Optimalizace zatěžování solárních měničů energie v reálných provozních podmínkách

Optimalization of Loading of Solar Energy Converters at Real Operating Conditions

abstrakt

čeština

Současné směry vývoje se soustřeďují zejména na zvýšení účinnosti solárních článků při současném snížení výrobních nákladů. Tento příspěvek se zabývá poklesem účinnosti fotovoltaických článků v závislosti na teplotě, která ovlivňuje především jejich elektrické vlastnosti, návrhem obvodu pro elektronickou kompenzaci tohoto vlivu a ověřením jeho funkce. VLIV PROVOZNÍCH PODMÍNEK Fotovoltaický článek je v podstatě velkoplošná polovodičová dioda pracující v generátorickém režimu. Její voltampérová charakteristika má mezní veličiny U0 a Ik, které nám udávají velikost napětí naprázdno a hodnotu proudu nakrátko. Tyto veličiny se v závislosti na změně sluneční intenzity a teploty článku mění. K voltampérové charakteristice se také udává charakteristika výkonu. Nejvyšší bod na této charakteristice představuje maximální hodnotu možného výkonu který je fotovoltaický článek schopen za daných provozních podmínek dodat do zátěže. Chceme-li tohoto maximálního výkonu dosáhnout musí být napětí na spotřebiči rovno právě napětí Uop. Je-li spotřebičem nabíjený akumulátor je jeho okamžitým napětím jednoznačně určen pracovní bod fotovoltaického článku. Při teplotě článku okolo 35 oC hodnota napětí Uop odpovídá přibližně středně nabitému akumulátoru kdy tedy dodáván nejvyšší výkon. Při déle trvající sluneční intenzitě nebo zhoršených podmínkám chlazení článku (bezvětří) teplota vzduchu dosahuje 40 oC dochází ke zvýšení povrchové teploty až na 80 oC. Při takto vysokých teplotách dochází ke změně elektrických vlastností článku, která vede ke snížení zatěžovací charakteristiky směrem k nižšímu napětí. Pokles optimálního napětí způsobí snížení dodávaného výkonu do akumulátoru. Jelikož k tomuto jevu dochází právě při největší sluneční intenzitě, můžeme ztratit popř. až 75% z dosažitelné denní výroby fotovoltaického článku (v závislosti na stupni nabití akumulátoru).

Contemporary is development concentrated especially on increasing effectuality of solar panels and decreasing production costs. This article deals with decreasing effectuality of photo-voltaic cells in dependency on temperature, which influences electrical features of the cells. In the article , there is also dealt design of an electric circuit to carry off the influence of this effect. INFLUENCE OF OPERATING CONDITIONS In general the photo-voltaic cell is large-surface semiconductor diode working in generator mode. In volt-ampere characteristic are shown values U0 and Ik. Voltage without loading and short-circuit current. These quantities are changing in dependece of sun intensity and cell temperature. Except the volt-apere charasterictic we also know achievment charasterictic. The peak in this characteristic represents maximal possible achievment, that is the photo-voltaic cell able to supply to loading impedance (device) at operating conditions. If we want to reach this achievment, the voltage on device must has value Uop. While this device is an accumulator, its current voltage definitely determines a working point of the photo-voltaic cell. At the cell temperature about 35°C, the voltage Uop responds to a middle-charged accumulator and the cell supplies maximum achievment. If there is a long-time activity of solar radiation or in case of worse cooling the air temperature can rise up to 40°C and cell-surface temperature can reach up to 80°C. As has been mentioned above high temperatures affect electrical properties of the cell and it leads to decrease of load characteristic. It means the load characteristic sink to lower voltage. Decreasing optimal voltage cause decreasing achievment supplied to the accumulator.Because this affect comes at maximum solar intensity the photo-voltaic cell can lost up to 75% of its day-production capacity. (it depends on the level of charge of the accumulator).

fotovoltaický, článek

photo-voltaic, converter

PROCHÁZKA, Z.

25. 5. 2004

Lindovský a Psota

Brno

80-214-2642-X

Proceedings of international Scientific Conference

77

78

2