POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Elektryczny Instytut Elektroenergetyki Zakład Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA: BADANIE BATERII SŁONECZNYCH W ZALEśNOŚCI OD NATĘśENIA ŚWIATŁA UWAGA!!! Baterie słoneczne moŝna zewrzeć i nic im się nie stanie. Nie przybliŝać zbyt blisko i nie trzymać długo lampki z Ŝarówką przy powierzchnią baterii słonecznych gdyŝ grozi to stopieniem warstwy chroniącej baterię przed czynnikami zewnętrznymi. Wstęp Ćwiczenie polega na badaniu ogniwa fotowoltaicznego w zaleŝności od natęŝenia światła. Zmiana natęŝenia światła będzie polegać na zmianie odległości lampy od paneli baterii słonecznej Opis teoretyczny Ogniwa fotowoltaiczne wykorzystują efekt fotoelektryczny wewnętrzny do generacji energii elektrycznej prądu stałego. Efekt ten polega na podwyŝszeniu poziomu energetycznego elektronu po przechwyceniu kwantu światła. Baterie słoneczne uznawane są za najbardziej przyjazne środowisku źródło energii. Wynika to z: braku emisji zanieczyszczeń, braku hałasu, a takŝe praktycznie braku ujemnego wypływu na zwierzęta. Ponadto panele wytwarzane są z powszechnie dostępnych surowców, a ich pozyskanie nie wymaga ingerowania w sposób istotny w środowisko naturalne. Utylizacja takiego źródła takŝe nie jest znaczącym problemem. Z punktu widzenia ekologii nie mają one praktycznie wad. Jedyną wadą jest to, Ŝe wyprodukowanie źródła tego typu wiąŝe się ze znacznym nakładem energii, a przy niskiej sprawności i krótkim czasie eksploatacji źródła, powoduje to relatywnie niewielki zysk na energii produkowanej w odniesieniu do energii włoŝonej w wytworzenie paneli. Wynikiem tego jest wysoka cena ogniw i problemy ze zwrotem kosztów poniesionych w elektrownię wykorzystującą baterie słoneczne. WaŜnym parametrem ogniw słonecznych jest ich sprawność która opisuje stosunek ilości energii elektrycznej jaka zostanie wyprodukowana z ilości energii dostarczonej do panelu przez promieniowanie elektromagnetyczne. Sprawności róŝnych typów ogniw: Krzem monokrystaliczny sprawności 4-7,5% Krzem polikrystaliczny sprawności -3% Krzem amorficzny sprawności 7-0% Przewodzące prąd polimery połączone z fullerenem sprawność ok. 3%
Z punktu widzenia konstruktora urządzeń odbierających energię z ogniw fotowoltaicznych i przekazujących ją do odbiorników lub systemu elektroenergetycznego jest charakterystyka ogniw fotowoltaicznych. Jest ona w podobna dla róŝnych typów ogniw. Rys.. Przykładowe charakterystyki ogniwa fotowoltaicznego dla róŝnych temperatur Rys.. Przykładowe charakterystyki ogniwa fotowoltaicznego dla róŝnych wartości nasłonecznienia Z przedstawionych na rys. i wykresów moŝna odczytać, Ŝe w części charakterystyki ogniwo zachowuje się jak ustępliwe źródło napięciowe w części zaś jak źródło prądowe. UniemoŜliwia to bezpośrednie zasilanie urządzeń stałoprądowych, gdyŝ wymagają one w większości stałej wartości napięcia zasilania. Ponadto zauwaŝyć warto, Ŝe wraz ze wzrostem natęŝenia światła padającego na ogniwo następuje niewielki wzrost napięcia rozwarcia tego źródła, a znacznie wzrasta wartość prądu zwarcia. Natomiast temperatura ma wpływ na wartość napięcia rozwarcia. Co ciekawe dla niŝszej temperatury napięcie rozwartego źródła jest wyŝsze. Z charakterystyki U-I ogniwa wynika, Ŝe ma ono tzw. maksymalny punkt mocy (MPP), czyli punkt na charakterystyce U-I w którym ogniwo produkuje najwięcej mocy przy zadanych warunkach nasłonecznienia i temperatury. Aby zwiększyć wydajność ogniwa naleŝy obciąŝać je taką wartością rezystancji dla której występuje MPP. Rezystancja ta wynosi: U mpp R =. Impp PołoŜenie maksymalnego punktu mocy ogniwa na charakterystyce U-I związane jest ściśle z temperaturą źródła oraz natęŝeniem światła, które na nie pada. NaleŜy przy tym zauwaŝyć, Ŝe temperatura ma większy wpływ na wartość napięcia przy jakim MPP wystąpi, natomiast nie ma praktycznie wpływu na wartość prądu charakteryzującego optimum mocy. Zmiany natęŝenia światła powodują zmiany wartości prądu odbieranego, ale nie mają natomiast większego wpływu na napięcie przy którym występuje maksimum mocy. Zostało to ukazane na rys. 3, który jest zbiorem charakterystyk elektrycznych ogniwa fotowoltaicznego dla róŝnych wartości natęŝenia światła.
Rys. 3. Charakterystyka mocy produkowanej w zaleŝności od nasłonecznienia Ćwiczenie naleŝy wykonywać po kolei według instrukcji.. Przed przystąpienie do badań naleŝy podłączyć układ według schematu.( układ poprawnie mierzonego prądu ) lub. ( układ poprawnie mierzonego napięcia). Wybrać jeden z nich i uzasadnić swój wybór. Schemat. Schemat.. NaleŜy zdjąć charakterystykę I = f(u) w zaleŝności od natęŝenia oświetlenia (wysokości lampki nad powierzchnią baterii słonecznych) dla 4 lub 5 wysokości d. Wypełniamy tabelę. 3
TABELA. d=5cm d=5cm d=5cm d=35cm d=45cm L.p. U I P=U*I U I P=U*I U I P=U*I U I P=U*I U I P=U*I.. 3. 30. Zaczynamy od wyznaczenia punktu pracy jałowej rozwarte zaciski obciąŝenia (punkt A) i punktu pracy zwarciowej (punkt B). Dalej regulując rezystancję obciąŝenia (Robc) w zakresie od 0Ω do 500Ω z przemyślnym krokiem notujemy ok. 30 punktów charakterystyki. Procedurę powtarzamy dla kaŝdego d. 3. Z punktów wyznaczonych w czasie badania obliczamy moc P=U*I i wykreślamy charakterystykę P = f(i), która pokaŝe połoŝenie Punkt Mocy Maksymalnej (ang. Maximum Power Point, skr. MPP). W jednym układzie współrzędnych mają znaleźć się P=f(U) i I = f(u). 4. Z otrzymanych danych policzymy Filtr Factory (FF), który wyznacza jakość baterii słonecznych. FF liczymy ze wzoru: P FF = U max OC I SC gdzie: Pmax moc maksymalna Uoc napięcie ogniwa bez bciąŝenia Isc prąd zwarcia. Parametr ten mieści się w zakresie od 0 do, gdzie FF= oznacza prostopadłość charakterystyki U=f(I). I = f przy U=0 (zwarcie). Regulując 5. Następnie wyznaczamy charakterystykę ( ) d wysokość połoŝenia źródła światła (d) notujemy wartość natęŝenia prądu zwarcia I zd. Pomiar powtarzamy ok. 30 razy. Wypełniamy tabelę. L.p. 3 30 TABELA. U = 0V (zwarcie) I d /d PowyŜsze dane wykreślić na papierze milimetrowym i wraz z interpretacją powinny znaleźć się w sprawozdaniu do ćwiczenia. 4
Literatura: []. Strony internetowe na temat fotowoltaiki. []. Radecki Tadeusz, Andrzej Kondyba Przetwarzanie energii w elektrowniach słonecznych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 000, Gliwice 5