بررسي تجربي عملكرد سلول فتوولتاييك با تمركز نورخورشيد

Experimental study of photovoltaic cell performance with sunlight concentration

امروزه با توجه به رشد روز افزون مصرف انرژي در جهان، انرژي‌هاي تجديدپذير و مخصوصاً انرژي خورشيد و سيستم‌هاي خورشيدي مورد توجه ويژه‌اي قرار دارند. فتوولتاييك يك روش توليد توان الكتريكي با تبديل مستقيم نور خورشيد به جريان الكتريكي است كه از مواد نيمه رسانا با خاصيت فتوولتاييك استفاده مي‌كند. استفاده از سيستم‌هاي متمركزكننده براي افزايش شدت تابش روي سلول‌هاي خورشيدي موجب افزايش توان سيستم‌هاي فتوولتاييك مي‌شود. سيستم‌هاي متمركزكننده فتوولتاييك از لنزها يا آينه‌ها براي متمركز كردن نور خورشيد روي سطح كوچكي از سلول‌هاي فتوولتاييك براي توليد الكتريسيته استفاده مي‌كنند. سيستم‌هاي انرژي خورشيدي با نسبت تمركزشان مشخص مي‌شوند، سيستم تمركز پايين با نسبت تمركز كمتر از 10، متوسط با نسبت تمركز بين 10 و 100، بالا با نسبت تمركز بيشتر از 100 كه اين سيستم‌ها، سيستم‌هاي تمركز خطي يا نقطه‌اي مي‌باشند. سيستم‌هاي متمركز كننده با نسبت تمركز بالاتر از 5/2 از يك سيستم ردياب خورشيدي استفاده مي‌كنند و براي سيستم‌هايي با نسبت تمركز كمتر از 5/2 مي‌توان از سيستم‌‌هاي تمركز ثابت استفاده نمود. در مقايسه با سيستم‌هاي فتوولتاييك متداول غيرمتمركز، سيستم‌هاي متمركزكننده تا زماني كه سلول خورشيدي خنك‌كاري شود، راندمان بالاتري در نور متمركز ارائه مي‌دهند. نور پراكنده (غيرمستقيم) حاصل از شرايط ابري و سايه را نمي‌توان متمركز نمود. سيستم‌هاي متمركزكننده براي دستيابي به راندمان ماكزيمم بايد در نقاطي كه نور مستقيم به وفور دريافت مي‌كنند، نصب شوند. در بين سيستم‌هاي متمركزكننده، سيستم‌هاي تمركز پايين، با نسبت تمركز كمتر از 10، به دليل استفاده از سلول‌هاي خورشيدي مونوكريستال رايج و عدم نياز به سيستم‌هاي خنك‌كاري پيچيده اهميت دارند. سيستم‌هايي نظير متمركزكننده‌هاي سهموي مركب و سيستم خطي وي شكل مثال‌هايي از سيستم‌هاي تمركز پايين مي‌باشند. در اين پژوهش، اثر تمركز نور خورشيد بر روي عملكرد سلول‌هاي خورشيدي مونوكريستال به صورت تجربي مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين عملكرد سلول‌هاي خورشيدي با سه مدل ايده‌آل، تك ديود و دو ديود ارائه و با نتايج تجربي مقايسه شده است. در اين آزمايش‌ها كه با متمركز كردن نور خورشيد به وسيله‌آينه‌ها صورت گرفته است، پارامترهاي شدت تابش و دماي سلول‌ها تغيير كرده و بر عملكرد آن تأثير گذاشتند. نتايج آزمايشگاهي به دست آمده عبارتند از: • جريان اتصال كوتاه سلول خورشيدي با افزايش شدت تابش و دماي سلول خورشيدي افزايش مي‌يابد كه افزايش به علت دما ناچيز مي‌باشد. س ولتاژمدار باز سلول‌هاي خورشيدي با افزايش دما كاهش مي‌يابد. با افزايش شدت تابش ولتاژ مدار باز سلول‌ها افزايش مي‌يابد كه اين افزايش در شدت تابش‌هاي بالا آشكارتر است. • افزايش تمركز تابش بر روي سلول‌هاي خورشيدي موجب افزايش توان سلول‌ها مي‌شود ولي راندمان اين سلول‌ها به علت افزايش دما كاهش مي‌يابد. افزايش تمركز در دماي ثابت موجب افزايش راندمان سلول‌ها مي شود. ولي اهميت تمركز به دليل افزايش توان مي‌باشد. • از ميان مدل‌هاي ارائه شده مدل تك ديود و دو ديود نتايج بهتري ارائه دادند كه مي‌توان به اهميت در نظر گرفتن مقاومت سري پي برد. با افزايش شدت تابش اختلاف بين توان ماكزيمم در مدل ايده‌آل و نتايج تجربي افزايش مي‌يابد. براي تست‌هاي انجام شده پارامتر عدم قطعيت نيز محاسبه شده است. متوسط مقدار اين پارامتر براي توان ماكزيمم و فاكتور ضريب پري به ترتيب برابر 195/4 و 07/5 درصد مي‌باشد.