RU2476958C2 - Method of determining voltage-current characteristics of solar cells on solar radiation simulator - Google Patents
Method of determining voltage-current characteristics of solar cells on solar radiation simulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2476958C2 RU2476958C2 RU2011109916/28A RU2011109916A RU2476958C2 RU 2476958 C2 RU2476958 C2 RU 2476958C2 RU 2011109916/28 A RU2011109916/28 A RU 2011109916/28A RU 2011109916 A RU2011109916 A RU 2011109916A RU 2476958 C2 RU2476958 C2 RU 2476958C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- solar cells
- solar cell
- controlled
- solar
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
Description
Способ относится к области измерительной техники, более конкретно к области измерений электрофизических параметров солнечных элементов на основе применения устройств, позволяющих имитировать (симулировать) реальное солнечное излучение искусственными источниками света вместе с необходимой и встроенной в устройство электронной аппаратурой для обеспечения процесса измерений и определения параметров солнечных элементов с целью оценки их эксплуатационных характеристик.The method relates to the field of measurement technology, and more particularly to the field of measurements of the electrophysical parameters of solar cells based on the use of devices that allow to simulate (simulate) real solar radiation by artificial light sources together with the necessary and built-in electronic equipment to ensure the measurement process and determine the parameters of solar cells in order to assess their performance.
Для оценки эксплуатационных характеристик солнечного элемента (СЭ) используют такие параметры, как ток короткого замыкания (Iк.з), напряжение холостого хода (Uxx), ток и напряжение в максимуме выходной мощности (Imax и Pmax), последовательное и шунтирующие сопротивления СЭ, коэффициент полезного действия (КПД), коэффициент заполнения нагрузочной кривой (FF).To evaluate the performance of the solar cell (solar cell) using such parameters as short-circuit current (I KZ), open-circuit voltage (U xx), current and voltage at maximum power output (I max and P max), and sequential shunt SE resistance, coefficient of performance (COP), duty cycle fill factor (FF).
Все указанные параметры определяются из вольтамперной характеристики (ВАХ) солнечного элемента, которая является интегрированным параметром, характеризующим качество СЭ.All these parameters are determined from the current-voltage characteristic (CVC) of the solar cell, which is an integrated parameter characterizing the quality of solar cells.
Вольтамперную характеристику СЭ определяют при стандартных условиях освещения (AM 1,5 G), а в качестве источника светового излучения обычно применяют симуляторы солнечного излучения на базе импульсных источников на основе ксеноновых ламп.The current-voltage characteristic of solar cells is determined under standard lighting conditions (AM 1.5 G), and solar radiation simulators based on pulsed sources based on xenon lamps are usually used as a source of light radiation.
Применение импульсных источников светового излучения выгодно отличает импульсные способы измерения от стационарных. В этом случае не происходит значительного нагрева СЭ под действием излучения, а также гораздо легче добиваться одинаковой интенсивности светового потока за малые промежутки времени проведения измерений.The use of pulsed light sources distinguishes pulsed measurement methods from stationary ones. In this case, there is no significant heating of the solar cells under the action of radiation, and it is also much easier to achieve the same light flux intensity for small measurement periods.
Способ более экономичен с точки зрения потребления электрической энергии.The method is more economical in terms of electrical energy consumption.
Известен способ определения вольтамперных характеристик кремниевых солнечных элементов на симуляторе солнечного излучения, включающий в себя подачу на контролируемый солнечный элемент постоянного напряжения смещения U(t), измерение протекающего через контролируемый солнечный элемент тока I(t) при облучении его импульсным световым потоком, состоящим из нескольких световых источников с различным спектральным составом света, и построение по измеренным парам U(t) и I(t) вольтамперной характеристики контролируемого солнечного элемента [1].A known method for determining the current-voltage characteristics of silicon solar cells on a solar radiation simulator, which includes applying a constant bias voltage U (t) to a controlled solar cell, measuring the current I (t) flowing through a controlled solar cell when it is irradiated with a pulsed light stream, consisting of several light sources with different spectral composition of light, and construction of the current-voltage characteristics of the controlled solar cell from the measured pairs U (t) and I (t) [1].
В данном способе спектр солнечного излучения симулятора воспроизводится за счет комбинации световых потоков от нескольких одиночных импульсных источников, спектр которых формируется различными по спектральному составу одиночными импульсными источниками света, что обеспечивается, в основном, за счет применения в коллимирующей системе симулятора специальных спектральных фильтров.In this method, the solar radiation spectrum of the simulator is reproduced due to the combination of light fluxes from several single pulsed sources, the spectrum of which is formed by single pulsed light sources of different spectral composition, which is ensured mainly due to the use of special spectral filters in the collimator system of the simulator.
При этом формируется световой импульс с весьма протяженной «плоской» частью и длительностью ≥1·10 мкс. Таким образом, до начала спада плоской части импульса удается провести измерение не менее 200-300 пар значений U(t) и I(t).In this case, a light pulse is formed with a very long “flat” part and a duration of ≥1 · 10 μs. Thus, before the decay of the flat part of the pulse begins, it is possible to measure at least 200-300 pairs of values of U (t) and I (t).
Все параметры ВАХ контролируемого солнечного элемента определяются за один световой импульс, а сама ВАХ формируется устройством вывода симулятора (персональным компьютером) в течение нескольких секунд.All the I – V characteristics of the controlled solar cell are determined in one light pulse, and the I – V characteristic itself is formed by the simulator output device (personal computer) within a few seconds.
Хотя данный способ является одним из самых оперативных методов определения ВАХ солнечных элементов, он имеет весьма существенные недостатки:Although this method is one of the most operational methods for determining the I – V characteristic of solar cells, it has very significant drawbacks:
- форма измеренной импульсной ВАХ существенно отличается от формы ВАХ, определенной для контролируемого солнечного элемента при стационарных условиях засветки, т.к. способ не предусматривает компенсацию влияния температурного нагрева контролируемого солнечного элемента, а это приводит к возникновению дополнительной диффузионной емкости из-за переходных процессов в самом солнечном элементе в процессе импульсной засветки;- the shape of the measured pulsed current-voltage characteristic differs significantly from the shape of the current-voltage characteristic determined for a controlled solar cell under stationary conditions of exposure, because the method does not provide compensation for the influence of temperature heating of a controlled solar cell, and this leads to the emergence of additional diffusion capacity due to transients in the solar cell itself in the process of pulsed exposure;
- необходимость применения громоздкой и экономически затратной аппаратуры (наличие сложной системы светофильтров для обеспечения максимального приближения суммарного спектра от одиночных источников к стандартному спектру солнечного излучения, электронную систему стабилизации светового потока и т.д.) для обеспечения постоянства потока светового излучения.- the need to use bulky and economically expensive equipment (the presence of a complex system of light filters to ensure maximum approximation of the total spectrum from single sources to the standard spectrum of solar radiation, an electronic system for stabilizing the light flux, etc.) to ensure a constant light flux.
Точность измерений значений тока при использовании данного метода составляет ±5÷10%.The accuracy of measurements of current values using this method is ± 5 ÷ 10%.
Известен также способ определения вольтамперных характеристик кремниевых солнечных элементов на симуляторе солнечного излучения, включающий в себя облучение контролируемого солнечного элемента и эталонного солнечного элемента импульсным световым потоком, формируемым одиночным импульсным источником света при подаче на контролируемый солнечный элемент постоянного напряжения смещения U(t), фиксацию по параметрам эталонного солнечного элемента интенсивности светового потока, соответствующего стандартным условиям измерений, замер протекающего при этом через контролируемый солнечный элемент тока I(t) и построение по измеренным парам U(t) и I(t) вольтамперной характеристики контролируемого солнечного элемента [2].There is also a method for determining the current-voltage characteristics of silicon solar cells on a solar radiation simulator, which includes irradiating a controlled solar cell and a reference solar cell with a pulsed light flux generated by a single pulsed light source when a constant bias voltage U (t) is applied to a controlled solar cell, fixing the parameters of the reference solar cell, the intensity of the light flux corresponding to standard measurement conditions, measurement swells at the same current through the controlled solar cell I (t) and the construction of the measured pairs of U (t) and I (t) controlled voltage characteristic of the solar cell [2].
Импульсный источник светового излучения (ксеноновая лампа) в этом способе излучает световой поток, интенсивность которого меняется во времени. Т.к. в этом способе отсутствует контроль амплитуды и длительности запускающего электрического импульса для обеспечения работы источника светового излучения, интенсивность светового потока на поверхности контролируемого солнечного элемента непрерывно меняется во времени. Зависимость интенсивности светового потока от времени имеет характерную форму с максимумом в определенный момент времени и падением амплитуды светового потока при увеличении длительности проведения измерений. В некоторый момент времени интенсивность светового потока сравнивается со стандартной величиной (AM 1,5 G), что регистрируется эталонным солнечным элементом, и в этот момент времени осуществляют измерение величины тока, протекающего через контролируемый солнечный элемент при условии, что напряжение смещения на нем всегда принудительно поддерживается на постоянном уровне.A pulsed light source (xenon lamp) in this method emits a light flux, the intensity of which varies over time. Because in this method there is no control of the amplitude and duration of the starting electric pulse to ensure the operation of the light source, the light intensity on the surface of the monitored solar cell is continuously changing over time. The dependence of the intensity of the light flux on time has a characteristic shape with a maximum at a certain point in time and a decrease in the amplitude of the light flux with an increase in the duration of measurements. At some point in time, the light flux intensity is compared with a standard value (AM 1.5 G), which is recorded by the reference solar cell, and at this point in time, the current flowing through the controlled solar cell is measured, provided that the bias voltage on it is always forced maintained at a constant level.
Проводя серию таких измерений при различных значениях напряжения смещения, приложенного к контролируемому солнечному элементу, определяют ВАХ последнего.Carrying out a series of such measurements at various values of the bias voltage applied to the controlled solar cell, the I – V characteristics of the latter are determined.
Недостатком данного способа является необходимость применения большого количества импульсных засветок при различных напряжениях смещения, прикладываемого к контролируемому солнечному элементу, что в свою очередь приводит к существенному снижению оперативности данного метода из-за увеличения длительности определения ВАХ до нескольких минут.The disadvantage of this method is the need to use a large number of pulsed light at various bias voltages applied to the controlled solar cell, which in turn leads to a significant decrease in the efficiency of this method due to the increase in the duration of the I – V characteristic determination up to several minutes.
Кроме того, всегда имеется неизбежная неточность в определении тока, протекающего через эталонный солнечный элемент, при достижении интенсивности света, соответствующей стандартным условиям (AM 1,5 G), в силу проявления переходных процессов в самом СЭ в процессе импульсной засветки (влияние диффузионной емкости), что может существенно искажать форму импульсной ВАХ по отношению к форме ВАХ, определенной для контролируемого солнечного элемента при стационарных условиях засветки.In addition, there is always an inevitable inaccuracy in determining the current flowing through the reference solar cell when the light intensity reaches the standard conditions (AM 1.5 G), due to the manifestation of transient processes in the SC itself in the process of pulsed illumination (the effect of diffusion capacitance) , which can significantly distort the shape of the pulsed current-voltage characteristic with respect to the shape of the current-voltage characteristic determined for a controlled solar cell under stationary conditions of exposure.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения вольтамперных характеристик кремниевых солнечных элементов на симуляторе солнечного излучения, включающий в себя определение по характеристикам эталонного солнечного элемента калибровочных параметров измерительной системы симулятора, облучение контролируемого солнечного элемента световым потоком, формируемым одиночным импульсным источником света, подачу на контролируемый солнечный элемент регулируемого напряжения смещения U(t) в течение времени измерения T=(1·103÷1·104) мкс с шагом Δt=(3÷30) мкс, измерение протекающего через контролируемый солнечный элемент тока I(t) и последующую корректировку по калибровочным параметрам эталонного солнечного элемента полученных пар значений U(t) и I(t) при построении вольтамперной характеристики контролируемого солнечного элемента [3].The closest in technical essence and the achieved result is a method for determining the current-voltage characteristics of silicon solar cells on a solar radiation simulator, which includes determining the calibration parameters of the measurement system of the simulator by the characteristics of the reference solar cell, irradiating the controlled solar cell with a light stream generated by a single pulsed light source, supplying to a controlled solar cell with adjustable bias voltage U (t) during of measuring the time T = (1 × 10 3 ÷ 1 x 10 4) microsecond increments Δt = (3 ÷ 30) microseconds, the measurement of flowing through the controlled solar cell current I (t) and then adjusting the calibration parameters of the reference solar cell obtained pairs values of U (t) and I (t) when constructing the current-voltage characteristics of the controlled solar cell [3].
В данном способе для обеспечения однородности светового потока на поверхности контролируемого СЭ используется электронная схема регулировки тока, протекающего через импульсный источник света. Регулировка тока обеспечивается за счет обратной связи по току, протекающему через эталонный СЭ, имеющего малую постоянную времени отклика (за счет малой площади эталонного СЭ).In this method, to ensure uniformity of the light flux on the surface of the controlled SC, an electronic circuit is used to adjust the current flowing through the pulsed light source. The current is regulated by feedback on the current flowing through the reference SC having a small response time constant (due to the small area of the reference SC).
За время длительности «плоской» части импульса Т=(1·103÷1·104) мкс при заданном шаге измерений Δt=(3÷30) мкс определяется около 300÷350 пар U(t) и I(t), что оказывается вполне достаточной величиной для построения ВАХ контролируемого солнечного элемента.During the duration of the "flat" part of the pulse T = (1 · 10 3 ÷ 1 · 10 4 ) μs for a given measurement step Δt = (3 ÷ 30) μs, approximately 300 ÷ 350 pairs of U (t) and I (t) are determined, which turns out to be quite a sufficient value for constructing the I – V characteristic of a controlled solar cell.
В процессе проведения измерений постоянная времени переходных процессов эталонного СЭ (за счет изменения параметров внешних корректирующих электрических элементов электронной системы измерения) подстраивается таким образом, чтобы динамическая (выходная) вольтамперная характеристика эталонного СЭ соответствовала статической вольтамперной характеристике эталонного СЭ. Разница значений выходных напряжений U(t) и токов I(t) статической и динамической вольтамперных характеристик эталонного СЭ используется как исходная информация для корректировки динамической вольтамперной характеристики контролируемого СЭ при окончательной обработке результатов измерения.During measurements, the time constant of transients of the reference SE (due to changes in the parameters of the external correcting electrical elements of the electronic measurement system) is adjusted so that the dynamic (output) current-voltage characteristic of the reference SE corresponds to the static current-voltage characteristic of the reference SE. The difference between the values of the output voltages U (t) and the currents I (t) of the static and dynamic current-voltage characteristics of the reference SC is used as initial information to adjust the dynamic current-voltage characteristics of the controlled SC during the final processing of the measurement results.
В качестве импульсного источника света в данном устройстве используется ксеноновая лампа, интенсивность и спектральный состав которой соответствует стандарту AM 1,5 G. Постоянную времени переходных процессов эталонного солнечного элемента можно корректировать в широких пределах за счет применения внешних корректирующих RC или LC цепей, входящих в состав электронной системы измерения симулятора.As a pulsed light source, this device uses a xenon lamp, the intensity and spectral composition of which corresponds to the AM 1.5 G standard. The transient time constant of the reference solar cell can be adjusted over a wide range by using external corrective RC or LC circuits included in the composition electronic measuring system simulator.
К недостаткам упомянутого способа следует отнести невысокую точность измерений (обеспечиваемая погрешность измерений находится на уровне ±3÷5%) из-за отсутствия эффективного механизма компенсации диффузионной емкости как самого контролируемого СЭ, так и эталонного СЭ в процессе проведения измерений калибровочных параметров с использованием импульсной засветки.The disadvantages of this method include the low accuracy of measurements (the provided measurement error is at the level of ± 3 ÷ 5%) due to the lack of an effective mechanism for compensating the diffusion capacitance of both the controlled SC and the reference SC in the process of measuring calibration parameters using pulsed illumination .
Задачей изобретения является увеличение точности определения вольтамперных характеристик солнечных элементов в процессе проведения импульсных световых засветок.The objective of the invention is to increase the accuracy of determining the current-voltage characteristics of solar cells in the process of conducting pulsed light illumination.
Это достигается тем, что в способе определения вольтамперных характеристик кремниевых солнечных элементов на симуляторе солнечного излучения, включающем в себя облучение измеряемого и эталонного солнечных элементов импульсом света от одиночного импульсного источника светового излучения, определение по характеристикам эталонного солнечного элемента калибровочных параметров измерительной системы симулятора, подачу на контролируемый солнечный элемент в течение длительности плоской части импульса T=(1·103÷1·104) мкс регулируемого напряжения смещения U(t) с шагом Δt=(3÷30) мкс и измерение протекающего через него тока I(t), в качестве калибровочных параметров используютThis is achieved by the fact that in the method for determining the current-voltage characteristics of silicon solar cells on a solar radiation simulator, which includes irradiating the measured and reference solar cells with a light pulse from a single pulsed light source, determining the calibration parameters of the measurement system of the simulator from the characteristics of the reference solar cell, controlled solar cell during the duration of the flat part of the pulse T = (1 · 10 3 ÷ 1 · 10 4 ) μs of adjustable voltage bias voltage U (t) with a step Δt = (3 ÷ 30) μs and a measurement of the current I (t) flowing through it, using the calibration parameters
Iк.з - ток короткого замыкания, А;I KZ - short circuit current, A;
I0 - обратный ток, А;I 0 - reverse current, A;
τ - постоянная времени релаксации, мкс,τ is the relaxation time constant, μs,
а напряжение смещения U(t) регулируют в соответствии со следующей зависимостью:and the bias voltage U (t) is regulated in accordance with the following relationship:
где t - текущее время измерения в диапазоне (0≤t≤T), мкс;where t is the current measurement time in the range (0≤t≤T), μs;
δ (δ=0,005÷0,01) - заданная погрешность измерений значения тока I(t), отн.ед.δ (δ = 0.005 ÷ 0.01) is the specified measurement error of the current value I (t), rel.
В известных науке и технике решениях аналогичной задачи не обнаружено использование управляемого напряжением источника тока, питающего солнечный элемент, для эффективного снижения диффузионной емкости контролируемого солнечного элемента до значений, когда ее влияние на переходный процесс, искажающий форму определяемой вольтамперной характеристики, становится пренебрежимо мало, поэтому все заявляемые отличия данного изобретения соответствуют критерию "Изобретательский уровень".In the known science and technology solutions to a similar problem, the use of a voltage-controlled current source supplying the solar cell to effectively reduce the diffusion capacity of the controlled solar cell to values when its effect on the transient distorting the shape of the determined current-voltage characteristic becomes negligible is not found, therefore all the claimed differences of this invention meet the criterion of "Inventive step".
Сущность способа заключается в следующем. Определение ВАХ кремниевого солнечного элемента осуществляется на стандартном симуляторе солнечного излучения (импульсном тестере модели ST1000), предназначенном для определения прямой и обратной ветви ВАХ СЭ и солнечных батарей. Тестер состоит из импульсного осветителя с источником питания, схемы для подачи напряжения смещения, измерительного блока. Осветитель позволяет сформировать световой импульс, активно контролируемый по форме и интенсивности. В качестве осветителя используется ксеноновая импульсная лампа. Для обеспечения максимального совпадения спектра светового потока в соответствии со стандартами AM 1,5 G имеются световые фильтры, подавляющие характерные отклонения спектральной характеристики ксеноновой лампы (пики интенсивности света при определенных длинах световых волн).The essence of the method is as follows. The I – V characteristics of a silicon solar cell are determined using a standard solar radiation simulator (ST1000 pulse tester) designed to determine the direct and reverse branches of the I – V characteristics of solar cells and solar cells. The tester consists of a pulsed illuminator with a power source, a circuit for supplying bias voltage, a measuring unit. The illuminator allows you to generate a light pulse, actively controlled by shape and intensity. A xenon flash lamp is used as a illuminator. To ensure maximum coincidence of the light flux spectrum in accordance with AM 1.5 G standards, there are light filters that suppress the characteristic deviations of the spectral characteristics of the xenon lamp (light intensity peaks at certain light wavelengths).
Применение указанной зависимости практически полностью компенсирует протекание переходных процессов, связанных с влиянием диффузионной емкости СЭ, что обеспечивает точность определения параметров ВАХ на уровне δ=0,5÷1,0% в условиях импульсной засветки, то есть практически не отличающейся от точности определения параметров ВАХ в стационарных условиях засветки.The use of this dependence almost completely compensates for the transition processes associated with the influence of the diffusion capacity of the solar cells, which ensures the accuracy of determining the I – V characteristics at the level of δ = 0.5–1.0% under pulsed illumination conditions, that is, it practically does not differ from the accuracy of determining the I – V characteristics in stationary conditions of exposure.
Аналитическая зависимость (1) представляет собой аппроксимацию экспериментальных пар U(t) и I(t), полученную при математической обработке большой серии измерений параметров кремниевых СЭ в условиях импульсной засветки при стандартных условиях AM 1,5 G.The analytical dependence (1) is an approximation of the experimental pairs U (t) and I (t) obtained by mathematical processing of a large series of measurements of parameters of silicon SCs under conditions of pulsed illumination under standard conditions AM 1.5 G.
Для успешного применения заявляемого способа необходима предварительная калибровка измерительной системы импульсного тестера для обеспечения измерений нагрузочных ВАХ контролируемых СЭ с гарантированной заданной погрешностью δ. С этой целью перед началом измерения пар U(t) и I(t) контролируемого СЭ определяют калибровочные параметры Iк.з, I0 и τ, используемые в заявляемом способе. Значение Iк.з определяется из предварительно измеренной ВАХ для эталонного СЭ (произвольно выбранного СЭ из партии СЭ, подлежащих контролю). В процессе измерения ВАХ эталонного СЭ также определяется и значение I0. Оценка τ осуществляется из измерения релаксационных кривых спада фототока.For the successful application of the proposed method, preliminary calibration of the measuring system of the pulse tester is necessary to ensure measurements of the load-current characteristics of the monitored solar cells with a guaranteed predetermined error δ. To this end, before starting the measurement of the pairs U (t) and I (t) of the controlled SE, the calibration parameters I cc , I 0 and τ used in the inventive method are determined. The value of I k.s. In the process of measuring the I – V characteristics of the reference SE, the value of I 0 is also determined. Estimation of τ is carried out from measurements of relaxation curves of photocurrent decline.
Система обратной связи симулятора позволяет регулировать напряжение U(t) на внешних электродах солнечного элемента в соответствии с зависимостью (1). Одновременно определяется величина тока I(t), протекающего через него. Фактически схемотехническая реализация управляемого напряжением источника тока является аналоговым конвертором диффузионной емкости солнечного элемента, снижая ее величину до таких значений, когда динамическая ВАХ перестает отличаться от статической.The feedback system of the simulator allows you to adjust the voltage U (t) on the external electrodes of the solar cell in accordance with the dependence (1). At the same time, the magnitude of the current I (t) flowing through it is determined. In fact, the circuitry implementation of the voltage-controlled current source is an analog converter of the diffusion capacity of the solar cell, reducing its value to such values when the dynamic I – V characteristic ceases to differ from the static one.
Новизна заявляемого изобретения обусловлена тем, что для достижения цели изобретения (увеличение точности определения вольтамперных характеристик солнечных элементов в процессе проведения импульсных световых засветок) используется оригинальная схемотехническая реализация управляемого напряжением (по оптимальному закону) источника тока, питающего солнечный элемент, что позволяет эффективно снизить диффузионную емкость контролируемого солнечного элемента до таких значений, когда ее влияние на переходный процесс, искажающий форму измеряемой ВАХ, становится пренебрежимо мало.The novelty of the claimed invention is due to the fact that in order to achieve the objective of the invention (increasing the accuracy of determining the current-voltage characteristics of solar cells in the process of pulsed light illumination), an original circuit design of a voltage-controlled (according to the optimal law) current source that feeds the solar cell is used, which effectively reduces diffusion capacity controlled solar cell to such values when its effect on the transient, distorting the shape measured by the I – V characteristic, becomes negligible.
Пример выполненияExecution example
Для определения вольтамперных характеристик солнечных элементов по заявляемому способу была использована партия стандартных псевдоквадратных СЭ размером 125×125 мм объемом 52 шт. марки СЭ-ПСК тип С-14,5% БПКЖ.80.00.000ТУ.To determine the current-voltage characteristics of solar cells according to the claimed method, a batch of standard pseudo-square solar cells of size 125 × 125 mm in volume of 52 pieces was used. brand SE-PSK type S-14.5% BPKZH.80.00.000TU.
Из указанной партии СЭ произвольно был выбран солнечный элемент, который в дальнейшем был использован в качестве эталонного.From this batch of solar cells, a solar cell was arbitrarily selected, which was subsequently used as a reference.
По стандартной методике на стандартном симуляторе солнечного излучения (импульсном тестере модели ST1000) [4] были определены фотоэлектрические параметры эталонного СЭ, которые в дальнейшем использовались в качестве калибровочных:According to the standard method, on the standard solar radiation simulator (ST1000 pulse tester) [4], the photoelectric parameters of the reference solar cell were determined, which were later used as calibration:
ток короткого замыкания Iк.з, А (Iк.з=5,63 А);short-circuit current I KZ, A (I KZ = 5.63 A);
обратный ток I0, А (I0=1,25·10-10 А);reverse current I 0 , A (I 0 = 1.25 · 10 -10 A);
постоянная времени релаксации τ, мкс (τ=46 мкс).relaxation time constant τ, μs (τ = 46 μs).
Указанные калибровочные параметры были введены в программу построения ВАХ тестера ST1000. Длительность импульса T была установлена равной T=3·103 мкс, а погрешность измерений δ была установлена равной δ=0,005, т.е 6,5%.The specified calibration parameters were introduced into the program for constructing the I – V characteristic of the ST1000 tester. The pulse duration T was set equal to T = 3 · 10 3 μs, and the measurement error δ was set equal to δ = 0.005, i.e. 6.5%.
Количество измеряемых пар значений U(t) и I(t) была установлена равной 300, что соответствовало шагу по времени Δt=T/300=10 мкс.The number of measured pairs of values of U (t) and I (t) was set equal to 300, which corresponded to a time step Δt = T / 300 = 10 μs.
Длительность контроля одного СЭ (от момента его установки на столик тестера до момента вывода ВАХ на экран монитора составила в среднем 0,5 мин, контроль всей партии (51 шт. СЭ) занял 26 мин.The duration of monitoring one SC (from the moment it was installed on the tester table to the moment the I – V characteristic was displayed on the monitor screen was 0.5 minutes on average; the entire batch (51 pieces of SC) took 26 minutes to control.
В результате контроля 51 шт. СЭ были получены ВАХ, каждая из которой при наложений на ВАХ эталонного СЭ имела отклонение по U(t) или I(t) в любой точке не более 0,5%.As a result of control 51 pcs. FEs were obtained by I – V characteristics, each of which, when superimposed on the I – V characteristics of a reference SE, had a deviation in U (t) or I (t) at any point of no more than 0.5%.
Таким образом, заявляемый способ обеспечивает определение значений пар значений U(t) и I(t) при построении вольтамперных характеристик солнечных элементов в процессе проведения импульсных световых засветок с точностью 0,5÷1,0% (по прототипу точность измерений составляет 3÷5%), что обеспечивается за счет эффективного снижения диффузионной емкости контролируемого солнечного элемента до таких значений при использовании заявляемого алгоритма регулировки напряжения смещения (когда ее влияние на переходный процесс, искажающий форму определяемой вольтамперной характеристики, становится пренебрежимо мало).Thus, the inventive method provides the determination of pairs of values of U (t) and I (t) when constructing the current-voltage characteristics of solar cells during pulsed light illumination with an accuracy of 0.5 ÷ 1.0% (according to the prototype, the measurement accuracy is 3 ÷ 5 %), which is ensured by effectively reducing the diffusion capacity of the controlled solar cell to such values when using the proposed algorithm for adjusting the bias voltage (when its influence on the transient distorting the shape is determined th volt-ampere characteristic, becomes negligible).
Источники информацииInformation sources
1. Патент США, МПК: G01R 31/302, №7,411,408 от 12.08.2008 г.1. US patent, IPC: G01R 31/302, No. 7,411,408 of 08/12/2008.
2. Патент США, МПК: G01R 31/303, №7,514,931 от 07.04.2009 г.2. US Patent, IPC: G01R 31/303, No. 7.514.931 of 04/07/2009.
3. Патент США, МПК: G01C 21/02, №7,696,461 от 13.04.2010 г. - прототип.3. US patent, IPC: G01C 21/02, No. 7,696,461 of 04/13/2010, the prototype.
4. Патент РФ, МПК: G01R 31/40, №2,318,219 от 27.02.2008 г.4. Patent of the Russian Federation, IPC: G01R 31/40, No. 2,318,219 of February 27, 2008.
Claims (1)
Iк.з - ток короткого замыкания, А;
I0 - обратный ток, А;
τ - постоянная времени релаксации, мкс,
а напряжение смещения U(t) регулируют в соответствии со следующей зависимостью:
где t - текущее время измерения в диапазоне (0≤t≤T), мкс;
δ (δ=0,005÷0,01) - заданная погрешность измерений значения тока I(t), отн.ед. A method for determining the current-voltage characteristics of silicon solar cells on a solar radiation simulator, including irradiating the measured and reference solar cells with a light pulse from a single pulsed light source, determining the calibration parameters of the measurement system of the simulator from the characteristics of the reference solar cell, supplying the controlled solar cell for a duration of the flat part of the pulse T = (1 · 10 3 ÷ 1 · 10 4 ) μs of the controlled bias voltage U (t) with a step Δt = (3 ÷ 30) μs and a measurement of the current I (t) flowing through it, characterized in that the calibration parameters are
I KZ - short circuit current, A;
I 0 - reverse current, A;
τ is the relaxation time constant, μs,
and the bias voltage U (t) is regulated in accordance with the following relationship:
where t is the current measurement time in the range (0≤t≤T), μs;
δ (δ = 0.005 ÷ 0.01) is the specified measurement error of the current value I (t), rel.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011109916/28A RU2476958C2 (en) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Method of determining voltage-current characteristics of solar cells on solar radiation simulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011109916/28A RU2476958C2 (en) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Method of determining voltage-current characteristics of solar cells on solar radiation simulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011109916A RU2011109916A (en) | 2012-09-27 |
| RU2476958C2 true RU2476958C2 (en) | 2013-02-27 |
Family
ID=47077910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011109916/28A RU2476958C2 (en) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Method of determining voltage-current characteristics of solar cells on solar radiation simulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2476958C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2565331C2 (en) * | 2013-10-10 | 2015-10-20 | Сергей Викторович Янчур | Method of investigation spatial distribution of receptivity of characteristics of photoelectric converters in solar panels to optical radiation |
| RU172617U1 (en) * | 2016-12-14 | 2017-07-14 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | In-situ camera for monitoring the structure and current-voltage characteristics of thin polymer semiconductor films |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4122383A (en) * | 1977-12-16 | 1978-10-24 | Nasa | Method and apparatus for measuring minority carrier lifetimes and bulk diffusion length in P-N junction solar cells |
| SU1755351A1 (en) * | 1990-03-07 | 1992-08-15 | Научно-производственное объединение прикладной механики | Method and device for control of solar battery characteristics |
| RU2012007C1 (en) * | 1991-06-17 | 1994-04-30 | Базилевский Александр Борисович | Method for test of operating order of solar battery having n sections which are made of equal units, and device for implementation of said method |
| EP1170596A2 (en) * | 2000-07-04 | 2002-01-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring photoelectric conversion characteristics |
| EP1686386A1 (en) * | 2005-02-01 | 2006-08-02 | Nisshinbo Industries, Inc. | Method and apparatus to measure the current-voltage characteristics of photovoltaic devices and to equalize the irradiance of a solar simulator |
| RU2318219C1 (en) * | 2006-05-26 | 2008-02-27 | Закрытое Акционерное Общество "ТЕЛЕКОМ-СТВ" | Solar radiation simulator for measuring parameters of solar power elements |
| US7696461B2 (en) * | 2005-08-05 | 2010-04-13 | Sinton Consulting, Inc. | Measurement of current-voltage characteristic curves of solar cells and solar modules |
| WO2011114838A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-22 | コニカミノルタセンシング株式会社 | Solar cell evaluation device and method |
-
2011
- 2011-03-17 RU RU2011109916/28A patent/RU2476958C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4122383A (en) * | 1977-12-16 | 1978-10-24 | Nasa | Method and apparatus for measuring minority carrier lifetimes and bulk diffusion length in P-N junction solar cells |
| SU1755351A1 (en) * | 1990-03-07 | 1992-08-15 | Научно-производственное объединение прикладной механики | Method and device for control of solar battery characteristics |
| RU2012007C1 (en) * | 1991-06-17 | 1994-04-30 | Базилевский Александр Борисович | Method for test of operating order of solar battery having n sections which are made of equal units, and device for implementation of said method |
| EP1170596A2 (en) * | 2000-07-04 | 2002-01-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring photoelectric conversion characteristics |
| EP1686386A1 (en) * | 2005-02-01 | 2006-08-02 | Nisshinbo Industries, Inc. | Method and apparatus to measure the current-voltage characteristics of photovoltaic devices and to equalize the irradiance of a solar simulator |
| US7696461B2 (en) * | 2005-08-05 | 2010-04-13 | Sinton Consulting, Inc. | Measurement of current-voltage characteristic curves of solar cells and solar modules |
| RU2318219C1 (en) * | 2006-05-26 | 2008-02-27 | Закрытое Акционерное Общество "ТЕЛЕКОМ-СТВ" | Solar radiation simulator for measuring parameters of solar power elements |
| WO2011114838A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-22 | コニカミノルタセンシング株式会社 | Solar cell evaluation device and method |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2565331C2 (en) * | 2013-10-10 | 2015-10-20 | Сергей Викторович Янчур | Method of investigation spatial distribution of receptivity of characteristics of photoelectric converters in solar panels to optical radiation |
| RU172617U1 (en) * | 2016-12-14 | 2017-07-14 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | In-situ camera for monitoring the structure and current-voltage characteristics of thin polymer semiconductor films |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011109916A (en) | 2012-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10305423B2 (en) | Photovoltaic element evaluation method, measurement system configuration and process for using a measurement system configuration | |
| WO2007018829B1 (en) | Measurement of current-voltage characteristic curves of solar cells and solar modules | |
| JP2007088419A (en) | Measuring method by solar simulator | |
| US20130169306A1 (en) | Light Source Evaluation Device and Solar Cell Evaluation Device | |
| US5945839A (en) | Method and apparatus for measurement of current-voltage characteristic curves of solar panels | |
| WO2010129559A3 (en) | Calibration procedure for solar simulators used in single-junction and tandem-junction solar cell testing apparatus | |
| RU2476958C2 (en) | Method of determining voltage-current characteristics of solar cells on solar radiation simulator | |
| Liu et al. | Stability Test on Power Supply to the Xenon Lamp of Solar Simulator | |
| Müllejans et al. | Changes in spectral response with temperature and irradiance intensity | |
| Roy et al. | Reference module selection criteria for accurate testing of photovoltaic (PV) panels | |
| Balenzategui et al. | Intercomparison and validation of solar cell IV characteristic measurement procedures | |
| KR101232648B1 (en) | Solar cell degraded accelerating device, maximum load point chasing device of the same, solar cell accelerating method maximum load point chasing method of the same | |
| RU2318219C1 (en) | Solar radiation simulator for measuring parameters of solar power elements | |
| CN110880913A (en) | Dynamics testing device and method for photovoltaic cell device | |
| Lim et al. | Pulsed solar panel light current-voltage characterization based on Zener diode | |
| Apolloni et al. | Power Measurement of MICROMORPH Tandem Modules—An Overview | |
| Buso et al. | Laboratory PV generator for MPPT dynamic response testing | |
| Schär et al. | Spectral sensitivity analyses of tandem modules using standard flasher and dynamic LED backlight | |
| Roberts et al. | Flexible solar simulator for renewable energy instruction laboratory | |
| JP5582203B2 (en) | Voltage / current characteristic measuring method, voltage / current characteristic measuring apparatus, and solar simulator | |
| Gao et al. | Test method of current-voltage characterisation of perovskite PV module | |
| CN104953949B (en) | A kind of electric performance test method of solar cell and solar module | |
| RU2138058C1 (en) | Process testing semiconductor photodetectors | |
| WO2012143886A1 (en) | Methods and systems for measuring power of at least a photovoltaic device | |
| Kumaravel et al. | An innovative method for determining the junction temperature of a photovoltaic cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160318 |