Academic Journal
REQUIREMENTS ANALYSIS AND DEVELOPMENT OF THE FLEXIBLE SOLAR CELLS OPTIMAL SOLUTION FOR USE IN COMBINED PV/T SYSTEMS
| Title: | REQUIREMENTS ANALYSIS AND DEVELOPMENT OF THE FLEXIBLE SOLAR CELLS OPTIMAL SOLUTION FOR USE IN COMBINED PV/T SYSTEMS |
|---|---|
| Source: | Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency; No. 1 (2020); 46-55 Вестник Национального технического университета «ХПИ». Серия: Энергетика: надежность и энергоэффективность; № 1 (2020); 46-55 Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Енергетика: надійність та енергоефективність; № 1 (2020); 46-55 |
| Publisher Information: | National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", 2021. |
| Publication Year: | 2021 |
| Subject Terms: | комбинированные PV/T системы, пленочные солнечные элементы, ефективність, комбіновані PV/T системи, operating temperature, electrical characteristics, эффективность, combined PV/T systems, optic characteristics, 7. Clean energy, коллектор, телурид кадмію, электрические характеристики, collector, електричні характеристики, оптические характеристики, film solar cells, efficiency, плівкові сонячні елементи, рабочая температура, теллурид кадмия, оптичні характеристики, cadmium telluride, колектор, робоча температура |
| Description: | В статье определены требования к фотоэлектрическим преобразователям, предназначенным для работы в качестве интегрированных источников электропитания комбинированных PV/T систем: эффективно генерировать электрическую энергию при температуре 55 °С; обеспечивать коэффициент поглощения солнечной энергии на уровне не менее 90 % и иметь коэффициент отражения в инфракрасной области спектра не более 10 %; вместе с системой охлаждения теплового коллектора конструкция преобразователя должна обеспечивать разницу между температурой преобразователя и температурой теплоносителя не более 5 °С. Проведено исследование температурной зависимости эффективности для пленочных фотоэлектрических преобразователей на основе соединений CdTe и CuInSe2, аморфного кремния и кристаллического GaAs, которое показало, что наименьшее снижение коэффициента полезного действия с ростом рабочей температуры имеют приборные структуры на основе базовых слоев теллурида кадмия. При изменении температуры на 50 °С коэффициент полезного действия таких приборов снижается всего на 1 %, а относительная скорость снижения составляет –0,14 отн. %/C, что существенно меньше аналогичного показателя для других типов преобразователей: GaAs –0,16 отн. %/C, аморфный кремний –0,21 отн. %/C, CuInSe2 –0,36 отн. %/C. Аналитическая обработка и анализ влияния световых диодных характеристик на коэффициент полезного действия преобразователей на основе теллурида кадмия показали, что температурная стабильность их эффективности обеспечивается за счет диодного тока насыщения. При росте температуры от 20 °С до 50 °С плотность диодного тока насыщения растет на 50 % от 1,9·10-9 А до 2,7·10-9 А, что меньше чем для кремниевых приборов, для которых диодный ток насыщения растет на 300 %. Исследования показали, что коэффициент поглощения солнечной энергии гибкого элемента на основе теллурида кадмия в видимом диапазоне составляет 94–96 %, а коэффициент отражения в инфракрасной области спектра не превышает 7–8 %, что позволяет в конструкции коллектора отказаться от использования абсорбера с селективным покрытием, поскольку его функцию будет выполнять пленочный фотоэлектрический преобразователь. Предложено конструктивно-технологическое решение фотоэнергетических системы с гибкими фотоэлектрическими преобразователями на основе теллурида кадмия. The article defines the requirements for photovoltaic converters designed to work as integrated power sources for combined PV/T systems: efficiently generate electricity at a temperature of 55 °С; provide the coefficient of absorption of solar energy at the level of not less than 90 % and to have the coefficient of reflection in the infrared part of the spectrum not more than 10 %; together with the cooling system cooling system, the design of the converter must provide a difference between the temperature of the converter and the temperature of the coolant not more than 5 °C. A study of the temperature dependence of efficiency for film photoelectric converters based on CdTe and CuInSe2 compounds, amorphous silicon and crystalline GaAs, showed that structures based on cadmium telluride base layers have the smallest decrease in efficiency with increasing operating temperature. When the temperature changes by 50 °С, the efficiency of such devices decreases by only 1 %, and the relative rate of decrease is –0.14 rel. %/C, which is significantly less than the same parameter for other types of converters: GaAs –0.16 rel. %/C, amorphous silicon –0.21 rel. %/C, CuInSe2 –0.36 rel. %/C. Analytical processing and analysis of the influence of light characteristics on the efficiency of cadmium-based transducers showed that the temperature stability of their efficiency is ensured by the density of the diode saturation current. With increasing temperature from 20 °С to 50 °С, the density of the diode saturation current increases by 50 % from 1.9·10-9 A to 2.7·10-9 A, which is less than for silicon devices, for which the diode saturation current increases by 300 %. Studies have shown that the absorption coefficient of solar energy of a flexible element based on cadmium telluride in the visible range is 94–96 %, and the reflection coefficient in the infrared region of the spectrum does not exceed 7–8 %, which allows the design of the collector to abandon the use of selective coating, since its function will be performed by a film photoelectric converter. A constructive-technological solution of a photovoltaic system with flexible photovoltaic converters based on cadmium telluride is proposed. У статті визначено вимоги до фотоелектричних перетворювачів, призначених для роботи в якості інтегрованих джерел електроживлення комбінованих PV/T систем: ефективно генерувати електричну енергію при температурі 55 °С; забезпечувати коефіцієнт поглинання сонячної енергії на рівні не менш 90 % та мати коефіцієнт відбиття в інфрачервоній частині спектру не більше 10 %; разом із системою охолодження теплового колектора конструкція перетворювача має забезпечувати різницю між температурою перетворювача та температурою теплоносія не більше 5 °С. Проведено дослідження температурної залежності ефективності для плівкових фотоелектричних перетворювачів на основі сполук CdTe і CuInSe2, аморфного кремнію та кристалічного GaAs, яке показало, що найменше зниження коефіцієнта корисної дії зі зростанням робочої температури мають приладові структури на основі базових шарів телуриду кадмію. При зміні температури на 50 °С коефіцієнт корисної дії таких приладів знижується усього на 1 %, а відносна швидкість зниження складає –0,14 відн. %/C, що суттєво менше за аналогічний показник для інших типів перетворювачів: GaAs –0,16 відн. %/C, аморфний кремній –0,21 відн. %/C, CuInSe2 –0,36 відн. %/C. Аналітична обробка та аналіз впливу світлових діодних характеристик на коефіцієнт корисної дії перетворювачів на основі телуриду кадмію показали, що температурна стабільність їх ефективності забезпечується густиною діодного струму насічення. При зростанні температури від 20 °С до 50 °С густина діодного струму насичення зростає на 50 % від 1,9·10-9 А до 2,7·10-9 А, що менше ніж для кремнієвих приладів, для яких діодний струм насичення зростає на 300 %. Дослідження показали, що коефіцієнт поглинання сонячної енергії гнучкого елемента на основі телуриду кадмію у видимому діапазоні складає 94–96 %, а коефіцієнт відбиття в інфрачервоній області спектра не перевищує 7–8%, що дозволяє в конструкції колектора відмовитися від використання абсорбера з селективним покриттям, оскільки його функцію буде виконувати плівковий фотоелектричний перетворювач. Запропоновано конструктивно-технологічне рішення фотоенергетичної системи з гнучкими фотоелектричними перетворювачами на основі телуриду кадмію. |
| Document Type: | Article |
| File Description: | application/pdf |
| Language: | Ukrainian |
| ISSN: | 2224-0349 |
| Access URL: | http://eree.khpi.edu.ua/article/view/230152 |
| Rights: | CC BY NC |
| Accession Number: | edsair.scientific.p..efb5c9a23fb99a0e9ce6029bd1e876d1 |
| Database: | OpenAIRE |
| ISSN: | 22240349 |
|---|