Тема: КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СОЛНЕЧНЫХ МОДУЛЕЙ
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
Введение 15
Глава 1. Анализ современной научно-технической литературы в области создания ФЭП на основе кристаллического кремния 18
1.1. Эволюция конструкции фотоэлектрического преобразователя на
основе монокристаллического кремния с горизонтальной
диодной структурой 18
1.1.1. Базовая конструкция ФЭП 18
1.1.2. Основные недостатки базовой конструкции ФЭП и способы их устранения 18
Увеличение спектральной чувствительности ФЭП 18
Рекомбинационные процессы 19
Уменьшение площади токосъёмных контактов на фронтальной
поверхности ФЭП 20
Снижение отражательных свойств поверхности ФЭП
1.1.3. Высокоэффективные монокристаллические Si-ФЭП на основе кремниевых многослойных структур с комбинированными диффузионно-полевыми барьерами 23
1.2. Фотоэлектрические преобразователи на основе монокристаллического кремния с вертикальной диодной структурой 23
1.2.1. Конструкция ФЭП на основе монокристаллического кремния с
вертикальной диодной структурой 23
1.2.2. Основные преимущества ФЭП на основе монокристаллического кремния с
вертикальной диодной структурой 23
1.2.3. Основные недостатки ФЭП на основе монокристаллического кремния с
вертикальной диодной структурой 24
1.3. КТР Si-ФЭП с эффективностью более 20 % 25
1.3.1. КТР Si-ФЭП p-типа с эффективностью более 20 % 25
1.3.2. КТР Si-ФЭП n-типа с эффективностью более 20 % 25
1.4. Сравнительная оценка возможных направлений повышения эффективности ФЭП и снижения их стоимости с учетом результатов прогнозных исследований, проводившихся по аналогичной тематике 28
1.4.1. Снижение стоимости ФЭП за счет снижения стоимости производства
поликристаллического кремния 28
1.4.2. Факторы, влияющие на снижение стоимости вырабатываемой ФЭП
электрической энергии за счет роста эффективности фотоэлектрических преобразователей 32
1.4.3. Сопоставление возможных направлений снижения стоимости
вырабатываемой ФЭП электрической энергии 33
Глава 2. Проведение исследовательских испытаний экспериментальных образцов фотоэлектрических модулей на основе кристаллических кремниевых ФЭП 35
2.1. Общие положения 35
2.1.1. Описание объекта исследований 35
2.1.2. Требования к условиям, обеспечению и проведению исследовательских испытаний 37
2.1.2.1. Требования к месту проведения исследовательских испытаний 37
2.1.2.2. Требования к средствам проведения исследовательских испытаний 37
2.1.2.3. Требования к условиям проведения исследовательских испытаний 38
2.1.2.4. Требования к подготовке объектов к исследовательским
испытаниям 38
2.1.2.5. Требования к обслуживанию объекта в процессе испытаний 38
2.1.2.6. Требования к порядку работы с объектами по завершении испытаний 38
2.1.2.7. Требования к персоналу, осуществляющему подготовку к
исследовательским испытаниям 38
2.1.3. Требования безопасности 39
2.1.3.1. Требования безопасности при подготовке объекта к испытаниям и измерениям 39
2.1.3.2. Требования безопасности при проведении испытаний 39
2.1.3.3. Требования безопасности при выполнении работ по завершению испытаний 40
2.2. Программа исследовательских испытаний 40
2.3. Перечень оборудования для проведения исследовательских
испытаний 41
2.4. Порядок проведения исследовательских испытаний 43
2.4.1.1. Ограничения и другие указания, которые необходимо выполнять на всех режимах испытаний 43
2.4.1.2. Условия перерыва, аннулирования и возобновления испытаний на всех или на отдельных режимах 43
2.5. Методика исследовательских испытаний 44
2.5.1. Соответствие комплектности объекта
испытаний 44
2.5.2. Проверка габаритных размеров ФЭП 44
2.5.3. Контроль электрических параметров фотоэлектрического модуля 45
2.5.3.1. Подготовка к экспериментальному контролю 45
2.5.3.2. Регулировка мощности излучения 45
2.5.3.3. Измерения напряжения холостого хода 46
2.5.3.4. Измерение тока короткого замыкания 46
2.5.3.5. Измерение напряжения в рабочей точке 47
2.5.3.6. Определение максимальной мощности фотоэлектрического
модуля 47
2.5.3.7. Определение КПД фотоэлектрического модуля 47
2.5.3.8. Прочие указания 48
2.6. Описание лабораторной установки для проведения исследовательских испытаний 48
2.6.1. Общая блок-схема лабораторной установки 48
2.6.2. Блок управления осветителем 49
2.6.3. Измерительная цепь 55
2.6.3.1. Контроль электрических параметров ФЭМ 55
2.6.3.1.1. Нагрузка электронная программируемая PEL-73021 56
2.6.3.1.2. Цифровой осциллограф TDS3014C 58
2.6.3.2. Контроль начальной температуры модуля и её стабильности в процессе
измерений 60
2.6.3.2.1. Измеритель температуры многоканальный прецизионный
МИТ8.10М 61
2.6.4. Контроль геометрических размеров ФЭП в составе ФЭМ 63
2.6.4.1. Штангенциркуль с цифровым отсчётом DIGI-MET 1220 519 63
2.6.4.2. Линейка измерительная металлическая 64
2.6.5. Оборудование для регистрации, обработки и анализа результатов 65
2.6.6. Электрическая схема функциональная лабораторной установки для проведения исследовательских испытаний 67
2.6.7. Принцип работы лабораторной установки для проведения
исследовательских испытаний 68
Глава 3. Результаты исследовательских испытаний экспериментальных образцов фотоэлектрических модулей на основе кристаллических кремниевых ФЭП 69
3.1. Результаты проверки габаритных размеров ФЭП 69
3.2. Результаты контроля температур поверхности ФЭМ и окружающего
воздуха 69
3.3. Контроль мощности излучения в ходе исследовательских испытаний 69
3.4. Результаты измерений электрических параметров ФЭМ 70
Глава 4. Обобщение и анализ результатов исследовательских испытаний экспериментальных образцов фотоэлектрических модулей 71
4.1. Анализ результатов проверки габаритных размеров ФЭП 71
4.2. Анализ результатов контроля температур поверхности ФЭМ и
окружающего воздуха 71
4.3. Анализ результатов измерения напряжения холостого хода 75
4.4. Анализ результатов измерения тока короткого замыкания 76
4.5. Анализ результатов измерения напряжения в рабочей точке 77
4.6. Анализ результатов вычисления максимальной мощности 78
4.7. Анализ результатов вычисления КПД 80
4.8. Обобщение результатов исследовательских испытаний экспериментальных образцов фотоэлектрических модулей 81
4.9. Выделение образца фотоэлектрического модуля с наилучшими
характеристиками 82
4.10. Снятие ВАХ ФЭМ 83
4.11. Описание недостатков, влияющих на точность измерения основных электрических параметров в используемой лабораторной установке 83
4.12. Вынесение рекомендаций по изготовлению экспериментальной
фотоэлектрической станции с использованием фотоэлектрических модулей на основе кристаллических кремниевых ФЭП 84
Заключение 85
Библиографический список 87
ПРИЛОЖЕНИЕ
📖 Введение
Положительный опыт введения крупных мощностей позволяет сделать вывод о необходимости проведения дальнейших научно-исследовательских работ (НИР) в данной области. Проведение исследовательских испытаний фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), направленных на увеличение их КПД, а также улучшение эксплуатационных характеристик, является ключевой задачей многих научных групп по всему миру. В частности, в нашей стране активным изучением данной тематики занимаются научные коллективыв ФТИ им. Иоффе РАН, в КубГТУ (г. Краснодар), ВИЭСХ (г. Москва), НПО «Квант» и др. Именно это обуславливает теоретическую значимость данной диссертации.
Кроме того, материал данной диссертации описывает один из этапов реализации прикладных научных исследований по теме: «Разработка фотоэлектрических преобразователей на основе кристаллического кремния с конкурентными на мировом рынке энергетическими и экономическими показателями» по соглашению о предоставлении субсидии от 20.10. 2014 № 14.607.21.0076на выполнение прикладных научных исследований в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы» Министерства образования и науки РФ, проводимых Государственным бюджетным образовательным учреждением высшего образования Московской области «Международный университет природы, общества и человека «Дубна» (государственный университет «Дубна») и Закрытым акционерным обществом «Межрегиональным производственным объединением технического комплектования «ТЕХНОКОМПЛЕКТ» (ЗАО «МПОТК «ТЕХНОКОМПЛЕКТ», г. Дубна).
В результате реализации проекта планируется проведение исследовательских испытаний опытной фотоэлектрической станции с использованием разработанных фотоэлектрических модулей (ФЭМ) на основе кристаллических кремниевых ФЭП, что обосновывает практическую значимость данной диссертации. Научная новизна работы заключается в исследовании не только энергетических, но и эксплуатационных характеристик ФЭМ, что является немаловажной частью коммерциализации установок в дальнейшем.
В связи с этим целью данной работы являлось проведение исследовательских испытаний фотоэлектрических модулей для выбора модели с наилучшими характеристиками для создания опытного образца фотоэлектрической станции.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
• разработка программы и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов фотоэлектрических модулей на основе кристаллических кремниевых ФЭП;
• проведение исследовательских испытаний экспериментальных образцов фотоэлектрических модулей на основе кристаллических кремниевых ФЭП;
• обработка результатов исследовательских испытаний
экспериментальных образцов фотоэлектрических модулей на основе
кристаллических кремниевых ФЭП и выделение образца с наилучшими рабочими характеристиками.
В диссертации описаны оборудование лабораторной установки для проведения исследовательских испытаний, программа и методика исследовательских испытаний, обработка результатов, а также их практическое применение при разработке рекомендаций на изготовление опытного образца экспериментальной фотоэлектрической станции.
Во введении обоснована актуальность исследования, сформулирована цель работы и перечислены решаемые задачи.
В первой главе проведены обзор литературы по существующим разработкам в области фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), основным видам ФЭП, их основным преимуществам и недостаткам, а также сравнительная оценка возможных направлений повышения эффективности ФЭП и снижения их стоимости с учетом результатов прогнозных исследований, проводившихся по аналогичной тематике.
Во второй главе описана экспериментальная установка, состав её основного оборудования, программа и методика исследовательских испытаний экспериментальных образцов фотоэлектрических модулей на основе кристаллических кремниевых ФЭП.
В третьей главе приведены результаты исследовательских испытаний экспериментальных образцов фотоэлектрических модулей на основе
кристаллических кремниевых ФЭП.
В четвёртой главе проанализированы результаты исследовательских испытаний экспериментальных образцов фотоэлектрических модулей на основе кристаллических кремниевых ФЭП и выделен образец с наилучшими рабочими характеристиками, а также даны некоторые рекомендации на изготовление экспериментальной фотоэлектрической станции с использованием фотоэлектрических модулей на основе кристаллических кремниевых ФЭП.
В заключении диссертации сформулированы общие выводы по осуществлённым исследовательским испытаниям и описано их дальнейшее практическое применение
✅ Заключение
Программа и методика исследовательских испытаний, приведённые в данной диссертации, позволяют получить в табличном и графическом виде информацию об основных электрических параметрах ФЭМ, таких как напряжении холостого хода, токе короткого замыкания, пиковой мощности и напряжения в рабочей точке.
Таким образом, описанная в данной диссертации лабораторная установка может являться универсальным средством для контроля электрических параметров ФЭМ с механическими параметрами, не превышающими обозначенные в таблице 2.1.
Так, были измерены ток короткого замыкания для всех трёх ФЭМ - со среднеквадратичным отклонением 0,039 для ФЭМ №1, 0,082 и 0,195 - для ФЭМ №2 и №3 соответственно. Дисперсия составила 0,001, 0,006 и 0,038 соответственно.
Кроме того, как было сказано в главе 4, проведение предварительных исследовательских испытаний на предмет контроля заявленных электрических параметров является необходимым на этапе выбора оборудования для изготовления фотоэлектрической станции, в частности при выборе модели одного из основных её элементов - солнечных фотоэлектрических модулей. Так, результаты исследовательских испытаний, описанных в данной диссертации, будут использованы при реализации четвёртого этапа прикладных научных исследований по теме: «Разработка фотоэлектрических преобразователей на основе кристаллического кремния с конкурентными на мировом рынке энергетическими и экономическими показателями» по соглашению о предоставлении субсидии от 20.10. 2014 № 14.607.21.0076 на выполнение прикладных научных исследований в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы» Министерства образования и науки РФ, проводимых Государственным бюджетным образовательным учреждением высшего образования Московской области «Международный университет природы, общества и человека «Дубна» (государственный университет «Дубна») и Закрытым акционерным обществом «Межрегиональным производственным объединением технического комплектования «ТЕХНОКОМПЛЕКТ» (ЗАО «МПОТК «ТЕХНОКОМПЛЕКТ», г. Дубна), в ходе которой планируются разработка эскизной конструкторской документации на изготовление экспериментальной фотоэлектрической станции с использованием фотоэлектрических модулей на основе кристаллических кремниевых ФЭП и Проведение исследовательских испытаний фотоэлектрической станции с использованием фотоэлектрических модулей на основе кристаллических кремниевых ФЭП.
Проведение исследовательских испытаний ФЭП, направленных на улучшение их характеристик, является неотъемлемой частью развития отрасли солнечной энергетики как в России, так и во всём мире.



