Общие вопросы испытаний технических систем на воздействие солнечного излучения, страница 9

Поскольку физические модели являются реальными материальными объектами, то, соответственно, под внешними факторами в данном случае подразумеваются устройства, реализующие уравнения внешних связей и физически воздействующие на физическую же модель энергетической системы.

Приложение 1.К материалам лекции №4.1.

*****

Стандартные условия проведения испытаний солнечных СЭУ. Особенности потока солнечной энергии у поверхности Земли. Международная стандартизация спектра наземного солнечного излучения.

*****

П1.1. Стандартные условия проведения испытаний солнечных СЭУ.

Испытания солнечных элементов, модулей, панелей и батарей проводятся при так называемых стандартных условиях, которые приведены в таблице П1.1.

Сравнение эффективности солнечных элементов, полученных в различных лабораториях и при промышленном производстве, не может быть осуществлено без введения единых методов оценки их выходных параметров. Особенно важно применять стандартные методы при измерении характеристик солнечных элементов и батарей, проводимые в наземных условиях, поскольку электрическая мощность, генерируемая селективно-чувствительными солнечными элементами, неоднозначно связана с плотностью потока изменчивого по спектру наземного солнечного излучения.

Выбор стандартных параметров наземного излучения усложняется значительной вариацией условий, при которых может испытываться солнечный элемент. Интенсивность и спектр солнечного излучения на поверхности Земли зависят от высоты Солнца над горизонтом, от высоты местности над уровнем моря, от состояния атмосферы и оптических свойств подстилающей поверхности. Высота Солнца над горизонтом определяет длину пути лучей в атмосфере и т. д. и т. п.

Для того чтобы стало понятно столь непросто выбрать правильно значения параметров среды для проведения испытаний, рассмотрим, как вырабатывались международные требования к параметрам солнечного излучения у поверхности Земли.

П1.2. Особенности потока солнечной энергии у поверхности Земли.

По оптическим свойствам атмосфера Земли представляет собой селективный светофильтр, который изменяет характеристики космического солнечного излучения.

Высота Солнца над горизонтом определяет длину пути лучей в атмосфере. Вводится специальная величина, называемая оптической массой атмосферы m. Единичной атмосферной массе соответствует путь, пройденный солнечными лучами при вертикальном падении до уровня моря. Для плоскопараллельной модели атмосферы оптическая масса на уровне моря практически равна косекансу высоты Солнца. Для реальной атмосферы это соотношение хорошо выполняется, начиная от угла ~10°. Атмосферным массам (на уровне моря) 1; 1,5; 2; 3; 5 соответствуют следующие значения высоты Солнца: 90°, 41°49', 30°, 19°27' и 11°32'. Атмосферная, или воздушная, масса зависит также от высоты местности над уровнем моря: с увеличением высоты значение атмосферной массы снижается пропорционально давлению воздуха. На верхней границе атмосферы масса равна нулю.

Как видно из рисунка П1.1. и П1.2., оптическое пропускание атмосферы нелинейно зависит от атмосферной массы. Энергетическая освещенность, создаваемая прямым потоком солнечного излучения на поверхности Земли на уровне моря в полдень npи ясном небе, близка к 100 мВт/см², а за пределами атмосферы (т. е. при АМ0) равна 136,0 мВт/см². Ток короткой замыкания кремниевого солнечного элемента при АМ0 однако, составляет на 136,0% своего значения на уровне моря, а всего около 120%. Несоответствие возникает из-за изменения спектра наземного солнечного излучения под влиянием атмосферы. На рисунке П1.2. хорошо видно, что наиболее резко отличаются между собой токи солнечного элемента при АМ0 и AM1. По графику легко оценить, насколько эффективнее, для кремниевых солнечных элементов, излучение при AM1, чем при АМ0. Действительно, в коротковолновой области спектра энергия излучения npи AM1 значительно слабее, чем при АМ0, и, следовательно, доля длинноволновой энергии, к которому солнечный элемент более чувствителен, выше.