КПД солнечного элемента определяется, как доля появившихся под воздействием потока излучения электронно-дырочных пар, которые участвуют в возникновении тока во внешней цепи фотоэлемента. При полном КПД солнечного элемента 10% эффективность генерации тока составляет обычно 0,7. Увеличение этого параметра до 0,9 приведёт к повышению полного КПД до 20% и выше, поэтому повышение эффективности генерации тока является основной целью усовершенствования солнечных элементов.
Существуют разные способы изменения этого параметра, например, формирование добавочного потенциального барьера вблизи металлического контакта с тыльной стороны элемента. За р-n переходом формируется слой с повышенной концентрацией примеси. Это может быть слой р+ толщиной 1 мкм за слоем р-типа для создания добавочного барьера около 200 кВ/м (рис. 6.18). Не основные носители - электроны, возникающие в р-слое вблизи этой р+ области, “отражаются” градиентом потенциала по направлению к основному р-n переходу быстрее, чем диффундируют против градиента потенциала к металлическому контакту с тыльной стороны элемента. В результате этого коэффициент поглощения приёмной поверхности фотоэлемента возрастает.
6.3.8. Компоненты фотоэлектрической системы
Отдельно солнечная панель не является фотоэлектрической системой. Необходимо иметь устройство для ориентирования панели на солнце, а также инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный, с частотой 50 или 60 Гц.
Рис.6.36. Основные элементы фотоэлектрической системы
1 – солнечные панели; 2 – диоды; 3 – контроллер пиковой мощности; 4 – контроллер зарядного тока; 5 – выключатель; 6 – инвертор; 7 – зарядное устройство; 8 – аккумуляторные батареи; 9 – линии для подключения нагрузки.
На рисунке 6.36 показаны необходимые компоненты фотоэлектрической системы. На контроллер пиковой мощности - 3 непрерывно поступают выходные значения тока и напряжения, а при изменении климатических условий он перемещает рабочую точку так, чтобы получать максимальную мощность. Вывод панели подключается к инвертору - 6, который преобразует постоянный ток в переменный. Избыточная мощность идёт на заряд аккумулятора - 8. Выключатель батареи - 5, как правило, представляет собой конвертор типа DC-DC. Если аккумулятор полностью заряжен, то избыточная мощность поступает на балластные резисторы, которые либо обогревают помещение, где установлена система, либо сбрасывают тепло в окружающую среду. Когда нет солнца, аккумулятор разряжается на нагрузку. Диод 2 в цепи аккумуляторной батареи препятствует заряду аккумулятора после полного заряда, если выключатель включён. Диод 2 в цепи солнечных панелей не даёт аккумулятору разряжаться на панель при отсутствии солнечной энергии. Системные сигналы, такие как выходные значения токов и напряжений панели и аккумулятора, а также текущий заряд аккумулятора в ампер–часах, поступают на центральный контроллер, называемый контроллером режима. Этот контроллер управляет всеми переключателями в схеме фотоэлектрической системы.
Если фотоэлектрическая система соединена с внешней сетью, то балластные резисторы не требуются, т.к. вся избыточная мощность передаётся в сеть. Аккумулятор необходим из–за небольших нагрузок собственных нужд, таких как запуск контролеров и компьютеров. Ток от фотоэлектрической системы с помощью инвертора - 6 преобразуется в переменный, а затем с помощью фильтра отсекаются высшие гармоники, и, только после этого он подаётся во внешнюю сеть.
Инвертор является необходимым элементом фотоэлектрической системы, т.к. позволяет подключать к ней нагрузки на переменном токе и обеспечивает связь с внешней сетью. В настоящее время существуют солнечные панели, имеющие на выходе переменный ток с частотой 50 или 60 Гц, так как они снабжены встроенным инвертором. Мощность таких панелей достигает нескольких сотен ватт. Такие панели значительно упрощают проектирование фотоэлектрических систем [35].
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.