...

Pomiar ogniw i modułów fotowoltaicznych – normy i praktyka

13 lutego 2020
Pomiar ogniw i modułów fotowoltaicznych – normy i praktyka

Magazyn Fotowoltaika rozpoczyna serię artykułów dotyczących sposobu i jakości pomiarów elementów fotowoltaicznych (PV) – zarówno pojedynczych ogniw, jak i wielkogabarytowych modułów, a nawet większych zestawów modułów. W pierwszej części, która ukazała się w numerze 4/2019 zdefiniowane zostały podstawowe parametry elektryczne elementu fotowoltaicznego – ogniwa, modułu – oraz sposoby i warunki pomiaru charakterystyk prądowo-napięciowych (I-V), na podstawie których parametry te są wyznaczane. Omówione zostały ogólne warunki i wymagania niezbędne do prawidłowego wykonania pomiaru charakterystyki I-V, dokumenty normatywne, które definiują takie warunki, oraz istotniejsze źródła błędów towarzyszące pomiarom.

W I części omówione zostały  rodzaje źródeł światła stosowane przy pomiarach charakterystyk I-V oraz wymagania, jakie źródła te muszą spełniać.

Wprowadzenie – podstawowe parametry elektryczne elementu fotowoltaicznego

Podstawowe parametry elektryczne elementu fotowoltaicznego – ogniwa, modułu, a nawet większego zestawu modułów – określane są na podstawie jego charakterystyki prądowo-napięciowej (I-V) zmierzonej w określonych warunkach, zależnych przede od wszystkim temperatury mierzonego elementu oraz oświetlenia. Ażeby można było porównywać różne produkty między sobą, niezbędne są ściśle określone, znormalizowane warunki pomiaru. Każde odstępstwo od tych warunków może skutkować znacznymi różnicami w wartościach otrzymanych parametrów, które mogą być większe zależnie od typu mierzonego elementu i materiału półprzewodnikowego (absorbera), z którego został on wykonany.

Charakterystyka prądowo-napięciowa (I-V) pozwala na wyznaczenie następujących parametrów elementu fotowoltaicznego :

  • Prąd zwarciowy ISC (ang. short-circuit current) – prąd płynący przez ogniwo PV w warunkach, gdy zwarte są jego elektrody (napięcie na ogniwie V = -0); w praktyce wartość prądu zwarciowego z dużą dokładnością odpowiada wartości generowanego światłem fotoprądu IPH.
  • Napięcie ogniwa otwartego (zwane też napięciem jałowym) VOC (ang. open-circuit voltage) – napięcie mierzone na zaciskach ogniwa PV w warunkach, gdy rozwarte są jego elektrody (prąd płynący przez ogniwo I = 0).
  • Moc Pm w punkcie mocy maksymalnej MPP (ang. Maximum Power Point) – maksymalna moc (oraz odpowiadające jej wartości prądu Im i napięcia Vm), jaką można uzyskać z ogniwa w określonych warunkach pomiaru/pracy:

  • Współczynnik wypełnienia krzywej I-V, FF (ang. Fill Factor), definiowany następująco:

określający jakość kształtu charakterystyki I-V; wysokiej jakości ogniwa i moduły krzemowe posiadają współczynnik FF typowo mieszczący się w granicach 0,75 – 0,8, chociaż w przypadku wysokiej jakości ogniw o wysokim napięciu VOC (> 650 mV) może być on większy od 0,8.

  • Sprawność konwersji ogniwa, h (ang. conversion efficiency):

gdzie G jest całkowitą gęstością mocy promieniowania padającego na ogniwo wyrażoną w W/m2, a A jest powierzchnią mierzonego elementu w m2.

  • Rezystancja szeregowa ogniwa RS – rezystancja wynikająca głównie z geometrii i sposobu wykonania metalicznych elektrod ogniwa; moc wydzielająca się w efekcie spadku napięcia na rezystancji RS jest istotnym czynnikiem strat i parametrem znacznie obniżającym współczynnik FF, a w konsekwencji Pm i sprawność konwersji h; poprawny sposób wyznaczania rezystancji szeregowej elementu fotowoltaicznego będzie wyjaśniony w dalszej części.

Rysunek  przedstawia w sposób graficzny znaczenie powyższych parametrów.

Wyznaczanie parametrów elektrycznych elementów fotowoltaicznych na podstawie pomiaru charakterystyki I-V zmierzonych w znormalizowanych warunkach STC nazywamy znamionowaniem mocy (ang. power rating).

Rysunek  przedstawia w sposób graficzny znaczenie powyższych parametrów.

Całość można przeczytać w numerze 4/2019 Magazynu Fotowoltaika. Zaprenumeruj