|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Тестер для перевірки сонячних елементів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії Використовувати сонячні елементи можна так само, як будь-яке інше джерело живлення. Кожен із них призначений підтримки певної сили струму при заданому напрузі. Проте, на відміну від звичайних джерел живлення, вихідні характеристики сонячного елемента залежать від кількості падаючого світла. Наприклад, хмара, що набігла, може знизити вихідну потужність більш ніж на 50%.
Більш того, не всі елементи видають однакову потужність за однакових умов освітленості, навіть якщо елементи ідентичні за розмірами та конструкцією. Відхилення в технологічних режимах можуть спричинити помітний розкид вихідних струмів елементів однієї партії. Ці фактори необхідно враховувати при розробці та виготовленні конструкцій із сонячними елементами. Отже, якщо бажають забезпечити максимальну віддачу фотоелектричних перетворювачів, необхідно перевірити всі елементи. Щоб краще зрозуміти, які параметри підлягають перевірці, спочатку розглянемо характеристики сонячного кремнієвого елемента. Характеристика фотоелектричного перетворювача Щоразу при роботі з будь-яким джерелом живлення необхідно уявляти собі, який зв'язок між собою напруги та струму, а також залежність їх від навантаження. Найчастіше взаємозв'язок визначається законом Ома. На жаль, кремнієві сонячні елементи є нелінійними пристроями і їхню поведінку не можна описати простою формулою. Замість неї пояснення характеристик елемента можна користуватися сімейством простих розуміння кривих (рис. 1).
100 мВт/см2 відповідають енергетичної освітленості, що створюється прямим потоком сонячного випромінювання на поверхні землі і на рівні моря опівдні при ясному небі; 75 мВт/см2 відповідають 3/4; 50 мВт/см2 – 1/2; 25 мВт/см2 – 1/4 цієї освітленості. Досліджувати вольтамперні характеристики (рис. 1) можна детальніше за допомогою схеми, представленої на рис. 2. У схемі вимірюються вихідні напруги та струм, що протікає через змінне резистивне навантаження. Припускатимемо, що інтенсивність світла в процесі вимірювання залишається постійною. Спочатку за допомогою потенціометра встановимо максимальне значення опору. При цьому фактично в ланцюзі немає ніякого струму і результуюча вихідна напруга можна вважати рівною напруги холостого ходу, що являє собою напругу, яка генерує елемент, коли до нього не підключено ніякого навантаження. Воно становить близько 600 мВ (0,6). Величина цієї напруги може трохи змінюватися при переході від одного елемента до іншого в одній партії і від однієї фірми-виробника до іншої. При зменшенні опору резистора елемент дедалі більше навантажується. Як і у випадку звичайної батареї живлення, це викликає зростання споживаного струму. Одночасно вихідна напруга злегка падає, як і має статися з нестабілізованим джерелом живлення. Поки що в цьому немає нічого дивного. Потім відбувається щось дивне. Досягається таке положення, коли зі зменшенням опору навантаження вихідний струм більше не збільшується. Ніщо не може призвести до збільшення струму, навіть короткого замикання. Насправді цей струм цілком справедливо називають струмом короткого замикання. По суті сонячний генератор став джерелом постійного струму. Виникає питання: що ж із напругою? Напруга постійно зменшуватиметься пропорційно зростанню навантаження.
Як тільки опір навантаження стане рівним нулю, напруга впаде до нуля. До речі, коротке замикання фотоелектричного перетворювача не призводить до його виходу з ладу. Сила струму, яку може розвинути елемент залежить від інтенсивності світла. Для першого виміру ми довільно вибрали найвищий рівень опроміненості, якому відповідає верхня крива (рис. 1). Кожна наступна крива була отримана тому ж елементі при поступовому зниженні інтенсивності світла. Крива потужності Якщо необхідно побудувати графік залежності вихідної потужності від напруги, то в результаті можна було отримати щось подібне на рис. 3. На одному кінці графіка є максимальний струм при нульовій напрузі. Звичайно, ніякої потужності в цій точці не виділяється через відсутність напруги. На іншому кінці графіка є максимальна напруга при нульовому струмі, внаслідок чого потужність також не виділяється. Між цими двома межами при роботі фотоелектричного перетворювача у навантаженні виділяється потужність, причому пікова потужність виділяється лише в одній точці. Саме у ній сукупність всіх чинників забезпечує відбір найбільшої енергії від сонячного елемента. Пікова потужність відповідає напрузі близько 450 мВ (0,45), що випадково збіглося з перегином кривої струму, показаної на рис. 1. Те, що сімейство кривих струму має однакову форму, означає, що ми завжди отримаємо максимальну потужність при тому самому напрузі незалежно від яскравості сонця. Звичайно, фактична потужність залежатиме від інтенсивності сонячного випромінювання в даний час, проте пікова потужність спостерігатиметься при тому самому напрузі. Таким чином, щоб правильно оцінити якість кремнієвого сонячного елемента, необхідно навантажити його так, щоб вихідна напруга дорівнювала 0,45, а потім виміряти вихідну потужність. Цей метод ефективний як порівняння елементів між собою у однакових умовах, а й у оцінки якості окремого елемента.
Розробка схеми тестера Як було зазначено, для тестування сонячних елементів можна використовувати схему, зображену на рис. 2. До речі, це швидкий і простий спосіб, відповідно до якого після підключення елемента в зазначену схему потрібно лише виставити відповідну напругу за допомогою потенціометра і зняти показання приладів, що вимірюють напругу і струм. Перемноживши напругу та струм, можна отримати величину потужності. Однак всі елементи злегка розрізняються, і, отже, опори, що відповідають пікової потужності окремих елементів, будуть різними. І відповідно до цього необхідно щоразу змінювати опір навантаження, щоб відновити необхідну робочу напругу. Крім того, енергія, що виробляється сонячним елементом, повністю розсіюється на потенціометрі, обумовлюючи його нагрівання та нестабільність. Корінним рішенням цієї проблеми була заміна навантажувального резистора в схемі. Що може бути кращим за транзистор? Це чудова заміна. У цьому конкретному застосуванні транзистор можна як динамічний опір. Невеликий струм бази транзистора, що задається як показано на рис. 4, викликає значну зміну струму колектора. Струм бази фактично змінює опір транзистора, який у свою чергу використовується як навантаження для сонячного елемента.
На жаль, транзистор має той же недолік, що і потенціометр, тобто необхідністю підстроювання базового струму при зміні елемента, що тестується. Така операція нескладна при невеликій кількості елементів, але припустимо, що вам необхідно перевірити 30, 40 або більше елементів. Це забере надто багато часу. Непогано було б знайти спосіб автоматично підлаштовувати базовий струм без необхідності встановлення його щоразу вручну. Було б дуже бажано мати паралельний стабілізатор напруги. Паралельний стабілізатор напруги є регулятором, охопленим петлею зворотного зв'язку, що використовує вхідну напругу для управління струмом бази. Незалежно від початкової напруги на вході паралельний стабілізатор змінює свій шунтуючий опір так, щоб вихідна напруга підтримувалася на необхідному рівні. Принцип роботи схеми В результаті ми приходимо до схеми, представленої на рис. 5, у якій регулювання базового струму транзистора використовується операційний підсилювач. Резистор опором 220 Ом служить обмеження струму бази. Регулятор порівнює вхідну напругу, що надходить від фотоелектричного перетворювача з опорною напругою. Зазвичай як джерело опорної напруги використовується схема на стабілітроні. Однак у нашому випадку знадобився б стабілітрон з гранично низькою напругою стабілізації, бажано нижче 1 В. На жаль, стабілітрони на такі напруження або дуже чутливі до зміни температури, або дороги (зазвичай і те й інше разом). З іншого боку, прямозміщений кремнієвий діод може бути чудовим низьковольтним джерелом опорної напруги.
Діод D1, пряме зміщення на якому задано резистором R1, визначає діапазон напруги регулятора, обмежуючи напругу на регулювальному резисторі "калібрування". Опорна напруга з двигуна цього потенціометра подається на вхід підсилювача, що не інвертує. На вхід підсилювача, що інвертує, через резистор R3 подається напруга фотоелектричного перетворювача. Резистором R4 задається величина коефіцієнта посилення операційного підсилювача (у разі вона становить 100). Завдяки своїй особливості операційний підсилювач намагається вирівняти напругу на своїх інвертуючому та неінвертуючому входах, керуючи струмом, що тече через шунтуючий регулювальний транзистор Q1. Транзистор знижує вхідну напругу до такої величини, що вона стає рівною напрузі на відводі резистора VR1. Ця напруга може регулюватися в межах 0-0,7 Ст. Проте реально транзистор не може мати нульового опору, який потрібний, щоб знизити напругу до нуля. Як би ви не намагалися, на транзисторі збережеться невелика залишкова напруга завбільшки близько 150 мВ. Це обмежує діапазон регулювання в межах 0,15-0,7 Ст. Контрольні прилади Вимірювання напруги на сонячному елементі здійснюється вольтметром M1, а струму, що протікає через транзистор, що шунтує,- амперметром М2. Потужність (у ВАТ) визначається перемноженням показань обох приладів. Вольтметр підключається безпосередньо до елемента. Він являє собою щитовий прилад, розрахований на струм 1 мА, з послідовним резистором, що обмежує, який дозволяє індикувати 1 В при відхиленні на повну шкалу. З іншого боку, для вимірювання струму разом із амперметром М2 використовується операційний підсилювач. Схема побудована отже струм емітера транзистора Q1 повинен протікати через резистор R13. Цей струм відповідає струму, що генерується сонячним елементом. При протіканні струму на резистори R13 створюється невелике падіння напруги. Воно посилюється диференціальним підсилювачем, напруга на інвертуючий та неінвертуючий входи якого подається через резистори R6 та R7 відповідно. Розмір коефіцієнта посилення контролюється резисторами R8-R10. Резистор R8 постійно підключений між виходом та входом, що інвертує. Його опір становить 3 МОм, а відповідне значення коефіцієнта посилення - 300. Коли через резистор R13 протікає струм, що дорівнює 100 мА, вихідна напруга підсилювача становить 1 В. Вихідна напруга диференціального підсилювача вимірюється вольтметром, ідентичним вольтметр M1. Цей пристрій відградуйований в одиницях струму. У нашому випадку напрузі 1 відповідає струм 100 мА. При підключенні паралельно резистору R8 резистора R10 коефіцієнт посилення зменшується до 60. У цьому випадку напрузі 1 на виході підсилювача відповідає струм 500 мА, що протікає через R13. Таким чином, ми розширили діапазон вимірюваних струмів, що охоплює значення 100-500 мА. Аналогічно при паралельному підключенні резистора R9 до резистори R8 можна вимірювати струми в діапазоні 0-3 А. Конструкція тестера Хоча тестер для перевірки сонячних елементів можна виготовити будь-яким способом, рекомендую використовувати друкований монтаж. Друкована плата показано на рис. 6. Деталі схеми розмістіть згідно з рис. 7 і припаяйте їх, дотримуючись полярності включення напівпровідників. Зверніть увагу, що шунтуючий транзистор Q1 розташований на фольгованій стороні плати. Транзистор необхідно обережно пригвинтити до великого мідного майданчика, що виконує роль тепловідведення. При цьому не потрібно ізолювати корпус транзистора.
Ідеально резистори R6 та R7 повинні утворити узгоджену дару. Однак точні резистори дороги та їх важко придбати. Тому рекомендую взяти невелику групу резисторів номіналом 10 кОм і проміряти їх за допомогою цифрового мультимера. Щоб знайти два відповідних один одному резистора, не знадобиться багато часу. Решту компонентів можна використовувати як резисторів R2 і R3. З іншого боку, резистор R13 – не звичайний резистор. Я сумніваюся, що ви зможете знайти подібний резистор у звичайному магазині. Але його можна виготовити з відрізка дроту завдовжки 10 см і діаметром 0,26 мм, який зазвичай використовується для обмоток. Намотайте дріт на каркас (олівець), щоб отримана котушка точно розмістилася на платі. Від точності підбору величини резистора R13 залежить точність вимірювання струму. З метою підвищення точності можна почати з відрізка дроту трохи довше 10 см і вкорочувати його, контролюючи величину струму за амперметром М2. Два вимірювальні прилади, регулятор "калібрування" та перемикач діапазонів, розміщуються разом з друкованою платою в будь-якому відповідному корпусі. Поєднуючи ці компоненти, необхідно дотримуватися полярності. Для подачі живлення приладу необхідні два 12-вольтні джерела з висновками позитивної та негативної полярності та загальним заземленим проводом. Тип джерел живлення та величина напруги не критичні. За бажання живлення тестера можна здійснити за допомогою двох 9-вольтних батарей для транзисторних приймачів. Схема одного з можливих джерел живлення показана на рис. 8.
Ймовірно, найважче знайти або виготовити тримач із контактним пристроєм для сонячних елементів. Тут потрібно самому виявити деяку фантазію. Плоска алюмінієва пластинка розміром трохи більше самого елемента може бути хорошим електродом, що забезпечує з'єднання з тильним контактом елемента, тоді як щуп від вольт-омметра буде чудовим контактом до лицьового боку сонячного елемента. Для автоматизації тестування, можливо, потрібно купити або виготовити спеціальний затискач. Як я вже сказав, потрібно трохи уяви та розуміння того, що конкретно необхідно.
Робота з тестером Користуватись тестером дуже просто. Потрібно підключити елемент до схеми, висвітлити його та зняти показання. Тильний контакт елемента є позитивним електродом та приєднується до позитивного входу тестера. Струмознімна сітка на лицьовій поверхні елемента є негативним електродом і приєднується до заземленого виведення тестера. Необхідно забезпечити надійний контакт із електродами елемента. Оскільки ми маємо справу з досить малою напругою, навіть невеликий опір контактів може призвести до значної різниці у показаннях. Для забезпечення надійного з'єднання необхідно, щоб контакти добре притискалися до елемента. Проте слід уникати надлишкового тиску, тому що елементи дуже тонкі, тендітні і легко ламаються! Ось де знадобиться добре продуманий контактний пристрій для елементів. Регулятором "калібрування" встановлюють робочу напругу, при якій проводиться вимірювання потужності. Воно зазвичай встановлюється раз на рівні 450 мВ. Проте за необхідності величину робочої напруги можна змінити. Коротше кажучи, за наявності тестера можна не гадати параметри елементів, а виміряти їх. Автор: Байєрс Т.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Магнітний заряд протону та антипротону виміряно ▪ Cмартфон із рідинним охолодженням CPU ▪ Плесені відкритий космос байдуже
▪ розділ сайту Радіоелектроніка та електротехніка. Добірка статей ▪ стаття Вініл. Історія винаходу та виробництва ▪ стаття Що таке лісівництво? Детальна відповідь ▪ стаття Інкасатор. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Термін окупності сонячних колекторів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Розклади фокус. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page