prąd I	Moc P	Współczynnik wypełnienia FF	Sprawność η
	[V]	[A]	[W]		[%]
1	0,31	0,0645	0,019995	0,128	13,342
2	1,55	0,0645	0,100
3	3,09	0,0642	0,198
4	4,47	0,0643	0,287
5	6,67	0,0638	0,426
6	8,3	0,0633	0,525
7	10,14	0,0632	0,641
8	12,65	0,062	0,784
9	14,55	0,0606	0,882
10	16,01	0,0572	0,916
11	17,29	0,0455	0,787
12	17,69	0,0368	0,651
13	18,24	0,0181	0,330
14	18,44	0,0087	0,160
15	18,5	0,0043	0,080
16	18,9	0	0,000

1. Charakterystyki prądowe – napięciowe I = f(U) modułu dla różnych wartości gęstości mocy promieniowania .

2. Wyznaczanie wzoru funkcji

E = - wzór pozwalający przeliczyć natężenia światła zmierzonego w [lx] na wartość gęstości mocy promieniowania słonecznego [W/m²]

E [W/m^2] z pomiarów	Eśw [lx] z pomiarów	E [W/m^2] z obliczeń
13,2	910	14,0
13,8	960	15,4
18,3	1030	17,4
19,1	1050	17,9
20,5	1110	19,6
57,8	2580	60,6
59	2600	61,2
78,6	3050	73,7
81,1	3190	77,6
84,4	3400	83,5
105,2	4230	106,7
109,9	4580	116,4
139,1	5360	138,2
146,2	5500	142,1
151,5	5860	152,1

Przykładowe obliczenia : E = = [lx]

1. Przykładowe obliczenia:

• dla Tablicy 3.1.a

E_śr= [W/m²]

E_św=[lx]

T_śr= [^oC]

• dla pomiaru 3 z Tablicy 3.2.a

P=U [W]

FF =

%= []

1. Tabliczka znamionowa

   

2. Wnioski:

Celem ćwiczenia było zbadanie ogniwa słonecznego w zależności od ilości światła jakie padało na badane ogniwo w naszym wypadku ilość światła zmieniana była poprez załączanie lub wyłączanie poszczególnych żarówek. Ćwiczenie wykonaliśmy dla 3 przypadków

1. Przy załączonej jednej żarówce (nr 5)

2. Przy załączonych 5 żarówkach (nr: 1, 3,5,7,9)

3. Wszystkie żarówki załączone

Z charakterystyk prądowo napięciowych zauważyć można, że dla większej gęstości mocy promieniowania można uzyskać większe napięcie stanu jałowego oraz wyższy prąd stanu zwarcia. Maksymalna moc jaką udało się uzyskać to 0,916 [W] przy znamionowej mocy czynnej równej 5 [W] daje to 13 [%] sprawności jest to wartość bardzo mała w porównaniu do wartości znamionowych podawanych przez producenta, jednak nasze warunki labolatoryjne znacznie odbiegały od znormalizowanych. Temperatura wraz z załączeniem różnej liczby żarówek, zmieniała się w przypadku zapalenia wszystkich żarówek wynosiła ona 31 st. Celciusza. Wraz z zapalaniem większej ilości żarówek wzrastał współczynnik FF, którego wartość w przypadku wszystkich źródeł wynosiła 0,128 a w przypadku jednej żarówki 0,015. W celu obliczenia współczynnika FF wykożystalismy dane z tabliczki ponieważ w naszych pomiarach prąd zwarcia wynosił 0 co dało by nam dzielenie przez 0 przez co nie moglibysmy wyliczyć współczynnika, który opisuje w jakim stopniu charakterystyka napięciowo prądowa zbliżona jest kształtem do prostokąta.