Πείραμα: Μελέτη φωτοβολταικών κυττάρων

Κύκλωμα για τον προσδιορισμό της χαρακτηριστικής καμπύλης I-V (Ρεύματος-Τάσης)

Διάταξη για τον προσδιορισμό της χαρακτηριστικής καμπύλης I-V
Διάταξη για τον προσδιορισμό της χαρακτηριστικής καμπύλης I-V

Μελετώντας τη βιβλιογραφία, ο Γιάννης ανακάλυψε ότι το κύκλωμα για τον προσδιορισμό της χαρακτηριστικής καμπύλης I-V είναι πολύ απλό (όπως φαίνεται στην εικόνα). Το μόνο που έπρεπε να βρούμε είναι την κατάλληλη τιμή της μεταβλητής αντίστασης ώστε να πάρουμε όλα τα ζεύγη τιμών I-V για τη χάραξη της καμπύλης. Μετά από δοκιμές καταλήξαμε σε μεταβλητή αντίσταση 1ΚΩ και παρακάτω μπορείτε να δείτε μία σειρά μετρήσεων.

Τάση(V) Ένταση(mA) Ισχύς(mW)
0 Isc = 12,1 0
1 12 12
2 12 24
3 12 36
4 12 48
4,5 12 54
5 12 60
5,5 11,8 64,9
5,6 11,3 63,28
5,7 10 57
5,8 8,4 51,9
5,9 6,9 40,7
Voc = 6,2 0 0

Προσδιορισμός απόδοσης ΦΒΚ

Καταρχάς χρήσιμα θεωρητικά για τους ορισμούς των Candelas, lumens, lux βρήκα στο [download-attachment attachment_id=”2052″]. Αρχικά δεν είχαμε διαθέσιμο κάποιο μετρητή φωτεινής έντασης (λουξόμετρο όπως είναι γνωστό), οπότε μετά από εκτεταμένη έρευνα στο διαδίκτυο έκανα τον παρακάτω υπολογισμό:

  1. Εαν πάρουμε ως δεδομένο ότι η λάμπα των 35W (από τον κατασκευαστή με κανονική τάση λειτουργίας 12V) βγάζει 1000Cd και μετατρέποντας τις Cd σε lux, προκύπτει σε απόσταση 1m φτάνουν 1000lux. Κατα συνέπεια, με τον κανόνα του αντίστροφου τετραγώνου για την απόσταση, στα 20cm τα θα έχουμε 25000lux.

    Το παραπάνω νούμερο συμφωνεί και με αυτές τις πειραματικές μετρήσεις εαν λάβουμε υπόψην ότι η δική μας λάμπα έχει γωνία δέσμης 38o και όχι 60o.

  2. Μετατρέποντας τα lux σε Watt/m2 προκύπτει ότι τα 25000lux λάμπας αλογόνου δίνουν 1250Watt/m2. Στο ΦΒΚ που χρησιμοποιήσαμε (3cm x 8cm = 0.0024m2) πέφτουν περίπου 1250Watt/m2*0.0024m2= 3W
  3. Από τις μετρήσεις που κάναμε, η μέγιστη ισχύς που καταναλώνεται στην αντίσταση είναι 0.088W που μας δίνει απόδοση α=0.088W/3W = 2,9%

Αργότερα βρήκαμε και δανειστήκαμε ένα λουξόμετρο (ευχαριστούμε το ΚΠΕ Αρχανών γι’αυτό) και μετρήσαμε τη φωτεινή ένταση του βήματος 1 στα 24000lux που είναι πολύ κοντά στην τιμή 25000lux που υπολογίσαμε θεωρητικά.

Κοιτώντας την παρακάτω αναφορά σχετικά με την απόδοση των ΦΒΚ που βρήκαμε εδώ, εκτιμούμε ότι η τελική απόδοση 2,9% που υπολογίσαμε είναι μάλλον χαμηλή.

[quote style=”2″ author=”http://www.pvresources.com/BalanceofSystem/Modules.aspx – ανακτήθηκε 10/12/2013″]Η απόδοση των εμπορικών κρυσταλλικών φωτοβολταϊκών στοιχείων τυπικά κυμαίνεται από 12 έως 15%. Ωστόσο, θα πρέπει να γνωρίζουμε, ότι η απόδοση των ηλιακών κυττάρων δεν είναι ίση με την απόδοση των αντίστοιχων ηλιακών πάνελ. Η απόδοση των ηλιακών πάνελ είναι συνήθως 1-3% χαμηλότερη από την απόδοση των ηλιακών κυττάρων, λόγω αντανάκλασης, σκίασης του πλαισίου, υψηλότερων θερμοκρασιών κλπ. Τα άμορφα ηλιακά πάνελ έχουν το χαμηλότερο κόστος, αλλά η διάρκεια ζωής τους είναι μικρότερη και η απόδοση τους φτάνει μόνο το 10%.[/quote]

Σχέση παραγόμενου ρεύματος – γωνίας προσπίπτοντος φωτός

Γωνίες κλίσης ΦΒΚ για κάθετη πρόσπτωση ηλιακών ακτίνων στο γεωγραφικό πλάτος της Κρήτης
Γωνίες κλίσης ΦΒΚ για κάθετη πρόσπτωση ηλιακών ακτίνων στο γεωγραφικό πλάτος της Κρήτης

Για να μπορέσουμε να κάνουμε κάποια συσχέτιση του πειράματος με τις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας των ΦΒΚ στην Κρήτη, έπρεπε να βρούμε πληροφορίες σχετικά με τις κλίσεις πρόσπτωσης των ηλιακών ακτίνων. Ο Κωστής Περάκης αναταποκρίθηκε στο αίτημα μας και μας έστειλε τα [download-attachment attachment_id=”2003″] και [download-attachment attachment_id=”2004″] που μας βοήθησαν πολύ. Έτσι καταλήξαμε στη διπλανή εικόνα όπου ζητήσαμε από τους μαθητές να υπολογίσουν την εκατοστιαία μεταβολή στη μέγιστη ισχύ λόγω της κλίσης των 23o (56oo=23o).

Το πείραμα… τελικά

Το τελικό φύλλο εργασίας του πειράματος μπορείτε να βρείτε στα συνημμένα αρχεία του παρόντος άρθρου. Στο βίντεο του διαγωνισμού θα δείτε κάποιες επιπλέον τεχνικές λεπτομέριες για τη πειραματική διάταξη.

Νομίζω ότι ο Γιάννης ευχαριστήθηκε το παραπάνω ταξίδι όσο και εγώ (τουλάχιστον αυτό μαρτυράει το πλατύ του χαμόγελο στις φωτογραφίες του διαγωνισμού) και να έχουμε μία νέα περιπέτεια να σας αφηγηθούμε του χρόνου στο διαγωνισμό EUSO 2015…
[download-attachments]

Δείτε επίσης

[related limit=”5″]

Pages: 1 2

vgargan Written by:

Είμαι ο Βασίλης Γαργανουράκης και ζω στο Ηράκλειο Κρήτης. Σπούδασα Φυσικός και εργάζομαι στη δημόσια δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Όποτε βρίσκω χρόνο, αποτυπώνω και μοιράζομαι τις σκέψεις μου με φίλους, γνωστούς και αγνώστους μέσω του vgargan.gr.