14
2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 1 2. Celule fotovoltaice. Caracteristici electrice

Celule Foto

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Celule Foto

2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 1

2. Celule fotovoltaice.

Caracteristici electrice

Page 2: Celule Foto

2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 2

� Iradianta, notata cu G sau E, reprezinta puterea luminoasa incidenta normal pe

unitatea de suprafata; se masoara in W/m2 sau kW/m2.

� Iradiatia, sau insolatia, reprezinta energia luminoasa incidenta pe unitatea de suprafata

intr-un intervalul de timp precizat; se masoara in Ws/m2 sau kWh/m2.

� Indicele de masa a aerului, AM, este o masura a gradului de absorbtie a energiei

luminoase pe masura ce strabate atmosfera terestra:

ssin

1AM

γ=

Introducere: Scurta recapitulare a unor termeni legati de energia solara

os 8.415.1AM =γ⇒

prin definitie

Page 3: Celule Foto

2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 3

� Distributia spectrala a energiei luminoase, pentru AM0 respectiv AM1.5

Page 4: Celule Foto

2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 4

Caracteristicile I-U depind de energia luminoasa incidenta si de temperatura celulei

fotovoltaice. Pentru a putea compara intre ele caracteristicile diferitelor celule acestea

se determina in conditii bine precizate numite conditii standard de test - STC (Standard

Test Conditions). Aceste conditii, conform IEC 60904/DIN EN 60904, sunt:

1. Iradianta luminii incidente perpendicular pe celula G=1000 W/m2;

2. Temperatura celulei T=25o C ± 2o C;

3. Distributia spectrala a luminii corespunzatoare indicelui de masa a aerului

AM=1.5

Conditii standard de test (STC)

Page 5: Celule Foto

2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 5

O celula fotovoltaica este formata dintr-o jonctiune semiconductoare p-n prevazuta cu o pereche de contacte metalice plasate pe cele doua suprafete libere ale jonctiunii. In urma difuziei purtatorilor mobili de sarcina, din regiunea in care sunt majoritari in cealalta regiune, in vecinatatea jonctiunii apare un stat de sarcina spatiala care produce un camp electric orientat de la regiunea n catre regiunea p.

Sub actiunea luminii in regiunile semiconductoare se genereaza perechi goluri-electroni; sub actiunea campului electric al jonctiunii, golurile se deplaseaza catre contactul metalic plasat pe regiunea p, iar electronii catre celalalt contact metalic. Intre cele doua contacte apare astfel o tensiune electrica, fenomen numit efect fotovoltaic. NB - Aceasta este o explicatie care simplifica la maximum fenomenul.

2.1 Celula fotovoltaica - principiu de functionare

Page 6: Celule Foto

2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 6

Comportarea electrica a unei celule fotovoltaice este determinata de relatia dintre

curentul I debitat de celula si tensiunea U dintre cele doua contacte metalice (borne).

Graficul relatiei I=f(U) poarta numele de caracteristica I-U a celulei (sau caracteristica

curent - tensiune).

2.2 Caracteristicile I-U si parametrii celulelor fotovoltaice

Caracteristica I-U

Page 7: Celule Foto

2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 7

Mers in scurtcircuit Mers in circuit deschis ("gol")

Regimuri extreme de functionare a unei CFV:

Curentul de scurtcircuit Isc si tensiunea de mers in gol Uoc sunt doi parametrii de

catalog importanti ai unei celule fotovoltaice. Ei reprezinta valoarea maxima a

curentului, respectiv a tensiunii unei celule fotovoltaice in conditii de iradianta si

temperatura date.

Intersectiile caracteristicii I-U cu axele de coordonate corespund unor regimuri

extreme de functionare ale celulei fotovoltaice:

Page 8: Celule Foto

2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 8

In cele doua regimuri extreme puterea P=UI debitata de CFV este nula intrucat la

scurtcircuit U=0, iar in circuit deschis I=0. Pe de alta parte, pentru orice U>0 si I>0

puterea este pozitiva. Drept urmare, functia P=f(U) are un maxim. Punctul respectiv de

pe caracteristica I-U sau P=I se numeste punct de putere maxima ( MPP).

Aceasta putere maxima, in

STC, este desemnata drept

puterea nominala a CFV.

Unitatea de masoara este wat-

peak (Wp).

Punctul de putere maxima (MPP - Maximum Power Point)

Page 9: Celule Foto

2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 9

1Baria

Aaria

IU

IU

IU

PFF

scgol

mppmpp

scgol

MPP<===

Factorul de umplere:

In ipoteza unei caracteristici I-U dreptunghiulare, ideale, puterea maxima ar fi UgolIsc.

Pentru a caracteriza abaterea caracteristicii real fata de caracteristica ipotetica, de

defineste un factor de umplere (Fill Factor)

Page 10: Celule Foto

2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 10

Acest parametru caracterizeaza randamentul procesului de conversie a energiei

solare incidente in energie electrica la bornele celulei PV, in conditii de

iluminare date:

cell

scgol

in

MPP

A.G

FFIU

P

P==η

Eficienta energetica (randamentul energetic al celulei)

Pin = G.Acell reprezinta puterea luminoasa incidenta normal pe suprafata celulei (G

este iradianta, iar Acell este aria celulei expusa luminii)

Page 11: Celule Foto

2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 11

Page 12: Celule Foto

2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 12

Page 13: Celule Foto

2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 13

2.3 Dependenta caracteristicii I-U ideale de iradianta

Curentul generat fotonic, egal cu cel de scurtcircuit, depinde liniar de iradianta G.

Si tensiunea de mers in gol depinde de G, dar intr-o mai mica masura.

Aceste dependente sunt prezentate, calitativ, in graficul de mai jos. Pentru comparatie,

este prezentata si caracteristica unei celule fotovoltaice reale.

Page 14: Celule Foto

2010 UPT/BFI: Sisteme fotovoltaice - St. Haragus 14

2.9 Efectul temperaturii celulei asupra caracteristicilor I-U, obtinute

prin simulare PSpice

Valori considerate in simulare: Rs=10-6 ohm, Rp=1000 ohm, I02=0. Se observa ca

performantele se degradeaza odata cu cresterea temperaturii.