Основные характеристики солнечного элемента

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

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 (J ₁ и J ₂) 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 U _хх)

	I
		J =0
			J 1
				J 2
		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 I _кз. 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:

I кз ~ 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 (U _хх) 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.

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии