Ćw 3 Wpływ technologii produkcji krzemowych ogniw fotowoltaicznych na ich własności eksploatacyjne

POLITECHNIKA

POZNAŃSKA

LABORATORIUM

ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII

 Paweł Wojtalewicz
WYDZIAŁ
Elektryczny
PROWADZĄCY ROK STUDIÓW

dr inż. G. Jastrzębska

 II
Ćwiczenie odrobiono dnia: Sprawozdanie oddano dnia:
21.03.2014r. 04.04.2014r.
NR TEMAT ĆWICZENIA:
3. Wpływ technologii produkcji krzemowych ogniw fotowoltaicznych na ich własności eksploatacyjne.

  1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest porównanie parametrów charakterystycznych oraz charakterystyk prądowo – napięciowych krzemowych modułów fotowoltaicznych o mocy 20 W, wykonanych w różnych technologiach (mono-, jak również polikrystalicznej - produkcji Suntech oraz – z krzemu amorficznego - produkcji Shell), przy równych wartościach gęstości mocy promieniowania padającego na moduł.

  1. Opis stanowiska i schemat pomiarowy:

Stanowisko badawcze składa się z:

Schemat pomiarowy:

  1. Wyniki pomiarów i obliczeń:

Gęstość mocy promieniowania E [W/m2]

Średnia gęstość mocy promieniowania

Esr [W/m2]

 Temperatura T[°C] Temperatura średnia Tsr [°C]
L.p. A P M A
1. 406 422 387 377,9
2. 394 401 374
3. 305 364 337
4. 487 488 467
5. 482 477 463
6. 388 418 404
7. 462 482 469
8. 440 485 462
9. 358 431 414
10. 291 428 380
11. 291 430 379
12. 231 391 335
L.p. Esr [W/m2] Tsr [°C] Napięcie U [V] Prąd I [A] Moc P [W] Współczynnik Wypełnienia FF [-] Sprawność η [%]
Isło 377,9 39,5 0 0,2789 0 0,722 0
1. 0,4178 0,2792 0,11665 0,153766787
2. 3,9208 0,277 1,086062 1,431637769
3. 7,456 0,2715 2,024304 2,668421444
4. 10,911 0,2644 2,884868 3,802810596
5. 14,08 0,2561 3,605888 4,753252903
6. 16,237 0,2354 3,82219 5,038380216
7. 17,028 0,2062 3,511174 4,628401133
8. 17,338 0,1795 3,112171 4,102439077
9. 17,521 0,159 2,785839 3,672270828
10. 17,639 0,1439 2,538252 3,345903745
11. 17,719 0,1312 2,324733 3,0644443
12. 17,802 0,1179 2,098856 2,766695034
U0 18,973 0 0 0

Pm = P6 = 3,82 W

L.p. Esr [W/m2] Tsr [°C] Napięcie U [V] Prąd I [A] Moc P [W] Współczynnik Wypełnienia FF [-] Sprawność η [%]
Isło 434,8 42,8 0 0,2748 0 0,719 0
1. 0,382 0,2721 0,103942 0,119104192
2. 4,0125 0,2678 1,074548 1,23129116
3. 7,839 0,2618 2,05225 2,351610822
4. 11,398 0,2555 2,912189 3,336988428
5. 14,2 0,2497 3,54574 4,062955168
6. 16,029 0,2196 3,519968 4,033424279
7. 16,605 0,1864 3,095172 3,546663059
8. 16,861 0,1644 2,771948 3,176291008
9. 17,027 0,1475 2,511483 2,877831088
10. 17,1 0,1371 2,34441 2,686387813
11. 17,185 0,1262 2,168747 2,485100947
12. 17,282 0,1133 1,958051 2,243670378
U0 17,939 0 0 0

Pm = P5 = 3,54 W

L.p. Esr [W/m2] Tsr [°C] Napięcie U [V] Prąd I [A] Moc P [W] Współczynnik Wypełnienia FF [-] Sprawność η[%]
Isło 377,9 42,9 0 0,361 0 0,608 0
1. 7,435 0,3462 2,573997 2,887982285
2. 11,449 0,3322 3,803358 4,267304876
3. 15,997 0,2923 4,675923 5,246308786
4. 17,376 0,2517 4,373539 4,907039026
5. 17,851 0,2276 4,062888 4,558493041
6. 18,353 0,1929 3,540294 3,972151284
7. 18,631 0,1701 3,169133 3,555715197
8. 18,896 0,1477 2,790939 3,131387864
9. 18,995 0,1382 2,625109 2,945329108
10. 19,1 0,1288 2,46008 2,760169285
11. 19,205 0,1212 2,327646 2,611580516
12. 19,27 0,1167 2,248809 2,523126699
U0 21,3 0 0 0

Pm = P3 = 4,68 W

  1. Wykorzystane wzory i przykładowe obliczenia:

Wzory:


Pm = UmIm [W]


$$FF = \frac{P_{m}}{U_{0}I_{slo}} = \frac{U_{m}I_{m}\ }{U_{0}I_{slo}}\lbrack - \rbrack$$

Isło [A] – prąd zwarcia

U0 [V] – napięcie obwodu otwartego


$$\eta_{m} = \frac{U_{m}I_{m}}{\text{ES}} \bullet 100\ \left\lbrack \% \right\rbrack = \frac{P_{m}}{\text{ES}} \bullet 100\ \left\lbrack \% \right\rbrack$$

S [m2] – powierzchnia panelu ogniw fotowoltaicznych

E = Esr [W/m2] – średnia gęstość mocy promieniowania

Przykładowe obliczenia dla panelu z ogniw monokrystalicznych, pomiar 6.:


P6 = Pm = 16, 237 • 0, 2354 [V•A] = 3, 82219 [W] ≈ 3, 82 [W]


$$FF = \frac{3,82219}{17,939 \bullet 0,2789}\left\lbrack \frac{W}{V \bullet A} \right\rbrack = 0,722\ \lbrack - \rbrack$$


$$\eta_{m} = \frac{3,82219}{377,9 \bullet 0,656 \bullet 0,306}\left\lbrack \frac{W}{\frac{W}{m^{2}} \bullet m \bullet m} \right\rbrack = 0,5038380216\ \left\lbrack - \right\rbrack = 5,04\ \lbrack\%\rbrack$$

  1. Wykresy:

  1. Wnioski:

Charakterystyki prądowo – napięciowe I = I(U) testowanych paneli, niezależnie od technologii produkcji wykazują podobny przebieg. Początkowo, dla rosnącego od zera napięcia, prąd utrzymuje się praktycznie na stałym poziomie, jedynie nieznacznie zmniejszając swoją wartość. Taka tendencja trwa aż do osiągnięcia punktu mocy maksymalnej (MPP), przy dalszym wzroście napięcia prąd zaczyna gwałtownie maleć, po czym dochodzi do zera dla napięcia obwodu otwartego. Charakterystyki mocy P = P(U) testowanych paneli również wykazują podobny przebieg, charakteryzując się posiadaniem maksimum.

Otrzymane wartości maksymalnych sprawności dla badanych paneli fotowoltaicznych na poziomie 4÷5% są bardzo niskie w porównaniu z konwersją energii w innych gałęziach energetyki. Dzieje się tak dlatego, że:

Największą sprawnością maksymalną okazał się panel z ogniw amorficznych - 5,25%, panel z ogniw monokrystalicznych osiągnął 5,04%, natomiast najgorszy pod tym względem był panel polikrystaliczny – 4,06%. Największa sprawność panelu amorficznego jest zapewne jedynie zasługą lepszego wykonania przez producenta (Shell). W praktyce najwydajniejszym powinien okazać się panel monokrystaliczny, natomiast opcja amorficzna powinna charakteryzować się najmniejszą sprawnością konwersji energii. Monokrystaliczne ogniwa mają bowiem największą rezystancję bocznikową, reprezentującą możliwości upływu prądu wzdłuż granic ziaren lub krawędzi ogniwa (jedno ogniwo to jedno ziarno). Niewielka wartość tejże rezystancji zmniejsza fotonapięcie, a jednocześnie osiąganą moc i sprawność.


Wyszukiwarka