سلولهای خورشیدی

 

بر اساس نوع متمرکزکننده استفاده شده، سلولهای خورشیدی بکاررفته در cpv با تکنولوژیهای مختلفی ساخته شده‌اند. عموماً برای سطوح پایین و متوسط تمرکز تا ۳۰۰ واحد خورشیدی هنوز از سلولهای سیلیکونی استفاده میشود. برای تمرکزهای بالاتر، سلولهایی براساس نیمه هادیهای III-V بکاربرده میشوند. بازده این سلولها به سرعت در حال افزایش است. جالب است بدانید این بازده ظرف دو سال گذشته بیش از ده درصد اضافه شده است. در حال حاضر بیشترین بازده ثبت شده این سلولها ۴۴ درصد و رکورد آن در اختیار مرکز تحقیقات فطروسی است که در چهارم سپتامبر ۲۰۱۱ معادل سیزدهم شهریور ۱۳۹۰ از آن پرده برداری گردید. بخاطر قیمت بالای مواد پایه و پروسه های تولید، این سلولها در ماهواره های فضایی و نیز متمرکزکننده های زمینی بکارمیرود. سلولهای خورشیدی لایه نازک که بطور ویژه از مواد CIS-CIGS ساخته شده اند، نتایج جالبی ارائه میدهند [Yoon, 1994] ولی تا کنون هیچ کاربرد مهمی غیر از سطح آزمایشگاهی برای آنها ارائه نشده است. تمرکز نور با افزایش تمرکز حاملهای کوچک، راندمان سلولهای خورشیدی را بصورت لگاریتمی بالا میبرد. جریان تولید شده بصورت خطی متناسب با سطح تابش است زیرا توان تولیدشده متناسب با جریان و ولتاژ است و ولتاژ بصورت لگاریتمی با افزایش سطح تمرکز بالا میرود (معادله زیر). بنابراین توان تولید بصورت خطی افزایش پیدا میکند. درمعادله زیر، سطح تمرکز با C نشان داده شده است و Jph_1sun جریان تولیدی برای یک واحد استاندارد تابش میباشد. 

J0 جریان دیود و A ضریب ایده آل دستگاه میباشد. یک مزیت دیگر برای سلولهای CPV زمانیکه به همراه متمرکز کننده‌های خورشیدی استفاده می شوند، کاهش کمتر بازده با افزایش دمای محیط برای یک واحد تابش نسبت به یک سلول مشابه PV میباشد. این قضیه عموماً برای تمام نیمه هادیها صدق میکند. البته سلولهای III-V که در CPV ها بکار میروند ضریب گرمایی کمتری نسبت به سیلیکونهای کریستالی دارند. برای نمونه  سلولهای خورشیدی سیلیکونی ضریب دمایی ولتاژ درحدود -۱,۷۸mv/cتحت یک واحد نور و -۱,۳۷mv/c تحت ۲۵۰ واحد نور [Ward et al, 2009] از خود بروز میدهند، در حالیکه برای GaAS این مقدار -۲,۴mv/c برای یک واحد نور و -۱,۱۲mv/c برای ۲۵۰ واحد نور است [Siefer, 2005]. وابستگی ضریب دما با تمرکز نوردر اولین تقریب با رفتار لگاریتمی ظاهر میشود. مانند معادلات بعدی  که Voc ولتاژ متناظر با شکاف انرژی بین سطوح نشان داده شده برای سلول نوری میباشد (شکل زیر). این مقدار در معادلات زیرین توضیح داده شده است که C عبارت از سطح تمرکز و B  پارامتری وابسته به مشخصات فیزیکی متغیر مواد است.

شکل فوق طرحی شماتيک از تقاطع نوری P-n برای یک سلول در شرایط مدار باز را نشان می دهد.

بنابراین ضریب دما عبارتست از:

یکـی ازتفاوتهـای اصـلی درتکنولـوژی سـاخت سـلولهای متمرکـز کننـده خورشـيدی وسـلولهای خورشيدی استاندارد، نياز به توليد جریان بالا در سلول اسـت کـه لازمه آن کـاهش شـدید مقاومـت داخلی است. فرمول ساده ای کـه مشخصـات ولتـاژ و جریـان یـک سـلول خورشـيدی را بيـان ميکنـد، در معادله زیر نشان داده است. دو مقاومت الکتریکی ميتوانند به عنوان یک مقاومت سری Rs و یک مقاومت موازی Rshunt درنظر گرفته شوند. در یک مدل ساده تک بعـدی کـه از سـلولهای خورشـيدی معـادل مـدار الکتریکی شکل زیر استفاده ميشود، یک طرح الکتریکـی تخمينـی از SC دیـده ميشـود زیـرا مقاومتهـا بزرگ شده اند. یک مدار معادل دقيقتر لازم است تا پارامترهـای مربوطـه را درفضـای سه بعـدی توصـيف کند[Galiana et al., 2005].

در معادله فوق J0 جریان دیود و Jph جریان توليدی سلول ميباشد.

شکل فوق مدارمعادل ساده تک بعدی برای یک سلول خورشيدی را نشان می دهد.

مدار الکتریکی شکل فوق توضيح ميدهد که Rs باید کمترین مقدارممکن را دارا باشد، بخصـوص درحالـت سلولهای متمرکز کننده خورشيدی. درواقع هرچـه ایـن جریـان بيشـتر باشـد، افـت ولتـاژ در مقاومـت سری بيشتر ميشود و در این صورت دیود، ولتاژی بيشتر از آنچه که از بيرون اعمـال ميشـود را حـس ميکند. بنابر این رفتار "نمایی" آن، جریان را در مدار خارجی کاهش ميدهد. درحاليکه ولتاژ دو سر دیود، نزدیک به ولتاژ آستانه ميباشد. اختلاف بين ولتاژ دیود و ولتاژ بار خارجی، کاهشی را در جریان سلول سبب ميشود.

بالای صفحه نسخه چاپی   کلیه حقوق متعلق به مرکز تحقیقات الکترونیک فطروسی می باشد خانه | تماس با ما | نقشه سایت
  این سایت توسط شرکت آسمان پیدایش تهیه شده است.