Аналіз вимог та розробка оптимального рішення гнучких сонячних елементів для використання у комбінованих PV/T системах

Abstract

У статті визначено вимоги до фотоелектричних перетворювачів, призначених для роботи як інтегровані джерела живлення для комбінованих систем PV / T: ефективно виробляти електроенергію при температурі 55ƒɋ; забезпечити коефіцієнт поглинання сонячної енергії на рівні не менше 90% і мати коефіцієнт відбиття в інфрачервоній частині спектра не більше 10%; разом із системою охолодження системи охолодження, конструкція перетворювач повинен забезпечувати різницю між температурою перетворювача і температурою теплоносія не більше 5 ° C. Дослідженнятемпературної залежності ефективності плівкових фотоелектричних перетворювачів на основі сполук CdTe та CuInSe2, аморфного кремнію та кристалічних GaAs, показав, що структури на основі базових шарів телуриду кадмію мають найменше зниження ефективності при збільшенні робочої температури. Коли температура змінюється на 50ƒɋ, ефективність таких пристроїв зменшується лише на 1%, а відносна швидкість зниження становить –0,14 відн. % / C, що значно менше, ніж той самий параметр для інших типів перетворювачів: GaAs –0,16 відн. % / С, аморфний кремній –0,21 відн. % / C, CuInSe2–0,36 відн. % / С. Аналітична обробка та аналіз впливу світлових характеристик на ефективність перетворювачів на основі кадмію показали це стабільність температури їх ефективності забезпечується щільністю струму насичення діода. Зі збільшенням температури від 20ƒɋ до 50ƒɋ, щільність струму насичення діода збільшується на 50% з 1,9 · 10-9 до 2,7 · 10-9. А, що менше, ніж для кремнієвих пристроїв, для яких діод струм насичення збільшується на 300%. Дослідження показали, що коефіцієнт поглинання сонячної енергії гнучкого елемента на основі кадмію телуриду у видимому діапазоні становить 94–96%, а коефіцієнт відбиття в інфрачервоній області спектра не перевищує 7-8%, що дозволяє конструкції колектора відмовлятися від використання селективного покриття, оскільки його функцію буде виконувати плівковий фотоелектричний перетворювач. Запропоновано конструктивно-технологічне рішення фотоелектричної системи з гнучкими фотоелектричними перетворювачами на основі телуриду кадмію.

The article defines the requirements for photovoltaic converters designed to work as integrated power sources for combined PV/T systems: efficiently generate electricity at a temperature of 55 ɋ; provide the coefficient of absorption of solar energy at the level of not less than 90 % and to have the coefficient of reflection in the infrared part of the spectrum not more than 10 %; together withthe cooling system cooling system, the design of the converter must provide a difference between the temperature of the converter and the temperature of the coolant not more than 5 °C. A study of the temperature dependence of efficiency for film photoelectric converters based on CdTe and CuInSe2 compounds, amorphous silicon and crystalline GaAs, showed that structures based on cadmium telluride base layers have the smallest decrease in efficiency with increasing operating temperature. When the temperature changes by 50 ɋ, the efficiency of such devices decreases by only 1 %, and the relative rate of decrease is –0.14 rel. %/C, which is significantly less thanthe same parameter for other types of converters: GaAs –0.16 rel. %/C, amorphous silicon –0.21 rel. %/C, CuInSe2–0.36 rel. %/C. Analytical processingand analysis of the influence of light characteristics on the efficiency of cadmium-based transducers showed thatthe temperature stability of their efficiency is ensured by thedensity of the diode saturation current. With increasing temperature from 20 ɋto 50 ɋ, the density of the diode saturation current increases by 50 % from 1.9·10-9A to 2.7·10-9 A, which is less than for silicon devices, for which the diode saturation current increases by 300 %. Studies have shown that the absorption coefficient of solar energy of a flexible elementbased on cadmium telluride in the visible range is 94–96 %, and the reflection coefficient in the infrared region of the spectrum does not exceed7–8 %, which allows the design of the collector to abandon the use of selective coating, since its function will be performed by a film photoelectric converter. A constructive-technological solution of a photovoltaic system with flexible photovoltaic converters based on cadmium telluride is proposed.