|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Tester ogniw słonecznych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii Ogniw słonecznych można używać tak samo, jak każdego innego źródła zasilania. Każdy z nich ma za zadanie utrzymać określoną ilość prądu przy danym napięciu. Jednak w przeciwieństwie do konwencjonalnych zasilaczy, charakterystyka wyjściowa ogniwa słonecznego zależy od ilości padającego światła. Na przykład przychodząca chmura może zmniejszyć moc wyjściową o ponad 50%.
Co więcej, nie wszystkie elementy wytwarzają tę samą moc w tych samych warunkach oświetleniowych, nawet jeśli mają identyczne rozmiary i konstrukcję. Odchylenia warunków technologicznych mogą prowadzić do zauważalnego rozrzutu prądów wyjściowych elementów tej samej partii. Czynniki te należy wziąć pod uwagę podczas projektowania i produkcji konstrukcji ogniw słonecznych. Dlatego chcąc zapewnić maksymalną wydajność konwerterów fotowoltaicznych należy sprawdzić wszystkie elementy. Aby lepiej zrozumieć, jakie parametry należy przetestować, przyjrzyjmy się najpierw charakterystyce krzemowego ogniwa słonecznego. Charakterystyka konwertera fotoelektrycznego Ilekroć pracujesz z dowolnym źródłem zasilania, musisz zrozumieć, jaki jest związek między napięciem i prądem, a także ich zależność od obciążenia. W większości przypadków zależność określa prawo Ohma. Niestety krzemowe ogniwa słoneczne są urządzeniami nieliniowymi i ich zachowania nie da się opisać prostym wzorem. Zamiast tego można zastosować rodzinę łatwych do zrozumienia krzywych w celu wyjaśnienia charakterystyki elementu (rysunek 1).
100 mW/cm2 odpowiada natężeniu promieniowania wytwarzanemu przez bezpośredni strumień promieniowania słonecznego na powierzchnię ziemi na poziomie morza w południe przy bezchmurnym niebie; 75 mW/cm2 odpowiada 3/4; 50 mW/cm2 - 1/2; 25 mW/cm2 - 1/4 tego oświetlenia. Charakterystykę prądowo-napięciową (ryc. 1) można zbadać bardziej szczegółowo, korzystając ze schematu pokazanego na ryc. 2. Obwód mierzy napięcia wyjściowe i prąd przepływający przez zmienne obciążenie rezystancyjne. Zakładamy, że natężenie światła podczas pomiaru pozostaje stałe. Najpierw za pomocą potencjometru ustaw maksymalną wartość rezystancji. W tym przypadku w obwodzie tak naprawdę nie ma prądu i powstałe napięcie wyjściowe można uznać za równe napięciu obwodu otwartego, czyli napięciu, jakie generuje element, gdy nie jest do niego podłączone żadne obciążenie. Jest to około 600 mV (0,6 V). Wielkość tego napięcia może się nieznacznie różnić w zależności od elementu w tej samej partii i od jednego producenta do drugiego. W miarę zmniejszania się rezystancji rezystora element jest coraz bardziej obciążany. Podobnie jak w przypadku zwykłego akumulatora powoduje to wzrost poboru prądu. Jednocześnie napięcie wyjściowe nieznacznie spada, jak przystało na zasilacz nieregulowany. Jak dotąd nie jest to zaskakujące. Wtedy dzieje się coś dziwnego. Dochodzi do sytuacji, w której wraz ze spadkiem rezystancji obciążenia prąd wyjściowy nie wzrasta. Nic nie może spowodować wzrostu prądu, nawet zwarcie. W praktyce prąd ten słusznie nazywany jest prądem zwarciowym. W istocie generator słoneczny stał się źródłem prądu stałego. Powstaje pytanie: co z napięciem? Napięcie będzie stale spadać proporcjonalnie do wzrostu obciążenia.
Gdy tylko rezystancja obciążenia osiągnie zero, napięcie spadnie do zera. Nawiasem mówiąc, zwarcie przetwornika fotoelektrycznego nie prowadzi do jego awarii. Ilość prądu, jaki może wytworzyć element, zależy od intensywności światła. Do pierwszego pomiaru arbitralnie wybraliśmy najwyższy poziom natężenia napromienienia, który odpowiada górnej krzywej (rys. 1). Każdą kolejną krzywą uzyskiwano na tym samym elemencie przy stopniowym zmniejszaniu się natężenia światła. krzywa mocy Gdyby trzeba było wykreślić zależność mocy wyjściowej od napięcia, wynik mógłby być podobny do pokazanego na ryc. 3. Na jednym końcu wykresu znajduje się maksymalny prąd przy zerowym napięciu. Oczywiście w tym momencie żadna moc nie jest uwalniana z powodu braku napięcia. Na drugim końcu wykresu znajduje się maksymalne napięcie przy zerowym prądzie, co również powoduje brak uwalniania mocy. Pomiędzy tymi dwoma granicami, gdy konwerter fotowoltaiczny pracuje w obciążeniu, moc jest uwalniana, a moc szczytowa jest uwalniana tylko w jednym punkcie. To właśnie tutaj połączenie wszystkich czynników zapewnia wybranie jak największej energii z ogniwa słonecznego. Moc szczytowa odpowiada napięciu około 450 mV (0,45 V), które przypadkowo zbiegło się z przechyleniem krzywej prądu pokazanej na ryc. 1. To, że rodzina krzywych prądu ma ten sam kształt sprawia, że przy tym samym napięciu zawsze uzyskamy maksymalną moc, niezależnie od jasności słońca. Oczywiście rzeczywista moc będzie zależała od natężenia promieniowania słonecznego w danym czasie, ale moc szczytową będziemy obserwować przy tym samym napięciu. Zatem, aby właściwie ocenić jakość krzemowego ogniwa słonecznego, należy je naładować tak, aby napięcie wyjściowe wynosiło 0,45 V, a następnie zmierzyć moc wyjściową. Metoda ta jest skuteczna nie tylko przy porównywaniu ze sobą elementów w tych samych warunkach, ale także przy ocenie jakości pojedynczego elementu.
Opracowanie schematu testera Jak już wspomniano, do testowania ogniw słonecznych można wykorzystać obwód pokazany na rys. 2. Swoją drogą jest to szybka i prosta metoda, według której po podłączeniu elementu do określonego obwodu wystarczy za pomocą potencjometru ustawić odpowiednie napięcie i dokonać odczytów z przyrządów mierzących napięcie i prąd. Mnożąc napięcie i prąd, można uzyskać wartość mocy. Każdy element jest jednak nieco inny i dlatego rezystancje odpowiadające mocy szczytowej poszczególnych elementów również będą inne. I zgodnie z tym za każdym razem należy zmienić rezystancję obciążenia, aby przywrócić wymagane napięcie robocze. Ponadto energia wytwarzana przez ogniwo słoneczne jest całkowicie rozpraszana w potencjometrze, powodując jego nagrzewanie się i niestabilność. Radykalnym rozwiązaniem tego problemu byłaby wymiana rezystora obciążającego w obwodzie. Co może być lepszego od tranzystora? To świetny zamiennik. W tym konkretnym zastosowaniu tranzystor można traktować jako opór dynamiczny. Mały prąd bazy tranzystora, ustawiony jak pokazano na ryc. 4 powoduje znaczną zmianę prądu kolektora. Prąd bazowy faktycznie zmienia rezystancję tranzystora, który z kolei służy jako obciążenie ogniwa słonecznego.
Tranzystor niestety ma tę samą wadę co potencjometr, czyli konieczność regulacji prądu bazy przy zmianie badanego elementu. Ta operacja jest łatwa w przypadku małej liczby elementów, ale załóżmy, że musisz sprawdzić 30, 40 lub więcej elementów. To zajmie zbyt dużo czasu. Byłoby miło znaleźć sposób na automatyczną regulację prądu bazowego bez konieczności ręcznego ustawiania go za każdym razem. Byłoby wysoce pożądane, aby mieć równoległy regulator napięcia. Równoległy regulator napięcia to regulator otoczony pętlą sprzężenia zwrotnego, który wykorzystuje napięcie wejściowe do sterowania prądem bazowym. Niezależnie od początkowego napięcia wejściowego regulator równoległy zmienia rezystancję bocznika tak, aby napięcie wyjściowe utrzymywało się na wymaganym poziomie. Zasada działania obwodu W rezultacie dochodzimy do schematu pokazanego na ryc. 5, który wykorzystuje wzmacniacz operacyjny do regulacji prądu bazowego tranzystora. Rezystor 220 omów służy do ograniczenia prądu bazy. Regulator porównuje napięcie wejściowe pochodzące z konwertera fotowoltaicznego z napięciem odniesienia. Zwykle jako źródło napięcia odniesienia używany jest obwód diody Zenera. Jednak w naszym przypadku przydałaby się dioda Zenera o wyjątkowo niskim napięciu stabilizacji, najlepiej poniżej 1 V. Niestety diody Zenera na takie napięcia są albo bardzo wrażliwe na zmiany temperatury, albo drogie (najczęściej jedno i drugie razem). Z drugiej strony dioda krzemowa spolaryzowana w kierunku przewodzenia może służyć jako doskonałe źródło odniesienia dla niskiego napięcia.
Dioda D1, której polaryzacja w kierunku przewodzenia jest ustawiana przez rezystor R1, określa zakres napięcia regulatora, ograniczając napięcie na rezystorze regulacyjnym „kalibracji”. Napięcie odniesienia z suwaka tego potencjometru podawane jest na nieodwracające wejście wzmacniacza. Napięcie przetwornika fotoelektrycznego podawane jest na wejście odwracające wzmacniacza poprzez rezystor R3. Rezystor R4 ustala wartość wzmocnienia wzmacniacza operacyjnego (w tym przypadku jest to 100). Ze względu na swoją konstrukcję wzmacniacz operacyjny stara się wyrównać napięcie na wejściach odwracającym i nieodwracającym, kontrolując prąd przepływający przez tranzystor sterujący bocznikiem Q1. Tranzystor zmniejsza napięcie wejściowe do takiej wartości, że staje się ono równe napięciu na odczepie rezystora VR1. Napięcie to można regulować w zakresie 0-0,7 V. Jednak w rzeczywistości tranzystor nie może mieć zerowej rezystancji wymaganej do zmniejszenia napięcia do zera. Bez względu na to, jak bardzo się starasz, tranzystor zachowa niewielkie napięcie szczątkowe wynoszące około 150 mV. Ogranicza to zakres regulacji do 0,15-0,7 V. Urządzenia sterujące Napięcie na ogniwie słonecznym mierzy się woltomierzem M1, a prąd płynący przez tranzystor bocznikowy mierzy się amperomierzem M2. Moc (w watach) określa się poprzez pomnożenie odczytów obu urządzeń. Woltomierz jest podłączony bezpośrednio do elementu. Jest to urządzenie panelowe zaprojektowane na prąd 1 mA, z szeregowym rezystorem ograniczającym, który pozwala wskazać 1 V, gdy odchyłka jest w pełnej skali. Natomiast do pomiaru prądu stosuje się wzmacniacz operacyjny wraz z amperomierzem M2. Obwód jest zaprojektowany w taki sposób, że prąd emitera tranzystora Q1 musi przepływać przez rezystor R13. Prąd ten odpowiada prądowi generowanemu przez ogniwo słoneczne. Kiedy prąd przepływa przez rezystor R13, powstaje niewielki spadek napięcia. Jest wzmacniany przez wzmacniacz różnicowy, którego napięcie na wejściach odwracających i nieodwracających jest dostarczane odpowiednio przez rezystory R6 i R7. Wartość wzmocnienia jest kontrolowana przez rezystory R8-R10. Rezystor R8 jest na stałe podłączony pomiędzy wyjściem a wejściem odwracającym. Jego rezystancja wynosi 3 MΩ, a odpowiadająca jej wartość wzmocnienia wynosi 300. Gdy przez rezystor R13 przepływa prąd 100 mA, napięcie wyjściowe wzmacniacza wynosi 1 V. Napięcie wyjściowe wzmacniacza różnicowego mierzy się za pomocą woltomierza identycznego z woltomierzem M1. To urządzenie jest kalibrowane w jednostkach prądu. W naszym przypadku napięcie 1 V odpowiada prądowi 100 mA. Podłączając rezystor R8 równolegle z rezystorem R10, wzmocnienie zmniejsza się do 60. W tym przypadku napięcie 1 V na wyjściu wzmacniacza odpowiada prądowi 500 mA przepływającemu przez R13. Tym samym rozszerzyliśmy zakres mierzonych prądów, obejmujący wartości 100-500 mA. Podobnie podłączając rezystor R9 równolegle do rezystora R8, można mierzyć prądy w zakresie 0-3 A. Projekt testera Chociaż tester ogniw słonecznych można wykonać dowolną metodą, zdecydowanie zalecam użycie obwodu drukowanego. Płytkę drukowaną pokazano na ryc. 6. Ułóż szczegóły obwodu zgodnie z rys. 7 i przylutuj je, przestrzegając polaryzacji półprzewodników. Należy pamiętać, że tranzystor bocznikowy Q1 znajduje się po foliowej stronie płytki. Tranzystor należy ostrożnie przykręcić do dużej miedzianej podkładki, która pełni rolę radiatora. W takim przypadku nie ma potrzeby izolowania korpusu tranzystora.
W idealnym przypadku rezystory R6 i R7 powinny tworzyć dopasowane połączenie. Jednakże dokładne rezystory są drogie i trudne do uzyskania. Dlatego polecam wziąć małą grupę rezystorów 10 kOhm i zmierzyć je za pomocą multimetru cyfrowego. Znalezienie dwóch pasujących do siebie rezystorów nie zajmie dużo czasu. Pozostałe elementy można wykorzystać jako rezystory R2 i R3. Z drugiej strony rezystor R13 nie jest zwykłym rezystorem. Wątpię, czy w zwykłym sklepie znajdziesz taki rezystor. Można go jednak wykonać z kawałka drutu o długości 10 cm i średnicy 0,26 mm, który jest zwykle używany do uzwojeń. Owiń drut wokół ramy (ołówka), aby powstała cewka dokładnie pasowała do planszy. Dokładność pomiaru prądu zależy od dokładności doboru wartości rezystora R13. W celu zwiększenia dokładności można zacząć od kawałka drutu nieco dłuższego niż 10 cm i go skracać, kontrolując wartość prądu za pomocą amperomierza M2. Dwa przyrządy pomiarowe, regulator kalibracyjny i przełącznik zakresu umieszcza się wraz z płytką drukowaną w dowolnej odpowiedniej obudowie. Podczas podłączania tych elementów należy zwrócić uwagę na polaryzację. Do zasilania urządzenia wymagane są dwa źródła 12 V z biegunami dodatnimi i ujemnymi oraz wspólny przewód uziemiający. Rodzaj źródła zasilania i napięcie nie są krytyczne. W razie potrzeby tester można zasilać za pomocą dwóch baterii 9 V do odbiorników tranzystorowych. Schemat jednego z możliwych źródeł zasilania pokazano na ryc. 8.
Prawdopodobnie najtrudniejszym do znalezienia lub wykonania jest uchwyt z urządzeniem kontaktowym do ogniw słonecznych. Tutaj musisz sam wykazać się wyobraźnią. Płaski kawałek aluminium, nieco większy od samego ogniwa, stanowi dobrą elektrodę do połączenia z tylnym stykiem ogniwa, podczas gdy sonda woltomierza zapewnia doskonały kontakt z przodem ogniwa słonecznego. Aby zautomatyzować testowanie, może być konieczne zakupienie lub wykonanie specjalnego zacisku. Jak powiedziałem, potrzeba trochę wyobraźni i zrozumienia, co dokładnie jest potrzebne.
Praca z testerem Tester jest bardzo łatwy w użyciu. Musisz podłączyć element do obwodu, oświetlić go i dokonać odczytów. Tylny styk elementu jest elektrodą dodatnią i jest podłączony do dodatniego wejścia testera. Siatka zbierająca prąd na przedniej powierzchni elementu jest elektrodą ujemną i jest podłączona do uziemionego zacisku testera. Konieczne jest zapewnienie niezawodnego kontaktu z elektrodami elementu. Ponieważ mamy do czynienia z dość niskim napięciem, nawet niewielka rezystancja styku może spowodować znaczną różnicę w odczytach. Aby zapewnić niezawodne połączenie, konieczne jest odpowiednie dociśnięcie styków do elementu. Należy jednak unikać nadmiernego nacisku, gdyż elementy są bardzo cienkie, kruche i łatwe do złamania! Tutaj z pomocą przychodzi dobrze zaprojektowane urządzenie stykowe. Regulator „kalibracja” ustawia napięcie robocze, przy którym mierzona jest moc. Zwykle ustawia się go jednorazowo na 450 mV. Jeżeli jednak zajdzie taka potrzeba, napięcie robocze można zmienić. Krótko mówiąc, jeśli masz tester, nie musisz zgadywać parametrów elementów, ale je zmierzyć. Autor: Byers T.
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Mycie rąk pomaga przy przeziębieniu ▪ MAX77801 - nowy regulator buck-boost zasilania z baterii ▪ Silnik rakietowy wielokrotnego użytku
▪ sekcja serwisu Wzmacniacze niskich częstotliwości. Wybór artykułu ▪ artykuł Baltasara Graciana. Słynne aforyzmy ▪ artykuł Obsługa żurawia. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy ▪ artykuł Łamanie kija. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony