Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Фаренбрух А. -> "Солнечные элементы: Теория и эксперимент" -> 58

Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.

Фаренбрух А., Бьюб Р. Солнечные элементы: Теория и эксперимент — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 280 c.
Скачать (прямая ссылка): solnechnieelementiteoriyaiexperement1987.djvu
Предыдущая << 1 .. 52 53 54 55 56 57 < 58 > 59 60 61 62 63 64 .. 130 >> Следующая

Вопрос о предельном КПД обсуждался также и другими авторами [Mathers, 1977; Landsberg, 1977; De Vos, 19801. На основе перечисленных предположений [Shockley, Queisser, 1961] было показано [DeVos, 1980], что для единичного солнечного элемента при теоретически максимальном коэффициенте концентрации солнечного излучения С = 4,6-Ю4 предельный КПД, удовлетворяющий принципу детального равновесия, r?s = 40%. При неограниченном количестве элементов в каскадной структуре предельный КПД r)s = 68% при С = 1 и 17S = 87% при С = 4,6 • 104.
С учетом условий, необходимых для получения КПД цикла Карно, было найдено [Rose, 1960] предельное напряжение холостого хода Уос -= (Eg/q)(l - TC/TR), где Тс — температура солнечного элемента, Tr -температура черного тела, излучение которого падает на элемент. Согласно этому соотношению для кремниевого солнечного элемента Voc = 1,07 В.
Подразумевалось, что система элемент—радиатор обратима, потери фотонов в ней отсутствуют (при максимальной концентрации излучения) и в элементе поглощается почти монохроматическое излучение с энергией Е < hv < Eg + кТс. Полученные результаты [Shockley, Queisser, 1961] показывают, что предельное значение Voc = 0,83 В (авторы использовали для Si Eg = 1,09 эВ; если же считать, что Eg = 1,1 эВ, то Voc = 0,85 В).
3.2. ВЛИЯНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО И ШУНТИРУЮЩЕГО СОПРОТИВЛЕНИЙ
В любом реальном солнечном элементе существуют потери мощности, поскольку Rs > 0 и Rp < Мы рассмотрим влияние Rs и Rp на характеристики элементов и способы его оценки. Во многих приборах достаточно ввести Rs и Rp в эквивалентную схему (рис. 3.9) в виде сосредоточенных сопротивлений таким образом, чтобы шунтирующие источник тока диод и Rp, а также включенное последовательно с ними сопротивление Rs обеспечивали на выходе напряжение V и ток I. Для получения более точной картины, особенно в случае применения в приборах тонких пленок, оказывающих сопротивление протеканию тока, следует исполь-
Рис. 3.9. Упрощенная эквивалентная электрическая схема солнечного элемента с нагрузочным
сопротивлением
зовать различные модели распределенного сопротивления, расчет по которым можно осуществлять численными и аналитическими методами. И, наконец, мы кратко остановимся на физических причинах появления Rs, Rp и контактного сопротивления.
3.2.1. Оценочный расчет потерь мощности на сопротивлениях R s и Rp
Влияние сосредоточенного последовательного сопротивления Rs иллюстрирует рис. 3.10, где показано суммирование в графической форме напряжений (при одинаковых токах), определяемых вольт-амперной характеристикой элемента, а также приводится построение, позволяющее найти значение Rs с помощью котангенса угла наклона <р, равного Rs.
При учете Rs Voc не меняется, a Isc изменяется несущественно при довольно малых значениях Rs\ при увеличении же Rs характеристика элемента стремится к прямой с ctg iр -Rs и //приближается к 0,25. Аналогично влияние сосредоточенного сопротивления Rp оценивается посредством суммирования при одинаковых напряжениях токов, определяемых вольт-амперной характеристикой элемента при нулевом шунтирующем сопротивлении и прямой с ctg = Rp. В данном случае видно, что Isc сохраняет постоянное значение, тогда как Voc может немного измениться.
Допустимое значение Rs, обеспечивающее малые потери мощности, приближенно может быть найдено в предположении, что рабочая точка характеристики элемента отвечает режиму максимальной мощности, когда полные потери можно представить в виде J%,RS. Тогда доля потер, мощности Xs определяется как
•С* —JmRs/(Jm Vm) ~ JmRs/Vm (3-11)
Для того . чтобы при Jsc =‘
= 40 мА/см2 и Voc = 0,6 В доля потерь была меньше 3%, последовательное сопротивление квадратного сантиметра площади элемента ие должно превышать 0,5 Ом.
Аналогично доля потерь мощности на шунтирующем сопротивлении записывается в виде
<?р = ('YmlRp)li/m I^m) =
Vm/(JmRp) ** V0c/(JscRp), (3.12)
Рис. 3.10. Исследование графическим методом влияния последовательного («) и шунтирующего (б) сопротивлений на тем-новые (1) и световые (2) волы^ амперные характерней)ки идеального солнечного элемента
129
1 10 ю1 с
Рис. 3.11. Зависимости коэффициента заполнения ff вольт-ам-перной характеристики от фототока /? и коэффициента концентрации излучения С при различных значениях Rs и Rp. Сплошные линии - Rp -» оо и Rs = О а); 0,01 Ом (2); 0,1 Ом (5); 1 Ом (4) и 10 Ом (5); штриховая линия - R„ = 10s Ом, Rs = 0; /0 = Ю-5'А/см2; А = 1; активная площадь элемента 1 см2
и для того чтобы потери, обусловленные Rp, не превышали 3%, Rp каждого квадратного сантиметра площади солнечного элемента должно быть больше 500 Ом. Этот приближенный анализ обеспечивает достаточно точные результаты при <? s и <?р, не превышающих 5%. При небольших потерях мощности Voc и Jsc почти не изменяются, а наиболее существенное следствие этих потерь состоит в относительном уменьшении ff на (1 — JscR$/Voc — Voc I (Jsc Rp)) •
Вольт-амперная характеристика элемента с учетом Rs и Rp имеет вид
I = I0{txp[q(V-IRs)l(AkT)] - 1 } + (V-IRs)/Rp-IL. (3.13)
При Rs > 0 справедливость принципа суперпозиции нарушается и световая вольт-амперная характеристика не может быть получена путем простого смещения темновой кривой.
Предыдущая << 1 .. 52 53 54 55 56 57 < 58 > 59 60 61 62 63 64 .. 130 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed