Научный подход к солнечной батарее

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Мое мнение что улица все испортит. Как вариант, панель из 2-3 ячеек, может просто ячейка.
Освещаем лампами необходимой мощностью процентов на 80.
Панель держим под нагрузкой, ну полчаса, чтобы все устаканилось, измеряем тепловизором,
тут снимаем нагрузку, и смотрим что покажет тепловизор в течении 5 минут.
Я не имел дела с тепловизорами, и не знаю какие отклонения он может показать.
А вчера когда я отключил пол крыши, залез через пол часа, и мне показалось что отключенная половина показывает на пару градусов больше. Но временами ветерок дул со стороны панелей включенными. Воздух под ними нагревается и под панелями приходит к первым уже более теплый.
Тыкая по ячейкам, и там и там температуру Я находил от 40 до 45 градусов, Переключал нагрузку на другую часть крыши Тоже самое. Только ветерок прекратится, и там и там легко находятся точки под 45С, чуть подул - посложнее, и. т. д. А как может влиять не заметная Дымка на нагрев...,секунды.
Пока Я просто не верю что при ХХ должно греть больше, как не верю в теорию "Большого взрыва" и в "Темную энергию"

 

Да, это сложно. Но я постараюсь

Понимаете, я считаю так: Поток энергии на нагрев панели одинаков.
Ибо: фотон спектра ФЭП, при поглощении веществом, передает всю свою энергию электрону, для преодоления внутриатомных сил и обретения некоей кинетической энергии. Никаких иных энергий не возникает.
При увеличении потока, просто выбивается больше электронов и это число предельно для текущего потока. При наличии тока возникает ток насыщения.

Увеличения частоты колебания атомов в этом процессе не происходит! Т. е. нет никакой доли энергии, которая бы вызывала нагрев. Ни в каком режиме.

Переносчиками тепловой энергии являются фотоны инфракрасного диапазона. Они не участвуют в процессе фотоэлектрического преобразования.

Нагрев может начаться при возникновении токов, преодолевающих сопротивление. Это нормальный, естественный процесс.

Поэтому, я остаюсь на позиции уравнения Esol+Eadd = Epvc + Qrad

 

Единственное, что могу предположить:

При наличии несбалансированных цепочек по потенциалу (а это естественно: некоторые ячейки нагреваются даже выше), через блокирующие диоды цепочек возникают небольшие обратные токи. Причем, обратные токи кратно увеличиваются с температурой ОС.
И вот это может вызывать доп. нагрев.
При подключении Rн, ток начинает течь нормально, и нагрев пропадает.

 

"Шо, опять!" вернулись на центристские позиции. То есть разницы нет, и у нагруженной панели температура не увеличивается, температуры равны. Так? Равны с какой стороны?
Предлагаю варианты: 1. плюс минус немного от равенства, 2. плюс немного от равенства, 3. минус немного от равенства. Предлагаю не залазить пока глубоко в молекулярно-атомный уровень, температуры применимы к макроскопическому уровню. Поэтому для начала нужно определиться с тем что такое температура панели.

Я например говорил что нагруженная панель станет холоднее, вроде как Ваши слова (при ХХ должно греть больше) и мои математически одинаковы, но по физическим законам нужно что то принять за точку отсчета по времени. Какую ситуацию мы рассматриваем?
Нужно определиться. Например так:
0. начало - панель в режиме ХХ устаканившаяся температура Тхх.
1. подключили нагрузку, в первый момент времени температура Т1нагр поползла вверх или вниз(?), потом устаканилась до Т2нагр.
2. отключили нагрузку, в первый момент времени температура Т1хх поползла вверх или вниз(?), потом устаканилась до Т2хх.
Какие в итоге сравниваем температуры (Тхх, Т1нагр, Т2нагр, Т1хх, Т2хх)?

 

Скажите пожалуйста, а в плане практического применения - данные исследования чем могут быть полезны?

 

Станет холоднее, по тому что перестанет нагреваться, я же не думаю что мы сейчас холодильник изобретем.
Как гений" вопрос задал:

Холоднее нагревается?

Проскакивали мысли про диоды, но можно и без их проверить,
...Хоть бери на али ячейки и тепловизор, цена вопроса 3-5 тыщ. и создавай лабораторию.

Отобрать Николаевскую диссертацию ,
да и просто мозгами пошевелить, говорят полезно,

 

Вставлю 2 копейки. При отсутствии нагрузки (то есть Ucп=Uoc) на p-n-переходе солн. элемента есть максимальное напряжение. А чем оно ограничено? Правильно- напряжением p-n-перехода, при котором потенциальный барьер перехода начинает преодолеваться носителями и возникает ток. Обычный прямой ток ДИОДА.
А вот когда нагрузка есть, напряжение на элементе становится заведомо ниже барьерного, порогового напряжения, и ток через переход (так называемая утечка солнечного элемента) прекращается.
Выводы пмсм:
напряжение, развиваемое солнечным элементом, сверху ограничивается его свойствами как диода- при превышении порога (нагрузки нет, свет есть)- часть энергии сливается самим элементом, он греется. Зависит от инсоляции и Т базовой.
2. при подключении нагрузки элемент уходит из зоны прямой проводимости, и всё, что за счёт фотоэлектрического эффекта (ФЭЭ) вырабатывается элементом, уходит по проводникам в нагрузку. Элемент греется только за счёт КПД ФЭЭ и нагрева токовых шинок.
Занавес.
Итого- разница есть. Другой вопрос- обеспечить режим STC или какой там лучше для проверки. Обеспечивается исключительно на ясном Солнце. Все эти лампочки- ересь. Эксперимент надо проводить при крайних значениях влияющих параметров, позволяющих максимально точно увидеть (или нет) дельту для подтверждения (опровержения) теорий. -=CUT=-

 

Не так. Не прекращается он. Сопротивление запирающего слоя никто не отменял при наличии тока в цепи. И напряжения.
В равновесном состоянии на ХХ фототок = току утечки. В этом состоянии ток утечки максимален. Ибо максимально напряжение на диоде. Первое крайнее состояние. Вообще, возникает, как считается, фото-ЭДС. Т. е. поле. Число перемещающихся основных и неосновных зарядов становится одинаковым в динамическом равновесии. Во многих источниках вообще фототок и ток утечки не описан в режиме ХХ. Только наличие фото-ЭДС. Ибо в идеальном фотодиоде весь падающий свет поглощается в обеднённом слое, и все рождающиеся носители собираются на контактах. Но элемент у нас не идеален и зарядам внутри нужно преодолевать сопротивление запирающего слоя.

При замыкании цепи, фототок = Iцепи + Iутечки. Т. е. никуда ваш ток утечки не девается.
В результате прохождения в цепи тока Iнагрузки и Iутечки, между электродами фотоэлемента, подключёнными к нагрузке, устанавливается разность потенциалов U, зависящая от сопротивления нагрузки Rн
А вот зависимость Iу нам интересна. Обычная кривая, учитывая нелинейность сопротивления pn перехода.
В итоге, при уменьшении Uбатареи нелинейно падает ток утечки и становится нулевым только при Isс = If (фототок), когда U=0. Второе крайнее состояние.
Т. е. если исследования что-то должны подтвердить, они должны подтвердить нелинейное снижение нагрева ячеек с ростом нагрузки. Если нагрев действительно вызван Iу
Русскоязычные источники:
https://helpiks.org/6-75429.html
https://ozlib.com/868467/fizika/laboratornaya_rabota_izuchenie_fotoelektricheskih_svoystv_zhelezoselenovogo_elementa
http://foos.sfedu.ru/glava5/5.1.html
Англоязычные не зафиксировал.

В результатах же украинских исследований, насколько я помню, максимальный локальный нагрев элементов возникал как раз при токе КЗ. А в этом режиме ток утечки = 0. Продолжаем винить ток утечки?

Либо мы на самом деле имеем переходный процесс нелинейного "перетекания" нагрева между двумя экстремумами: с запирающего слоя на ХХ на электрические элементы панелей (пайки, дорожки, и т. п.) при КЗ. И тогда на самом деле получится, что средняя температура панели примерно останется одинаковой. Но природа этого иная.

 

То есть так примерно
И логично предположить, что разное сопротивление нагрузки соответствует разной температуре панели/ячейки. Тогда интересны следующие вопросы: - для какого сопротивления нагрузки панель/ячейка самая холодная? А так же например где холоднее при Rн=60 Ом или 660 Ом?

Если для Вас, то как минимум будете точно знать, что при подключении нагрузки панель охлаждается/нагревается. Как применить это знание на практике это другой вопрос. Например при проектировании своей солнечной системы, согласовании мощностей панелей и емкости аккумулятора. Если аккум заряжен, какой то контроллер выводит панель в режим ХХ/КЗ или промежуточные, насколько это хорошо или плохо для панели? Если панель гибридная с принудительным охлаждением, в каком режиме лучше держать панель? Что нужнее тепло или электроэнергия?
Для меня проще, разбирая этот первоначальный вопрос, я усовершенствую свою математическую модель и просчитаю с помощью ее все различные варианты. Из этой матмодели эти усовершенствования передадутся во все варианты разных направлений.
Для чего это мне нужно? Возможно станет понятнее, если прочитать сказку-аллегорию про тыкву-карету https://www.forumhouse.ru/posts/24403595/ и 4 сообщения, в которых я подводил итоги https://www.forumhouse.ru/posts/24440992/, ну и до кучи дальнейшие векторы развития https://www.forumhouse.ru/posts/24825805/ и https://www.forumhouse.ru/posts/24873564/

 

У Вас какой-то не тот кусок ВАХ С. Э. Рабочая часть справа и сильно вверх... Это, что есть- подача обратного напряжения, запирание диода и пробой (электрический).

 

Да например, просто понять, что делать, когда система простаивает. Если выяснится (скорее), что при КЗ СП не так сильно греется, то так можно экономить её ресурс при отсутствии возможности/желания СП накрывать. Если станет ясно, что КЗ не снижает нагрев СП- то забить болт на желание её как-то охладить для продления жизни. А вот если она постоянно в работе, то сии знания- почти бесполезны.

 

Начинаете напоминать @Hindi в эпоху расцвета его повествовательного жанра.

 

Именно тот самый (справа с IUшариками) в котором происходит генерация энергии. Эта ВАХ для фотодиода, обратная ветвь, справа и вверх это прямая ветвь которая работает только при приложении внешнего электрического поля. Если сосредоточиться только на этом квадрате и например зеркально отобразить его вверх, то получатся ВАХ солнечной панели. Конечно при этом будут нестыковки по виду кривой, реальная ВАХ выглядит немного по другому.
Нормальный рисунок для реальной панели из ЧГУ тоже скоро будет. С расставленными по этому рисунку IUшариками, естественно привязанными пока цветами к температурам.
Ранее я отложил у себя в архивах такой вариант проектирования модели солнечной батареи https://slavapril.narod.ru/proektirovanie_solnechnoi_batarei.html
В этом источнике для солнечной батареи выходной ток нагрузки равен
, где А – эмпирический показатель, принимающий значения от 1 до 5; Rп – последовательное сопротивление солнечного элемента; Rш – шунтовое сопротивление элемента; Iн – выходной ток нагрузки; Iф – ток, протекающий через переход фотодиода; Iо. н – обратный ток насыщения.
Но меня интересует более подробно связка с температурой панели, в своей матмодели я буду связывать эту температуру и с внешними погодными условиями и с режимом работы батарей и с внешними принудительными приборами, которые будут отводить тепловую энергию в нужное место. Поэтому эту матмодель буду подстраивать под свои хотелки.
Все мои матмодели связаны между собой, раз уж тепличные матмодели заразились смешариками и гармонией золотого сечения, то и в матмодель солнечной панели эти новшества тоже войдут.
Вопрос что такое температура панели пока так и не решен. Какие будут мысли по этому поводу? Как каждый понимает по своему эту температуру? Температура кристалла, "ресничек" тоководов, шинок, переднего стекла, подложки батареи, воздуха около передней или задней части? Или что среднее, как образуется это среднее?

 

Именно температура кристалла, все другое не очень важно, так как там зависимости более-менее линейные хотя они тоже влияют на показания приборов.
И хочу заметить, что и сам кристалл может нагреваться неравномерно, что я обнаружил в одном эксперименте, когда небольшой кусок кремниевого элемента СБ нагрелся до температуры около 110 град. !

 

Интеграл по объёму Т кристалла, делённый на объём.
Вы лучше скажите, в чём мерить бум- кельвинах, цельсиях или фаренгейтах?
Просто для каждого чуть ли не единичного кристалла- чуть ли не для всех в конкретной панели- будут свои зависимости от базовых хар-к (качество кремния, уровень легирования или что там кетайсы с ним творят) тех параметров, которые у Вас в формуле есть. Какая-то СП отлично генерит при инсоляции 100Вт/м² при Т=270К, другая хуже, а при Т=340К и 1000Вт/м² всё наоборот- и что тут с моделью делать?