Тестирование солнечных элементов. Результаты разработки измерительного комплекса

С позиции развития солнечной фотоэнергетики, Беларусь имеет сходные природно-климатические условия с Германией, достигшей в этом направлении лидирующих позиций в Европе.

Научные и технологические успехи в области прямого генерирования электроэнергии на основе солнечных элементов (СЭ), в сочетании с государственной поддержкой в виде установления трехкратных повышающих коэффициентов для солнечных энергоисточников, открыли реальную перспективу крупномасштабного применения этого практически неиссякаемого источника энергии и в нашей республике. В этом убеждена группа ученых из Белорусского государственного аграрного технического университета, возглавляемая кандидатом технических наук, доцентом Владиславом Васильевичем Лисовским. Результаты разработки измерительного комплекса для тестирования солнечных элементов ученый представил на международной научно-технической конференции «Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК», прошедшей в Минске.

         По мнению ученого, к настоящему времени наибольшее распространение получила технология планарных СЭ, преобразующих прямое солнечное излучение. Большие перспективы имеет направление, использующее концентрированное солнечное излучение, а также новейшие  разработки в области создания наногетероструктурных СЭ. Широкое внедрение фотоэлектрических преобразователей на основе любой из этих технологий невозможно без полного метрологического обеспечения производства, поверки и стандартизации.

В докладе приводятся результаты разработки измерительного комплекса для исследования спектральных зависимостей и снятия вольтамперных характеристик (ВАХ) в функции заданной освещенности, а также полученные на его основе экспериментальные  данные для СЭ производства СП «Солар-Груп» (г. Брест).

Принципиальная электрическая схема блока снятия ВАХ, входящего в состав измерительного комплекса приведена на рисунке 1.

Блок снятия ВАХ создан на основе микроконтроллера C8051F120. Управление осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения с ПК. Установка позволяет регулировать мощность лампы и измерять температуру в процессе работы.

Построение ВАХ осуществляется заданием тока с через СЭ цепью, состоящей из источника опорного напряжения, цифро-аналогового преобразователя, операционного усилителя, полевого транзистора и нагрузочного резистора путем одновременного измерения тока и напряжения цифровыми мультиметрами, подключаемыми к блоку снятия ВАХ. Полярность подключения СЭ выбирается переключением реле. Время построения ВАХ по ста точкам составляет менее десяти секунд.

Результаты лабораторных испытаний для СЭ №1 размерами 125х125 мм приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Вольтамперная характеристика солнечного элемента №1

Цифрой 1 обозначена ВАХ, полученная при облучении солнечного элемента кварцевой галогенной лампой мощностью 800 Вт, цифрой 2 ВАХ для лампы мощностью 1000 Вт.

Измерение относительной спектральной чувствительности исследуемого СЭ производилось путем сравнения его фотооткликов с аналогичными параметрами контрольного фотоприемника при попадании на них монохроматического излучения  в диапазоне 400…1100 нм с шагом 100 нм.

Результаты измерений параметров СЭ №1 приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 – Спектральная чувствительность солнечного элемента №1

Полученные результаты говорят о возможности промышленного применения данного измерительного комплекса, как при научных исследованиях, так и при массовом производстве СЭ по классической технологии.

Дальнейшее совершенствование комплекса позволит также проводить высокоточные контрольно-поверочные испытания.