Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

УДК 621.362

 

МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЯ ТЕРМОФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

 

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И., Самойлов Н.А.

 

Разработке и стандартизации методов и средств измерений параметров фотопреобразователей уделяется большое внимание, что объясняется потребностью в их точной и экономичной аттестации в условиях производства. Для этих целей широко используются специальные тестеры, которые иногда называют имитаторами излучения. Предлагаемые в настоящее время имитаторы излучения в основном ориентированы на воспроизведение спектрального состава, плотности, пространственной равномерности и однородности потока в рабочей зоне имитатора, что определяется требованиями к измерению характеристик солнечных элементов [1,2].

В настоящее время в Украине действует ГОСТ 28977-91 (МЭК 904-1-87), регламентирующий методику измерения вольтамперных характеристик кристаллических кремниевых ФП. Однако не существует ни официально принятой методики градуировки эталонных ФП, ни их официального поставщика.

Для изучения нагрузочных характеристик ТФВ – преобразователей стандартные имитаторы солнечного излучения оказываются не вполне удобными прежде всего в силу отличий в спектральном составе источника излучения. Единых требований к измерению ТФВ – преобразователей вообще не существует. В этой связи возникла необходимость в разработке и изготовлении оборудования для исследования нагрузочных характеристик ТФВ – преобразователей. Внешний вид разработанного стенда приведен на рис. 1. Устройство вакуумной камеры и принцип работы стенда подробно описан в работе [3].

 

 

Рис. 1 Стенд для измерения температурных колебаний фотопреобразователей

 

Источником излучения служил карбидкремниевый нагревательный элемент, закрепленный на вертикальном штативе и снабженный отражателем из полированной нержавеющей стали.

Мощность излучения измерялась при помощи прибора ИМО-3. Принцип работы заключается в поглощении приемным элементом мощности теплового излучения и преобразовании ее в эквивалентное значение термоэдс, значение которой измеряется измерителем ЦР6802.

Температура источника излучения (нагревательного элемента из карбида кремния) определялась при помощи оптического пирометра ОППИР – 09 по спектральной (монохроматической λ=0,65 мкм) яркости. Результаты измерений зависимости яркостной температуры излучателя от протекающего через него тока, а также интегральной мощности излучения при различных температурах излучателя приведены в табл. 1.

 

Таблица 1

Результаты измерений характеристик излучателя.

 

I, A (при U=68V)

TSiC(ярк), ºC

WпадΣ, mW

Pпад, mW/см2

L1=46.5

L2=36.5

L3=26.5

L1=46.5

L2=36.5

L3=26.5

13.1

H1 = 310

 

54,2

 

 

35,2

 

 

H2 = 265

880

58,2

79,4

 

37,8

51,6

 

H3 = 240

 

 

70,0

 

 

45,5

 

H4 = 225

830

57,2

67,0

83,5

37,1

43,5

54,2

16.25

H1 = 310

 

94,0

 

 

61,0

 

 

H2 = 265

1020

98,5

125,6

 

64,0

81,6

 

H3 = 240

 

 

118,5

 

 

77,0

 

H4 = 225

980

92,4

114,4

140,2

60,0

74,3

91,0

18.1

H1 = 310

 

 

 

 

 

 

 

H2 = 265

1070

 

 

 

 

 

 

H3 = 240

 

123,2

161,5

216,0

80,0

104,9

140,3

H4 = 225

1040

 

 

 

 

 

 

20.5

H1 = 310

 

136,3

 

 

88,3

 

 

H2 = 265

1160

143,0

185,5

 

92,8

120,5

 

H3 = 240

 

 

177,7

260,0

 

115,4

168,8

H4 = 225

1120

139,0

174,5

218,0

90,3

113,3

141,6

21.5

H1 = 310

 

 

 

 

 

 

 

H2 = 265

1200

 

 

 

 

 

 

H3 = 240

 

172,8

216,0

 

112,2

140,3

 

H4 = 225

1160

160,0

200,0

 

103,9

129,8

 

 

Результаты измерений показывают, что SiC нагреватель имеет неоднородное распределение температуры вдоль вертикальной оси рис. 2.

В таблице 2 приведены экспериментально измеренные и расчитанные с использованием алгоритма [4], значения некоторых параметров ТФВ – системы, содержащей источник излучения – SiC – нагревательный элемент и преобразователь на основе p-n - структуры GaSb.

 При расчете интегральной плотности потока, излучаемого в направлении преобразователя, полагалось, что SiC - излучатель имеет коэффициент серости, равный 0,9 во всем исследованном диапазоне температур излучения. Так же в таблице 2. приведены экспериментально измеренные при помощи ИМО-3 значения удельной интегральной мощности излучения, для различных температур излучателя, данные которой позволили определить удельную мощность эффективного для преобразования участка спектра излучения.

 

Рис. 2 Зависимость плотности потока лучистой энергии от расстояния (кр. 1), а также распределение мощности излучения по длине излучателя (кр. 2, 3)

 

Таблица 2

Результаты расчетов и экспериментальные характеристики ТФВ – преобразования

Температ.

излуч.

Тизл, (К)

Плотн. потока, расч Ррасч , (Вт/см2)

Температ.

преобразо-вателя Т, (К)

Эксперим удельная мощность

Р, (мВт/см2)

Расчетная удельная мощность участка 0<λ<λгр

Рп, (мВт/см2)

Ікз, (мА)

Uxx, (мВ)

η, %

расч

эксп

расч

эксп

расч

эксп

1281

9,0

320

64,2

4,1

12,1

10,6

336

113

6,2

1,9

1436

14,2

320

99.7

10,6

31,2

26,2

362

159

11,0

4,2

1492

16,6

350

140,3

18,5

54,4

48,2

346

202

11,4

6,9

1592

21,4

350

176,3

27,2

80,0

63,0

358

224

14,0

8,0

1636

23,9

350

202,4

33,7

99,1

80,0

364

249

15,3

9,8

 

Расчет производился по формуле Планка, с учетом, что максимум спектрального распределения плотности излучения достигался при длине λ=λм, значение которой соответствовало экспериментально определенному из пирометрических измерений значению температуры излучателя. При этом пропорционально уменьшали распределение Емах(λ) таким образом, чтобы общая площадь под кривой спектральной функции распределения соответствовала экспериментально измеренным значениям интегральной плотности потока излучения. Соответствующие результаты расчета удельной мощности, приходящейся на участок длин волн 0<λ<λгр (где λгр соответствует Eg преобразователя – 0,68 эВ), приведенные в табл. 2. послужили основой для определения расчетных значений Ікз и Рэл. Проведено сопоставление экспериментально наблюдаемой электрической мощности ТФВ – преобразователя Рэл с расчетными зависимостями. При этом расчетные значения определялись из соотношения: Рэл = η·Р0<λ<λгр (табл. 2). Экспериментальные значения Рэл определялись на основе измеренных Uxx и Ікз (табл. 2) по формуле Рэл=FF·Uxx·Ікз. Расхождения между экспериментальными результатами и расчетными данными Рэл определяются, в первую очередь, различиями величин наблюдаемых и рассчитанных значений Uxx и могут быть объяснены в рамках существующих физических представлений о процессе фотоэлектрического преобразования.

Дальнейшая модернизация установки должна быть направлена на усовершенствование систем измерения параметров и обработки полученной информации.

 

By means of the developed stand measurements of operational characteristics ТPV - converters are lead. The certain characteristics the silicon carbide heater being source IR - radiations, flights a basis for calculations. Comparison of the experimental and settlement data is lead and the reasons of deviations are analyzed.

 

1.        Надежность и эффективность в технике: Справочник. Т1. Методология. Организация. Терминология / Под ред. А.И. Рембезы. М.: Машиностроение, 1986. 224 с.

2.        http://www.technoexan.ru

3.        Шутов С.В., Аппазов Э.С. Марончук А.И. Испытание фотоэлектрических преобразователей в условиях экстремальных температурных колебаний. // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. – Херсон, 2003. №1 (11). - С.113 – 115.

4.        Шутов С.В., Аппазов Э.С. Подбор оптимальных параметров материалов для термофотовольтаических преобразователей. // Петербургский журнал электроники. 2002. -№2 (31). - С. 37 – 39.

 

 





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Современные технические средства, комплексы и системы

Краснов В.А., Прохорович А.В., Шутов С.В., Деменский А.Н. Анализ флуктуаций размера растущего кристалла (на примере легированных монокристаллов кремния, вытягиваемых из расплава по методу Чохральского)

Завальнюк И.П. Управление высокопроизводительной экструзией неоднородных материалов

Долина В.Г., Писаренко А.В. Синтез складної багатовимірної системи управління випарною станцією на основі рефрактометричних вимірювань

Стопакевич А.А., Тодорцев Ю.К. Анализ современного состояния систем управления брагоректификационными установками спиртового производства

Поливода В.В. Современные компьютерные технологии в АСУ на хлебоприёмном предприятии

Ладанюк А.П., Українець А.І., Кишенько В.Д. Управління автоматизованими технологічними комплексами харчових виробництв на основі сценарного підходу

Ковриго Ю.М., Фоменко Б.В. Врахування обмежень для підвищення якості функціонування систем регулювання енергоблоків ТЕС і АЕС

Евдокимов А.В., Китаев А.В., Агбомассу В.Л. Исследование причин, определяющих вращение рамки с током в магнитном поле после воздействия на нее внешнего импульса

Аппазов Э.С. Применение твердых растворов InGaN в фотовольтаике

Кузнєцов Ю.М., Дмитрієв Д.О. Програмно математичний апарат керування виконавчим органом багатокоординатних верстатів нових компоновок

Черевко О.И., Ефремов Ю.И., Одарченко А.М., Одарченко Д.М, Агафонова Ю.Ю. Теоретическое обоснование перспективного биконического резонатора для СВЧ-устройств при переработке растительного сырья

Хобин В.А. Бабиков А.Ю. Системы экстремального управления молотковыми дробилками с функцией гарантированного соблюдения тепловых режимов их электродвигателей.

Стадниченко В.Н. Исследование влияния изменения эксплуатационных нагрузок на свойства металлокерамических слоёв полученных с использованием трибовосстанавливающих составов

Ісаєв Е.А., Наговський Д.А., Чернецька І.Е. До вибору факторів, що характеризують окомкування тонкоподрібнених залізорудних матеріалів

Федоровский К.Ю., Лунев А.А. Теплоотдача погружного пластинчатого теплообменника системы охлаждения энергоустановок морских технических средств

Федоровский К.Ю., Владецкий Д.О. Интенсификация теплоотвода замкнутых систем охлаждения энергоустановок морских технических средств.

Пономарьов Я.Ю., Ладанюк А.П., Іващук В.В. Досвід використання нечітких регуляторів в системі атоматизації випарної установки.

Левченко А.А., Кравчук О.И. Эквивалентный макромодуль процесса технического обслуживания радиотехнических средств.

Іволгіна Т.О. Енергетичний підхід до аналізу стійкості руху вимірювальної головки координатно-вимірювальної машини

Ладанюк А.П., Кишенько В.Д., Ладанюк О.А. Системна задача управління біотехнологічними процесами.

Тернова Т.І. Алгоритм оцінювання деформацій рапорту періодичних об'єктів

Рожков С.А., Федотова О.Н. Алгоритм обучения системы распознавания автоматической системы разбраковки тканей

Пупена О.М, Ельперін І.В, Ладанюк А.П. Особливості проектування комп’ютерно-інтегрованих систем управління

Квасніков В.П., Кочеткова О.В. Проектування координатно–вимірювальної машини на нейронних мережах

Водічев В.А., Мухаммед М.А. Дослідження системи стабілізації потужності різання металообробного верстата з фази-регулятором

Хобин В.А. Повышение качества формирования смесей средствами интеллектуализации алгоритмов управления порционным дозированием

Терновая Т.И. Автоматическая система разбраковки тканей с печатным рисунком методом компенсации информационных потоков

Рожков С.А., Бражник Д.А. Использование нейросетевых структур для построения систем распознавания образов

Місюра М.Д., Кишенько В.Д. Математичні моделі технологічних процесів пивоварного виробництва як об’єктів автоматизації

Ладанюк А.П., Власенко Л.О. Автоматизоване управління бізнес-процесами в комп’ютерно-інтегрованих структурах підприємства

Жукова Н.В., Литвинов В.І. Вирішення проблеми погодженого руху валків з неоднаковими катаючими діаметрами профілезгинальних станів

Денисова А.Е., Тодорцев Ю.К., Максименко И.Н. К вопросу об автоматизации интегрированной установки теплоснабжения с возобновляемыми источниками энергии

Бессараб В.И. Компьютеризированная система управления водоотливным хозяйством угольных шахт по критерию минимума энергозатрат

Хобин В.А. Регулятор переменной структуры для объектов технологического типа

Тонконогий В.М. Трехконтурная АСУ нанесением ионно-плазменного покрытия на режущий инструмент.

Колесникова Е.В., Кострова Г.В. Формирование базы данных АСУТП дуговой сталеплавильной печи.

Водічев В.А. Автоматизована система керування швидкостями робочих рухів то-карного верстата для підвищення ефективності обробки торцевих поверхонь.

Бергер Е.Г., Дмитрієв Д.О., Бергер Є.Е., Діневич Г.Ю. Синтез строфоїдографів за методом параметричних сімей.

Бабак В.П., В.Н. Стадніченко, О.Г. Приймаков Прогнозування надійності, дов-говічності та витривалості авіаційних матеріалів

Бабак В.П., Стадниченко В.Н., Приймаков О.Г., Токарчук В.В. Прогнозування витривалості авіаційних матеріалів .

Куцак Р.С. Використання методу координатного еталону в задачах автоматизації контролю якості тканини.

Попруга А.Г. Усовершенствование электрических нагревателей по критерию экономии энергии.

Пашковский А.А., Далечин А.Ю. Система регистрации спектров фотолюминес-ценции

Никольский В.В., Цюпко Ю.М. Применение пьезоэлектрических датчиков в сис-теме кондиционирования воздуха судовых систем микроклимата.

Крапивко Г.И., Хлопёнова И.А. Повышение коэффициента полезного действия кремниевых фотоэлектронных преобразователей методом лазерной гравировки.

Кихтенко Д.А. Управление шаговыми двигателями в микрошаговом режиме, оп-тимизация управления.

Горохов В.А. Автоматизированная транспортно-складская система в текстильной и легкой промышленности.

Водічев В.А. Система стабілізації потужності різання фрезерного верстата з взаємозв'язаним керуванням швидкостями робочих рухів.

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И. Испытание фотоэлектрических преобразователей в условиях экстремальных температурных колебаний.

Худяев А.А. К проблеме повышения точности воспроизведенияв классе многоканальных воспроизводящих систем с эталонной настройкой каналов.

Тверезовський В.С., Бараненко Р.В. Принцип побудови елементів вимірювальних систем, представлених цифровими програмно керованими давачами.

Никольский В.В., Сандлер А.К. Моделирование процессов в вискозиметре с пьезоэлектрическим приводом.

Марончук И.Е., Андронова Е.В., Баганов Е.А., Курак В.В. Использование метода импульсного охлаждения насыщенного раствора-расплава для формирования наноразмерных структур InSb в матрице GaSb.

Водічев В.А. Аналого-цифровий регулятор режиму металообробки для верстатів з числовим програмним керуванням.

Блинов Э.И., Кравцов В.И., Кравцов А.В., Недбайло А.Н. Управление гибкими протяженными объектами направленными силовыми воздействиями.