Magazyn Fotowoltaika 1_2020
Default description
praktyka
21
magazyn fotowoltaika 1/2020
otrzymujemy wyrażenie:
gdzie c i h są stałymi, odpowiednio prędkością światła (3⋅108 m⋅s-1)
i stałą Plancka (6,63⋅10-34 J⋅s). Ponieważ również q jest stałą, tak
więc po uproszczeniu otrzymujemy równanie wiążące bezpośred-
nio odpowiedź widmową SR(λ) z wydajnością kwantową QE(λ) ele-
mentu PV:
dla długości fal λ wyrażonej w μm. Przykładową charakterystykę
QE(λ) przeliczoną na SR(λ) przedstawia rys. 1, natomiast na rys. 2
pokazano na tle widma promieniowania słonecznego AM1.5G
kilka znacznie różniących się między sobą typowych charaktery-
styk SR(λ) dla wybranych technologii PV.
Zasadę pomiaru charakterystyki odpowiedzi widmowej okre-
ślają normy PN-EN 60904-8 (dla elementów PV jednozłączo-
wych) oraz PN-EN 609040-8-1 (dla elementów PV wielozłączo-
wych). Na rys. 3 przedstawiony został schematycznie układ do
pomiaru charakterystyk widmowych.
Fotoprąd
ogniwa
PV
(ang.
photocurrent);
fotoprąd
a prąd zwarciowy
Mając zmierzoną wydajność kwantową lub odpowiedź wid-
mową elementu PV, możemy łatwo obliczyć jaki fotoprąd będzie
generowany przez ten element przy oświetleniu go promieniowa-
niem o znanym, dowolnym rozkładzie widmowym N(λ) lub G(λ):
lub (częściej) jako:
gdzie (λ1,λg) oznacza przedział długości fal, dla których zachodzi
absorbcja.
Korzystając z diodowego wyrażenia analitycznego (8) charak-
terystyki I–V oświetlonego elementu PV:
gdzie kB jest stałą Boltzmanna (8,63⋅10-5 eV/K), T [K] jest tem-
peraturą elementu PV4, IS i A są odpowiednio prądem ciemnym
nasycenia i tzw. współczynnikiem doskonałości (1 < A < 2) złą-
cza ogniwa PV, a RS i Rsh są odpowiednio rezystancjami szeregową
i upływu ogniwa PV, łatwo jest wykazać, że dla V = 0 (I = ISC):
Ponieważ w praktyce RS << Rsh (typowo różnica wynosi co naj-
mniej trzy rzędy wielkości), to można przyjąć z dużą dokładno-
ścią, że:
co oznacza, że we wzorach (6) i (7) fotoprąd Iph może zostać
zastąpiony na bezpośrednio mierzalny parametr elementu PV,
jakim jest prąd zwarciowy ISC.
Błąd powodowany niedopasowaniem widmowym
Pomiar charakterystyki I–V, a w konsekwencji wyznaczone
z niej parametry elektryczne każdego elementu PV, obarczony jest
tzw. błędem powstałym z niedopasowania widmowego (ang. spec-
tral mismatch error) wynikającym z tego, że:
––
widmo światła emitowanego przez symulator Gtest(λ)
różni się od wzorcowego widma promieniowania sło-
necznego AM1.5G Gref(λ) (zdefiniowanego w normie
PN-EN 60904-3);
––
odpowiedź widmowa SRtest(λ) mierzonego elementu różni
się od odpowiedzi widmowej SRref(λ) elementu wzorcowego
użytego do kalibracji mocy promieniowania źródła światła
(symulatora).
W przypadku, gdy któreś z wymienionych par charakterystyk
widmowych są identyczne, procedura korekcji błędu z niedopaso-
wania widmowego omawiana w dalszej części nie jest konieczna.
Jednak gdy pomiędzy wymienionymi charakterystykami
występują znaczne różnice – zarówno w kształcie, jak i zakre-
sie długości fal - omawiany błąd może wynosić nawet kilkadzie-
siąt procent w zmierzonej wartości prądu zwarciowego (a tym
samym mocy i sprawności) mierzonego elementu PV w odnie-
sieniu do warunków STC, np. gdy w przypadku pomiaru ogniwa
tzw. trzeciej generacji (organiczne – OPV, barwnikowe – DSSC,
Rys. 2. Przykład typowych odpowiedzi widmowych SR(λ) dla kilku technologii ogniw PV pokazanych na tle
wzorcowego widma promieniowania słonecznego AM1.5G
Rys. 3. Schemat układu do pomiaru charakterystyk widmowych ogniw PV z wykorzystaniem ogniwa wzor-
cowego (referencyjnego) o znanej charakterystyce widmowej QE(λ) lub SR(λ)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56