ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА




ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА



1.5.1. ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.

 

Основной характеристикой солнечного элемента (или фотоэлемента) является его вольт-амперная характеристика (ВАХ), полученная при различных освещённостях или световых потоках (рис. 4а).

При отсутствии освещения (J = 0) вольт-амперная характеристика имеет вид характерный для обычного р-n-перехода. При увеличении освещённости (J1 и J2) появляется обратный ток неосновных носителей, и вся кривая смещается вниз. Точки пересечения вольт-амперной характеристики с осью напряжений соответствуют значениям фото-ЭДС (или напряжению холостого хода Uхх)

                   
 
I
   
J=0
     
J1
       
J2
 
 
 
 
   
U

при разных освещённостях (для кремниевого фотоэлемента фото-ЭДС имеет порядок ~0,5 – 0,55 В).

Точки пересечения вольт-амперной характеристики с осью токов соответствуют значениям токов короткого замыкания Iкз. У кремниевых фотоэлементов плотность тока короткого замыкания при средней освещённости солнечным светом имеет порядок ~20 – 25 мА/см2.

По вольт-амперной характеристике при различных освещённостях фотоэлемента можно выбрать оптимальный режим работы фотоэлемента, т.е. оптимальное сопротивление нагрузки, при котором в нагрузке будет выделяться наибольшая мощность. Оптимальному режиму работы фотоэлементов соответствует наибольшая площадь вписанного прямоугольника с вершиной на вольт-амперной характеристике при заданной освещённости (рис. 4б). Для кремниевых фотоэлементов при оптимальной нагрузке напряжение нагрузки составляет ~0,35 – 0,4 В, плотность тока 15 – 20 мА/см2.

Так как рабочей областью является область прямого смещения р-n-перехода и обратного тока, то обычно вольт-амперную характеристику фотоэлемента переворачивают и она имеет вид, приведённый на рис. 5.

 

СВЕТОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА

Световые характеристики солнечного или фотоэлемента – это зависимости фото-ЭДС и тока короткого замыкания фотоэлемента от освещённости фотоэлемента

При малой освещённости зависимость линейна, т.к. ток прямо пропорционален количеству родившихся электронно-дырочных пар g, которое, в свою очередь, прямо пропорционально количеству поглощённых квантов света и, следовательно, интенсивности падающего света:

Iкз ~ g ~ J

где J – интенсивность света.

В данной работе солнечная батарея состоит из четырёх элементов (ячеек), соединённых последовательно, и имеет максимальное напряжение холостого хода 2 В. При слабых освещённостях зависимость напряжения холостого хода (Uхх) от освещённости J такая же, как у тока короткого замыкания. При возрастании освещённости потенциальный барьер понижается так сильно, что прямая составляющая тока уравновешивает обратный фототок вне зависимости от степени освещённости и напряжение перестаёт увеличиваться (рис. 6).

 

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАСВЕТА В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ

 

Коэффициент полезного действия (КПД) представляет собой отношение максимальной электрической мощности, которую можно получить от фотоэлемента, к полной мощности светового потока, падающего на рабочую поверхность фотоэлемента:

К основным процессам, приводящим к уменьшению КПД фотоэлемента, относят:

а) отражение от поверхности полупроводника;

б) фотоэлектрически неактивное поглощение квантов света (поглощение без образования пар носителей электрон-дырка);

с) рекомбинация неравновесных носителей ещё до их разделения электрическим полем p-n-перехода;

д) потери мощности при прохождении тока через объёмное сопротивление базы фотоэлемента.

В результате этих процессов КПД кремниевых фотоэлементов при преобразовании солнечного света в электрическую энергию составляет величину ~ 20 %. (Теоретически предельный КПД для кремния составляет 24 %).

Бо́льший коэффициент полезного действия реализуют на солнечных элементах на основе арсенида галлия (GaAs), однако стоимость этого материала существенно выше и с целью удешевления солнечных элементов на основе GaAs используют концентраторы солнечной энергии.

 





Последнее изменение этой страницы: 2016-04-26; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.238.70.175 (0.006 с.)