Measurement of photovoltaic cell parameters Badanie ogniw fotowoltaicznych

Division of Metrology and Power Processes Automation Faculty of Energy and Environmental Engineering Institute of Power Engineering and Turbomachinery Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Measurement of photovoltaic cell parameters Badanie ogniw fotowoltaicznych Laboratory of Distributed Energy and Renewable Energy Sources Laboratorium Energetyki Rozproszonej i Odnawialnych Źródeł Energii (R-1) Developed by PhD Daniel Węcel Opracował: dr inż. Daniel Węcel www.imiue.polsl.pl/~wwwzmiape 1

AIM OF THE EXERCISE // CEL ĆWICZENIA The aim of the exercise is to determine the basic operating characteristics of photovoltaic cell (module), its parameters and to examine the dependence of the module s power on the inclination angle relative to the light source. // Celem ćwiczenia jest wyznaczenie podstawowych charakterystyk pracy, parametrów ogniwa (modułu) fotowoltaicznego oraz zbadanie zależności mocy modułu od kąta nachylenia względem źródła światła. Table of symbols and abbreviations // Spis oznaczeń i skrótów E v Illuminance // natężenie oświetlenia lux G Solar irradiance // natężenie promieniowania słonecznego W/m 2 G sc Solar constant // stała słoneczna W/m 2 G d G 0 H Diffuse irradiance on a fixed plane // promieniowanie rozporoszone padające na powierzchnię Solar irradiance on a photovoltaic cell array // natężenie promieniowania słonecznego na powierzchni ogniwa fotowoltaicznego Solar irradiation, insolation // nasłonecznienie (napromieniowanie) słoneczne W/m 2 W/m 2 kwh/m 2 (per day, month, year) h Planck's constant // stała Plancka (4.135667662 10-15 ev s) ev s I MPP Current at the maximum power point // natężenie prądu w punkcie mocy maksymalnej A I SC Short circuit current // natężenie prądu zwarcia A P max Maximum power // moc maksymalna W p (W peak) t PV Temperature of photovoltaic cell // temperatura ogniwa fotowoltaicznego C t amb Ambient temperature // temperatura otoczenia C U MPP Voltage at the maximum power point // napięcie w punkcie mocy maksymalnej V U OC Open-circuit voltage // napięcie obwodu otwartego V α temperature coefficient of the short-circuit current // współczynnik temperaturowy natężenia prądu %I SC/ C β temperature coefficient of the open-circuit voltage // współczynnik temperaturowy napięcia %U OC/ C γ temperature coefficient of the power // współczynnik temperaturowy mocy %P max/ C λ wavelength // długość fali nm AM Air Mass // współczynnik optycznej masy powietrza - DNI Direct normal irradiance // natężenie promieniowania bezpośredniego W/m 2 FF Fill Factor // współczynnik wypełnienia - MPP Maximum power point // punkt mocy maksymalnej STC Standard Test Condition // warunki standardowe badania 2

1. INTRODUCTION// WSTĘP 1.1. Solar radiation // Promieniowanie słoneczne Solar radiation - the electromagnetic radiation and elementary particles (photons) given off by the Sun. The energy of photons E is related to the wavelength of the Planck-Einstein relation: // Promieniowanie słoneczne strumień fal elektromagnetycznych i cząstek elementarnych (fotonów) wydzielanych przez Słońce. Energia fotonów E jest powiązana z długością fali zależnością Plancka-Einsteina: E = h c λ = h f h = 4.135667662 10-15 ev s Planck's constant, c speed of light, λ wavelenght, f frequency // h stała Plancka, c prędkość światła, λ długość fali, f - częstotliwość The solar irradiance reaching the upper limits of the atmosphere is determined by the solar constant GSC. This value is defined for the mean Earth-Sun distance and is about 1366.1 W/m 2. The solar irradiance changes in the annual cycle, due to changes in the distance between Earth and the Sun (January 3, 1.47 10 8 km, July 4, 1.52 10 8 km), in the range of ± 3.4% (1420 and 1325 W/m 2, respectively). // Natężenie promieniowania słonecznego docierającego do górnych granic atmosfery określone jest przez stałą słoneczną GSC. Wielkość ta jest zdefiniowana dla średniej odległości Ziemia-Słońce i wynosi około 1366.1 W/m 2. Natężenie promieniowania słonecznego zmienia się w cyklu rocznym, ze względu na zmiany odległości pomiędzy Ziemią a Słońcem (3 stycznia 1.47 10 8 km, 4 lipca 1.52 10 8 km), w zakresie ±3,4% (odpowiednio 1420 i 1325 W/m 2 ). The spectrum of solar radiation over the upper limits of the atmosphere is similar to the radiation of a black body with a temperature of about 5800 K described by the Planck distribution. Due to reflection, dispersion and absorption the part of radiation by gases, the spectrum of radiation reaching the Earth's surface is changed as shown in Figure 1. // Widmo promieniowania słonecznego ponad górnymi warstwami atmosfery jest zbliżone do promieniowania ciała doskonale czarnego o temperaturze około 5800 K opisywanego rozkładem Plancka. Ze względu na odbijanie, rozpraszanie i pochłanianie części promieniowania przez gazy, widmo promieniowania docierającego do powierzchni Ziemi jest zmienione co przedstawiono na rys. 1. 3

The following ranges are distinguished in the solar spectrum // W spektrum promieniowania słonecznego wyróżniamy następujące zakresy Table 1 Pasmo Solar irradiance in The share of energy in total Wavelenght the range // Energia solar radiation // Udział // Długość promieniowania energii w całkowitym fali, nm słonecznego, W/m 2 promieniowaniu słonecznym Ultraviolet (UV) // Ultrafiolet <350 62 4.5% Near ultraviolet // Bliski ultrafiolet 350 400 57 4.2% Visible // Widzialne 400 700 522 38.2% Near infrared // Bliska podczerwień 700 1000 309 22.6% Infrared // Podczerwień >1000 417 30.5% Solar constant // Stała słoneczna 1366,1 //Rys.1 Fig. 1 The spectrum of solar radiation. Widmo promieniowania słonecznego 4

Air Mass coefficient - The weakening of the solar radiation depends on the way that solar rays travel through the atmosphere. Specifies them Air Mass coefficient AM. It is the ratio of the mass of the atmosphere through which the radiation passes, to the mass of the atmosphere through which the radiation passes, when the Sun is at its zenith. It defines also the direct optical path length L through the Earth's atmosphere, expressed as a ratio relative to the atmosphere thickness D. // Współczynnik optycznej masy powietrza - Osłabienie natężenia promieniowania zależy od drogi, którą przebywa ono w atmosferze. Określa je liczba masy powietrza AM (ang. Air Mass; współczynnik optycznej masy powietrza). Jest to stosunek masy atmosfery przez którą przechodzi promieniowanie, do masy atmosfery przez którą przechodzi promieniowanie, gdy Słońce jest w zenicie. Definiowane jest również jako stosunek długości drogi L pokonywanej przez wiązkę optyczna bezpośredniego promieniowania słonecznego przechodzącego przez atmosferę do jej grubości D. AM = L D 1 sin ψ //Rys.2 Fig. 2. The method of determining the air mass coefficient. Sposób określania współczynnika optycznej masy powietrza Spectral distribution of reference solar radiation is determined at AM = 1.5. The value of the reference global solar irradiance on surface of the Earth is GSTC = 1000 W/m 2. 5

// Rozkład widmowy wzorcowego natężenia promieniowania słonecznego jest określany przy AM=1,5. Wartość wzorcowego natężenia promieniowania całkowitego na powierzchni Ziemi wynosi GSTC = 1000 W/m 2. 1.2. Photovoltaic cell // Ogniwo fotowoltaiczne A photovoltaic cell (or solar cell) is a semiconductor element with a p-n junction in which a photovoltaic phenomenon occurs. As a result of the absorption of solar energy in the area of the p-n junction, part of the valence electrons from the atoms in the crystal lattice of the semiconductor is extracted from its place, that is the generation a pair of electron-hole carriers (hole means no electron). The electric field occurring in the area of the p-n junction causes the separation of carriers in the semiconductor (electrons are transported into n-type semiconductor, holes into p-type semiconductor) and the appearance voltage at the terminals of the cell. Connecting the load to the cell electrodes and closing the electric circuit will cause electrons flow. The resulting current is proportional to the solar irradiance and the surface of the photovoltaic cell. Whereas the voltage depends on the load. // Ogniwo fotowoltaiczne (inaczej fotoogniwo) jest elementem półprzewodnikowym ze złączem p-n, w którym zachodzi zjawisko fotowoltaiczne. W wyniku absorpcji energii promieniowania słonecznego w obszarze złącza p-n część elektronów walencyjnych z atomów w sieci krystalicznej półprzewodnika zostaje wybita ze swojego miejsca, czyli następuje tzw. generacja pary nośników elektron-dziura (dziura oznacza brak elektronu). Występujące w obszarze złącza pole elektryczne powoduje rozdzielenie nośników w półprzewodniku (elektrony są transportowane w jednym kierunku, dziury w przeciwnym) i pojawienie się napięcia na zaciskach ogniwa. Przyłączenie odbiornika do ogniwa i zamknięcie obwodu elektrycznego spowoduje przepływ elektronów. Powstające natężenie prądu jest proporcjonalne do natężenia promieniowania słonecznego i powierzchni ogniwa fotowoltaicznego. Natomiast napięcie jest zależne od obciążenia. 6

Fig. 3. The principle of operation of the photovoltaic cell //Rys.3 Zasada działania ogniwa fotowoltaicznego The photovoltaic cells are usually made of silicon (monocrystalline, polycrystalline or amorphous), semiconductors from 13 and 15 group, e.g. Ga (gal), As (arsenic) or in the form of thin layers, e.g. CdTe (cadmium telluride) or CIGS (copper, indium, gal, selenium). More and more often are also available the organic photovoltaic cells, which are currently characterized by low efficiency, but also very low production costs. Many photovoltaic cells connected together are called a solar panel or module (or shorter: a PV module). // Ogniwa najczęściej wykonuje się z krzemu (monokrystalicznego, polikrystalicznego lub amorficznego), półprzewodników z grupy 13 i 15 np. Ga (gal), As (arsen) bądź w postaci cienkich warstw np. CdTe (tellurku kadmu) lub CIGS (miedź, ind, gal, selen). Coraz częściej dostępne są także fotoogniwa organiczne, które obecnie charakteryzują się niską wydajnością, ale także bardzo niskimi kosztami wytwarzania. Układ ogniw fotowoltaicznych połączonych ze sobą nazywamy modułem lub panelem fotowoltaicznym (lub krócej: modułem PV). 2. CHARACTERISTIC OF THE LABORATORY STAND // CHARAKTERYSTYKA STANOWISKA LABORATORYJNEGO The laboratory stand is used to get to know the issues related to photovoltaic cells. // Stanowisko laboratoryjne służy do zapoznania się z zagadnieniami związanymi z ogniwami fotowoltaicznymi. 7

Equipment of test stand no. 1 // Wyposażenie stanowiska 1: 20 W monocrystalline photovoltaic module (MH-20) with the possibility of adjusting the angle of inclination 1 piece // Moduł fotowoltaiczny monokrystaliczny 20 W (MH-20) z możliwością regulacji kąta nachylenia - 1 szt. The parameters of the photovoltaic module // Parametry modułu fotowoltaicznego MH-20* Table 2 Maximum power // Moc maksymalna Pmax (W) 20 Nominal voltage // Napięcie nominalne U (V) 12 Open-circuit voltage // Napięcie obwodu otwartego UOC (V) 21,6 Voltage at the maximum power point // Napięcie w punkcie mocy maksymalnej Umpp (V) 17,5 Short circuit current // Natężenie prądu zwarcia ISC (A) 1,3 Current at the maximum power point // natężenie prądu w punkcie mocy maksymalnej Impp (A) 1,15 Dimensions // Wymiary 436 x 450 x 23 mm Weight // Waga 2,5 kg * Data for STC // Dane dla warunków STC: 1000 W/m 2, 25 C, AM 1.5 Halogen lamp with a power of 1 kw with the ability to adjust the light intensity (QZ- 1000) - 1 pcs, halogen lamp with a power of 500 W - 2 pcs. // Oświetlacz halogenowy o mocy 1kW z możliwością regulacji mocy natężenia światła (QZ-1000) 1 szt., oświetlacz halogenowy o mocy 500 W 2 szt. Panel of electrical leads // Panel wyprowadzeń elektrycznych 1 szt. Electronic protractor // Kątomierz elektroniczny 1 szt. Multimeter // Multimetr 2 szt. Thermoelectric thermometer // Termometr termoelektryczny Variable resistors // Opornice suwakowe Equipment of test stand no. 2 // Wyposażenie stanowiska 2: 3 W amorphous photovoltaic module // Moduł fotowoltaiczny amorficzny 3 W - 1 szt. The parameters of the photovoltaic module // Parametry modułu fotowoltaicznego TPS- 103 3W* 8

Table 3 Maximum power // Moc maksymalna Pmax (W) 3 Nominal voltage // Napięcie nominalne U (V) 6 Open-circuit voltage // Napięcie obwodu otwartego UOC (V) 11 Voltage at the maximum power point // Napięcie w punkcie mocy maksymalnej Umpp (V) 7,5 Short circuit current // Natężenie prądu zwarcia ISC (A) 0,450 Current at the maximum power point // natężenie prądu w punkcie mocy maksymalnej Impp (A) 0,428 Dimensions // Wymiary 467 x 161 x 19 mm Weight // Waga 1,07 kg * Data for STC // Dane dla warunków STC: 1000 W/m 2, 25 C, AM 1.5 Halogen lamp with a power of 500 W - 2 pcs., LED iluminator - 50 W // Oświetlacz halogenowy o mocy 500 W 2 szt., oświetlacz LED 50 W Panel of electrical leads // Panel wyprowadzeń elektrycznych 1 szt. Ammeter 0 1.5 A - 1 pc, voltmeter 0 10 V - 1 pc // Amperomierz 0 1,5 A 1 szt., woltomierz 0 10 V 1 szt Thermoelectric thermometer // Termometr termoelektryczny Variable resistors 332 Ω, 0,6 A // Opornice suwakowe 332 Ω, 0,6 A. Equipment of test stand no. 3 // Wyposażenie stanowiska 3: Monocrystalline photovoltaic module // Moduł fotowoltaiczny monokrystaliczny - 1 szt. The parameters of the photovoltaic module // Parametry modułu fotowoltaicznego* Maximum power // Moc maksymalna Pmax (W) 0,48 Table 4 Open-circuit voltage // Napięcie obwodu otwartego UOC (V) 3,0 Voltage at the maximum power point // Napięcie w punkcie mocy maksymalnej Umpp (V) 2,4 Short circuit current // Natężenie prądu zwarcia ISC (A) 0,245 Current at the maximum power point // natężenie prądu w punkcie mocy maksymalnej Impp (A) 0,200 Dimensions // Wymiary 70 x 120 x 52 mm * Data for STC // Dane dla warunków STC: 1000 W/m 2, 25 C, AM 1.5 Halogen lamp with focusing system, power 150 W - 1 pc. // Oświetlacz halogenowy z układem skupiającym o mocy 150 W 1 szt. 9

Measuring box with load (ammeter, voltmeter, load: set of resistors, motor, light bulb) // Skrzynka pomiarowa z obciążeniem (amperomierz, woltomierz, obciążenie: zestaw rezystorów, silnik, żarówka) 1 szt. Thermoelectric thermometer // Termometr termoelektryczny Decade resistors // Opornica dekadowa. A V + - Fig. 4. Diagram of the measurement system //Rys.4 Schemat układu pomiarowego NOTE // UWAGA: 1. It is not allowed to change the settings of the test stand without instruction and permission of a teacher // Nie wolno zmieniać ustawień roboczych stanowiska bez instruktażu i pozwolenia osoby prowadzącej zajęcia dydaktyczne. 2. Take special care when doing measurements, due to work with electrical devices. // Podczas wykonywania ćwiczeń należy zachować szczególną ostrożność, ze względu na pracę z urządzeniami elektrycznymi. 3. Avoid dazzling other class participants beam of light produced by the illuminator. // Należy unikać oślepiania innych uczestników zajęć strumieniem światła wytworzonym przez oświetlacz. 4. The illuminator housing heats up during operation. Take special care when operating the illuminator. Warning! Hot surface! // Obudowa oświetlacza nagrzewa się podczas pracy. Należy zachować szczególną ostrożność podczas obsługi oświetlacza. Uwaga! Gorąca powierzchnia! 5. Adjustment of illuminance is made by a potentiometer located on the housing of the illuminator, or by changing the distance between the illuminator and the photovoltaic module. // Regulacja natężenia oświetlenia jest dokonywana potencjometrem umieszczonym na 10

obudowie oświetlacza lub poprzez zmianę odległości pomiędzy oświetlaczem, a modułem fotowoltaicznym. 3.1. Preparation the test stand to work // Przygotowanie stanowiska do pracy: 1. Check the correctness of all electrical and mechanical connections. In the case of any signs of incorrect connection of elements in the test stand, this fact should be reported to the person conducting the classes. // Należy sprawdzić poprawność wszystkich połączeń elektrycznych i mechanicznych. W razie jakichkolwiek oznak niepoprawnego połączenia elementów na stanowisku, należy zgłosić ten fakt osobie prowadzącej zajęcia. 2. Place the solar panel and the lamp in a distance of approx. 0.5 m. // Ustawić panel fotowoltaiczny i oświetlacz w odległości ok. 0,5 m 3. Connect the lamp cable to the power supply (230 V AC) and start measuring instruments. // Włączyć do sieci (230 V AC) przewód zasilający oświetlacz i przyrządy pomiarowe. 4. Measure and note the surface of the solar panels in the table. // Zmierzyć i zanotować w tabeli powierzchnię paneli fotowoltaicznych. 3.2. Examination of current-voltage characteristics of PV panels // Badanie charakterystyki prądowo-napięciowej paneli PV The purpose of the exercise is to examine the work of the photovoltaic panel for selected load values at a set value of illuminance. // Celem ćwiczenia jest zbadanie pracy panelu fotowoltaicznego dla wybranych wartości obciążenia przy ustalonej wartości natężenia oświetlenia. 1. Set the position of lamp, do not change it during measurements. Measure the illuminance with a meter (lux meter) in several places on the surface of a photovoltaic panel. // Ustawić położenie lampy, nie zmieniaj go w trakcie pomiarów. Dokonać pomiaru natężenia oświetlenia miernikiem (luksomierzem) w kilku miejscach na powierzchni panelu fotowoltaicznego. 2. Starting from the maximum value of the current flowing through the load, perform 10 to 15 measurements of the current I and voltage U by changing load resistance. At the 11

same time, measure the temperature t on the back side of the solar panel. // Zaczynając od maksymalnej wartości prądu płynącego przez obciążenie wykonać 10-15 pomiarów wartości natężenia prądu I, napięcia U przy zmianie rezystancji obciążenia. Równocześnie mierzyć temperaturę t na tylnej ścianie panelu fotowoltaicznego. 3. Place the measured values in table 5 // Zmierzone wartości umieścić w tabeli 5. L.p. 1 Illuminance // Natężenie oświetlenia Ev (lux) PV module temperature // Temperatura modułu PV t ( C) Current // Natężenie prądu I (A) Voltage // Napięcie U (V) Power // Moc wydzielona P (W) Table 5 Load resistance // Rezystancja obciążenia R (Ω) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 4. For resistance R = 0 Ω, measure and record the short circuit current Isc of the PV module. // Dla rezystancji R=0 Ω zmierzyć i zanotować natężenie prądu zwarcia Isc modułu PV. 5. For the resistance R =, measure and record the open circuit voltage Uoc of the PV module. // Dla rezystancji R= zmierzyć i zanotować napięcie układu otwartego Uoc modułu PV. 6. Correct measured values of current and voltage due to the panel temperature changes in relation to the STC temperature, according to the following relationships: // Skorygować zmierzone wartości natężenia prądu i napięcia ze względu na zmianę temperatury panelu w stosunku do temperatury STC według poniższych zależności: 12

I = I + α 100 I SC (T T ) U = U R S (I I ) κ I (T T ) + β 100 U OC (T T ) where // gdzie: I, U measured values // zmierzone wielkości I, U corrected values // skorygowane wielkości T measured temperature of the PV module // zmierzona temperatura panelu PV T STC temperature // temperatura STC α temperature coefficient of the short-circuit current // współczynnik temperaturowy natężenia prądu (%ISC/ C) β temperature coefficient of the open-circuit voltage // współczynnik temperaturowy napięcia (%UOC/ C) RS series resistance of the PV module // rezystancja szeregowa panelu PV κ curve correction factor // współczynnik korekcyjny krzywej. Coefficients // Współczynniki (GSTC = 1000 W/m 2 ) Monocrystalline cells // Ogniwa monokrystaliczne Policrystalline cells // Ogniwa polikrystaliczne Table 6 Amorphous cells // Ogniwa amorficzne α (%ISC/ C) 0,03 0,05 0,08 β (%UOC/ C) -0,33-0,36-0,4 RS (Ω) 0,3 0,4 8 κ (Ω/ C) 0,004 0,001 0 7. Calculate the values of the power P and the resistance R of the load. // Obliczyć wartość wydzielonej mocy P i rezystancji R obciążenia. P = U I ; R = U I 8. The results of calculations should be presented in a one graph in the form of curves I = f(u) and P = f(u). An example of the characteristics and the way to determine the MPP point is shown in Fig. 5 // Uzyskane wyniki obliczeń przedstawić na jednym wykresie w postaci krzywych I = f(u) i P = f(u). Przykład charakterystyk i sposób określania punktu MPP przedstawia rys. 5. 9. Determine the maximum power point MPP, i.e. the point on characteristics, in which the module produces the most power under given lighting and load conditions. // Określić punkt mocy maksymalnej MPP, czyli punkt na charakterystykach, w którym panel produkuje najwięcej mocy w danych warunkach oświetlenia i obciążenia. 13

Fig. 5. Characteristics I = f(u), P = f(u). Determination of the maximum power point MPP // Rys.5 Charakterystyki I = f(u), P = f(u). Wyznaczanie punktu mocy maksymalnej MPP 10. Determine the efficiency η of the PV module using the formula // Wyznaczyć where // gdzie: sprawność η modułu PV, korzystając z zależności: η = U MPP I MPP G 0 A 100 Impp (A) measured current at MPP // zmierzony prąd w punkcie MPP Umpp (V) measured voltage at MPP// zmierzone napięcie w punkcie MPP A (m 2 ) area of PV module // powierzchnia modułu PV G0 (W/m 2 ) average irradiance (can be calculated from approximate dependence) // średnie natężenie promieniowania (można obliczyć z przybliżonej zależności): G 0 = 0,72 E v 0,625 11. Calculate the fill factor FF using the following formula // Wyznaczyć współczynnik wypełnienia FF, korzystając z zależności: FF = U MPP I MPP U OC I SC For calculations, use the currents and voltages obtained from the characteristics of the tested photovoltaic cell. // Do obliczeń wykorzystać wartości prądów i napięć otrzymane z charakterystyk badanego ogniwa fotowoltaicznego. 12. Summary of results // Podsumowanie wyników. Tabela 7 14

A (m 2 ) Isc (A) Uoc (V) Impp (A) Umpp (V) Pmax (W) η (%) FF ( - ) 13. Measurements can be made for several selected illuminance values and then plot a family of curves I = f (U). When describing the curves specify the illuminance values Ev // Pomiary można wykonać dla kilku wybranych wartości natężenia oświetlenia i wykreślić rodzinę krzywych I = f(u). Przy opisywaniu krzywych podać wartości natężenia oświetlenia Ev. 3.3. Determining the relationship between the PV module power and the angle of inclination α // Wyznaczanie zależności mocy modułu PV od kąta ustawienia α The aim of the exercise is to examine the dependence of the module s power on the inclination angle relative to the light source // Celem ćwiczenia jest zbadanie zależności mocy panelu fotowoltaicznego od jego kąta ustawienia względem źródła światła. 1. Set the position of lamp, do not change it during measurements. Measure the illuminance with a meter (lux meter) in several places on the surface of a photovoltaic panel. // Ustawić położenie lampy, nie zmieniaj go w trakcie pomiarów. Dokonać pomiaru natężenia oświetlenia miernikiem (luksomierzem) w kilku miejscach na powierzchni panelu fotowoltaicznego. 2. Set the panels in such a way that the angle α (between the light source and the normal to the panel) is equal to 0 // Ustawić panele w taki sposób, aby kąt α (pomiędzy żródłem światła a normalną do panelu) wynosił 0 3. Determine the current-voltage characteristics for the angle α = 0 // Wyznaczyć charakterystykę prądowo-napięciową dla kąta α = 0. 4. Change the angle of inclination by 5. Note the values of current I and voltage U. // Zmieniać nachylenie o 5. Notować wartości natężenia prądu I i napięcia U. 5. Put the measured values in table 8 // Zmierzone wartości umieścić w tabeli 8. 6. Draw the characteristics I = f(cos α) and P = f(cos α). // Wykreślić charakterystyki I = f(cos α) oraz P = f(cos α). 15

L.p. 1 Angle of inclination // Kąt nachylenia α ( ) Illuminance // Natężenie oświetlenia Ev (lux) Current // Natężenie prądu I (A) Voltage // Napięcie U (V) Table 8 Power // Moc wydzielona P (W) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3.4. The study of the photovoltaic module with partial shading of a single cell // Badanie modułu fotowoltaicznego przy częściowym zacienieniu pojedynczego ogniwa The aim of the exercise is to examine the operation of the solar module at partial shading the module's cells and at a fixed value of illuminance // Celem ćwiczenia jest zbadanie pracy modułu fotowoltaicznego przy częściowym zacieniu ogniw modułu i przy ustalonej wartości natężenia oświetlenia 1. Set the position of lamp, do not change it during measurements. Measure the illuminance with a meter (lux meter) in several places on the surface of a photovoltaic panel. // Ustawić położenie lampy, nie zmieniaj go w trakcie pomiarów. Dokonać pomiaru natężenia oświetlenia miernikiem (luksomierzem) w kilku miejscach na powierzchni panelu fotowoltaicznego. 2. Set the panels in such a way that the angle α is equal to 0 // Ustawić panele w taki sposób, aby kąt α wynosił 0. 3. Cover with piece of paper the single module cell // Przysłonić kartką pojedyncze ogniwo modułu. 16

4. Determine the current-voltage characteristics // Wyznaczyć charakterystykę prądowonapięciową. 5. Put the measured values in table 9 // Zmierzone wartości umieścić w tabeli 9. Table 9 L.p. 1 Illuminance // Natężenie oświetlenia Ev (lux) PV module temperature // Temperatura modułu PV t ( C) Current // Natężenie prądu I (A) Voltage // Napięcie U (V) Power // Moc wydzielona P (W) Load resistance // Rezystancja obciążenia R (Ω) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 6. For resistance R = 0 Ω, measure and record the short circuit current Isc of the PV module, and for the resistance R =, measure and record the open circuit voltage Uoc of the PV module.. // Dla rezystancji R=0 Ω zmierzyć i zanotować natężenie prądu zwarcia Isc modułu PV, a dla rezystancji R= zmierzyć i zanotować napięcie układu otwartego Uoc modułu PV. 7. The results of measurements and calculations should be presented in a one graph in the form of curves I = f(u) and P = f(u). // Uzyskane wyniki pomiarów i obliczeń przedstawić na jednym wykresie w postaci krzywych I = f(u) i P = f(u). 8. Sketch the way and place of covering the photovoltaic module. // Naszkicować sposób i miejsce zasłonięcia modułu fotowoltaicznego. 9. Measurements can be made for several ways to cover the cell - changing the surface and/or shape of covering paper, and its type, eg white or black. During tests the temperature 17

measurements can be made for shaded and non-shaded cells // Pomiary można wykonać dla kilku sposobów przesłonięcia ogniwa zmieniając powierzchnię i/lub kształt przesłonięcia oraz rodzaj kartki np. biała lub czarna. W trakcie pomiarów można wykonać pomiary temperatury ogniw zacienionych i niezacienionych. 2. THE REPORT // SPRAWOZDANIE The report should include // Sprawozdanie powinno zawierać: 1. Title page (date of the exercise and its number, names of the participants). // Strona tytułowa (data wykonania ćwiczenia, numer ćwiczenia, nazwiska i imiona uczestników. 2. Short theoretical introduction about photovoltaic calls and aim of the exercise. // Krótki wstęp teoretyczny dotyczący ogniw fotowoltaicznych i cel ćwiczenia. 3. Diagram of the measuring stand with marked measurement points of specific quantities. Description of the tested photovoltaic cell and instruments used during measurements. // Schemat stanowiska pomiarowego wraz z zaznaczonymi miejscami pomiaru określonych wielkości. Opis badanego ogniwa fotowoltaicznego oraz przyrządów wykorzystanych podczas pomiarów. 4. Tables with measurement results and calculation with the used formulas // Tabelę wyników pomiarowych i obliczeń oraz wzory używane do obliczeń. 5. Characteristics I=f(U) i P=f(U) with marked characteristic points. // Charakterystyki I=f(U) i P=f(U) wraz z zaznaczonymi charakterystycznymi punktami. 6. Tables with determined cell parameters Isc, Uoc, Impp, Umpp, Pmax, η, FF. Comparison with the rated data. // Tabele z wyznaczonymi parametrami ogniwa: Isc, Uoc, Impp, Umpp, Pmax, η, FF. Porównanie z danymi znamionowymi. 7. Observations and conclusions. // Spostrzeżenia i wnioski The report should be printed double-sided. // Sprawozdanie powinno być drukowane dwustronnie. Bibliography // Bibliografia Vasilis M. Fthenakis, Paul A. Lynn: Electricity from Sunlight: Photovoltaic-Systems Integration and Sustainability, 2nd Edition. ISBN: 978-1-118-96378-4, Jan 2018 Konrad Mertens: Photovoltaics: Fundamentals, Technology and Practice. ISBN: 978-1-118-84339-0, Nov 2015 18