Hiệu suất chuyển đổi năng lượng Pin mặt trời

TRI HC BÁCH KHOA HÀ NI VIN VT LÝ K THUT  BÁO CÁO MÔN HC  TÀI:  Giảng viên hướng dẫn: GS - c Huyn Sinh viên thực hiện: Lê Quc Hi 20090929  20092329 Ngô Quang Trung 20092863 Hà Nội, tháng 10/2013 MC LC Phn I.  3 I.1. Hiu sut ca quá trình bin 3 I.1.1. Các tham s n ch  làm vic và hiu sut 4 i thin hiu sut pin mt tri 6 Phn II. ng c sáng 8 II.1. Các yu t ng c sáng 8 II.2. Khc phc hn ch c  nâng cao hiu sut 10 Phn III. ng ca nhi 12 III.1. S ng ca nhi n b rng vùng cm ca vt liu 12 III.2. S ng ca nhi n dòng ngn mch 13 III.3. S ng ca nhi n th h mch 14 TÀI LIU THAM KHO 16 Phn I.  PIN MT TRI - PH3370 HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI 3 Phn I.  I.1. Hiu sut ca quá trình bin  Gii hn lý thuyt cu hiu sun ca h hai mc ng  0   0 ng s photon ti có c sóng trong khong ca photon. T s c ng hn t hp th ca photon trong n   C u b hp th). Mu s là tng các photon ti ht hàm s ca E g i 1.2 Hình 1.1. Hiệu suất của quá trình biến đổi quang điện phụ thuộc vào độ rộng vùng cấm của vật liệu Hình 1.2. Năng lượng tổn hao và hiệu suất biến đổi quang điện của Si -  c max = 0.44 xung quanh giá tr E g = 1.5eV. Kt qu này có tính tng quát và áp dng cho các h 2 mng bt k - ng tn hao trong mt quá trình bin ch yu do 2 nguyên nhân sau:  ng < E g không b n t hp th mà truyn quan vt rn Phn I.  PIN MT TRI - PH3370 HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI 4  Do quá trình hi phn t và l trng gi-E g cho mng tinh th vt r tng - i vi bán dn Silicon Si, E g = 1,16eV, tính toán cho thy 23% m ng do photon truyn qua, 33% b mt do quá trình hi phc cn t và l trng c ch      y i v    n trên vt liu Si thì 0.44. I.1.1. Các tham s n ch  làm vic và hiu sut - Có 5 tham s n ch  làm vic và hiu sut ca pin mt tri:  n tr nn tr ni tip) R S  n tr  sh  Dòng bão hòa I S   bc x mt tri E  Nhi ca pin T - u kin bc x ng(không hi t) các tham s trên có th  tham s c lp, tr n bão hòa I S và nhi T  Hiu sut pin mt tri ph thun tr  sh n tr ni (R S ) - n tr  sh p tip xúc p-n, ph thuc công ngh ch to lp ting giá tr ca R sh khá ln, nên dòng dò có th b qua. - n tr R S là tng cn trn tr tip xúc gin ci và bán dn p, R 1 n tr lp bán dn kim lon tr lp bán dn n, R 3 n tr tip xúc gia bán dn n và cc kim loi trên , R 4 n tr ca ci kim loi mt trên ,R 5 và n tr ca các thanh góp kim loi mt trên , R 6     6 1 654321 i iS RRRRRRRR - S c gim R sh ng xn công sun ca pin mt tri. V m thn tr này s làm bin d-A, R S gây ra s gi nghiêng cn làm vit ngun th. Còn n tr  sh n pin mt tri làm vic t ngun dòng Phn I.  PIN MT TRI - PH3370 HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI 5 Hình 2.1 Đặc trưng V-A của pin mặt trời phụ thuộc điện trở nội R S Hình 2.2 Đặc trưng V-A của pin mặt trời phụ thuộc điện trở sơn R Sh  Hiu sut pin mt tri ph thuc vào vt liu ch to pin mt tri - Thông s quan trng n hiu sut bin ca pin mt tri  rng vùng cm ca vt liu ch to pin mt tri.Lý thuyt và thc nghi thy r có hiu sut  rng vùng cm ca vt liu phi trong khong n 1.6eV. Hình 2.3 cho thy s ph thuc cu hiu sut bin vào  rng vùng cm Eg ca mt s vt liu  300K Hình 2.3 sự phụ thuộc của hiệu suất quang điện vào độ rộng của vùng cấm của vật liệu ở 300k - Ta thy rng, S có vùng cm Eg=1.16eV không phi vt liu tt nh sn xut pin mt tri. Các vt lim trong vùng Phn I.  PIN MT TRI - PH3370 HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI 6 cm cho gii hn cho hiu sut cao nói trên. Các pin mt tri t các vt ling c ch ti dng màng mnh hình. Bng 1 cho hiu sut bii quang n lý thuyt ca mt s vt liu pin mt tri Bảng 1. Hiệu suất lý thuyết của một số vật liệu pin mặt trời - Mt trong các công ngh trin v gim giá thành pin mt tri là công ngh pin mt tri màng m  nh hình. Ngoài ra nh công ngh  i ta không nhng ch tc các pin mt tri có mt lp tip xúc pn có din tích ln mà còn to c các pin mt tri có nhiu lp tip xúc pn cho hiu sut bin cao t 8%-15% Bảng 2. Các vật liệu chế tạo pin mặt trời màng mỏng I.1.2. i thin hiu sut pin mt tri - Gii hn thc t ca hiu sut bin ca pin mt tri  25 0 C trên 2 mc  ng là 25%. Nguyên nhân là do h thng 2 m  ng ch có th hpth các photon tng < Eg b truyn Phn I.  PIN MT TRI - PH3370 HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI 7 qua vt liu mà không gây ra hiu   tn dng phng truy thng pin mt tri gm nhiu mng   h thng gm 3 mng - Xét 1 h gm nhiu mng có vùng cm gim dn E g1 >E g2 >E g3  c chiu ti vt ling > E g1 s c h th nht hp thng < E g1 s c lp tip xúc th 2 hp th, các ng < E g2 s c lp th 3 hp thy, m  th hp th c tt c các photon có mng E g3 < E g < E g1 và E g > E g1 thay vì ch ng >E g1 b hp thy hiu sut ca h thng này s ng 40%) Hình 2.4 Cấu trúc pin mặt trời nhiều mức năng lượng Hình 2.5 Sơ đồ năng lượng của lớp tiếp xúc của vật liệu có năng lượng vùng cấm giảm dần  Pin mt tr   rng vung cm gim dn (The graded band gap cell_GBGC) - H thng này là t hp gm rt nhiu lp ti ng ca h thng vùng cm gim dn t E g1 n E g2  g1 là lp b mt, E g2 là lp tip xúc pn. Vùng chuyn tip có th ng bii E g1  E g2 là mt máy phát quang - n. Hàng rào th  mt máy phát quang-n th 2. Phn II. ng c sáng PIN MT TRI - PH3370 HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI 8 Phn II. ng c sáng II.1. Các yu t ng c sáng - Ho ng ca pin mt tri c chiu sáng tp trung mang li hai li ích chính: o Th nht, s ng các tm pin mt tri phi thu ánh sáng mt tri ti mt khu vc    , mà chi phí sn xut ca nhng tm pin này ng i các t c thit k  chiu sáng không tp u qu). o Th hai, hoi ánh sáng tp trung cung cp li th trong hiu sut t ng mt tri. Nu ánh sáng mt trc tp trung bi mt h s X (X mt tri chiu sáng), ngn mch ti khu vc tp trung là - Gi nh rng các thông s ca cht bán dn không b ng bi ng  chiu sáng và nhi ca các tm pin là ging nhau  c hai c chiu sáng - không nht thit phi gi nh là X rt l > 100. Tuy nhiên, nhng gi nh này s cho phép th hin hiu sut tích tr ng ca các tm pin mt tri tp trung. - Ta có: - Thay th c: - Mt khác, - Suy ra, Phn II. ng c sáng PIN MT TRI - PH3370 HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI 9 Vi FF là hàm ca V OC -  - C hai h s nhân vi s u sut ca l mt trng  chiu sáng y, hiu qu ca các tm pin mt tri t chiu sáng t Ta có th thy mi quan h  - Tt nhiên, có rt nhiu tr ng u này. Các pin mt tri tp trung phc làm mát, vì s  hong làm gim V OC , và hiu sut pin. FF Xsuns gidòng gim do n tr ký sinh. Phn II. ng c sáng PIN MT TRI - PH3370 HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI 10 II.2. Khc phc hn ch c  nâng cao hiu sut -  nâng cao hiu sut pin mt tri ph thu i ta ci tin lp kính phía trên pin mt tr u sut hp thu, gim phn x ánh sáng. - Hình trên là các cu hình ca ng kính Fresnel (a) ng kính Fresnel tm cho mt tia chiu tp trung vào khu vc hong tròn ca các tm pin mt tri. (b) Tm thng, hoc mt trc, ng kính Fresnel tp trung vào mt s tm pin mt tri trong mt chui. (c) ng kính Fresnel hình vòm thng - Bên c dng các h thng g pin mt tri có th xoay   thu nhn ánh sáng t mt tri là t [...]... phụ thuộc của đặc trưng sáng VA của pin mặt trời tinh thể Si vào nhiệt độ HIỆU SUẤT CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG CỦA PIN MẶT TRỜI 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO PIN MẶT TRỜI - PH3370 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Pin mặt trời và Ứng dụng - PGS TS Đặng Đình Thống [2] Handbook of Photovoltaic Science and Engineering - Antonio Luque, Steven Hegedus HIỆU SUẤT CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG CỦA PIN MẶT TRỜI 16 ... trưng VA của pin mặt trời phụ thuộc vào cường độ chiếu sáng Đường chấm chấm là đường nối các điểm làm việc tối ưu có công suất cực đại ở các cường độ bức xạ khác nhau HIỆU SUẤT CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG CỦA PIN MẶT TRỜI 13 Phần III Ảnh hưởng của nhi độ III.3 Sự ảnh hưởng của nhi - PIN MẶT TRỜI - PH3370 độ đến thế hở mạch Thế hở mạch VOC là hiệu điện thế được đo khi mạch ngoài của pin mặt trời hở (R= )...Phần II Ảnh hưởng củ ườn độ sáng PIN MẶT TRỜI - PH3370 HIỆU SUẤT CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG CỦA PIN MẶT TRỜI 11 Phần III Ảnh hưởng của nhi độ PIN MẶT TRỜI - PH3370 Phần III Ả ởng c a nhi III.1 Sự ảnh hưởng của nhi - ộ độ đến bề rộng vùng cấm của v t li u Giống như tất cả các linh kiện bán dẫn khác, nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến pin mặt trời Nhiệt độ tăng sẽ làm giảm bề rộng vùng cấm của... khác nhau, có vật liệu giảm ít nhưng có vật liệu giảm khá nhiều HIỆU SUẤT CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG CỦA PIN MẶT TRỜI 12 Phần III Ảnh hưởng của nhi độ PIN MẶT TRỜI - PH3370 III.2 Sự ảnh hưởng của nhi - độ đến dòng ngắn mạch Dòng đoản mạch ISC là dòng điện trong mạch của pin mặt trời khi làm ngắn mạch ngoài Lúc đó, hiệu điện tehes mạch ngoài của pin V = 0V Khi đó, dòng ngắn mạch được biểu diễn bởi công thức... lên và Vo càng gần HIỆU SUẤT CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG CỦA PIN MẶT TRỜI 14 Phần III Ảnh hưởng của nhi độ PIN MẶT TRỜI - PH3370 tới giá trị Eg/q Ngoài ra, VOC tăng theo hàm loga với donmgf quang điện Iph mà đến lượng nó lại tăng tuyến tính với cường độ bức xạ chiếu sáng Kết quả là thế hở mạch VOC tăng theo hàm loga theo cường độ bức xạ chiếu sáng và giảm tuyến tính theo nhiệt độ tấm pin - Hình dưới cho... của pin mặt trời ( /m2) n là hệ số l tưởng phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện công nghệ chế tạo pin mặt trời Rsh điện trở sơn (điện trở dòng dò) ( /m2) - các điều kiện chiếu sáng bình thường (không có hội tụ) thì hiệu ứng điện trở nối tiếp RS có thể bỏ qua, và ID = 0 và do đó có thể suy ra: - Trong đó: E là cường độ sáng là hệ số t lệ - Như vậy, ở điều kiện bình thường, dòng đoản mạch ISC của pin mặt trời. .. bán dẫn Giảm bề rộng vùng cấm của chất bán dẫn cùng sự tăng nhiệt độ có thể được thể hiện như sự tăng năng lượng của điện tử trong vật liệu Do đó mà chỉ cần một lượng năng lượng thấp hơn để phá vỡ liên kết Trong chế độ liên kết của vùng cấm bán dẫn, năng lượng liên kết giảm cũng chính là giảm năng lượng vùng cấm Vì vậy, khi nhiệt độ tăng sẽ làm giảm bề rộng vùng cấm - Bề rộng vùng cấm giảm theo định... tiếp xúc Khi nhiệt độ của pin mặt trời tăng, dòng bão hòa IS cũng tăng theo hàm mũ: ( ) Trong đó: A là diện tích bề mặt tiếp xúc pn gth là mật độ hạt dẫn được tạo thành do kích thích nhiệt trong lớp tiếp xúc go = gth khi T = gọi là hệ số kích thích nhiệt - Đặt biểu thức trên vào VOC ta được: - Sự khác nhau về điện thế khi T=0 và T>0 phụ thuộc hệ số kích thích nhiệt g o và hiệu suất góp K Khi chiếu sáng . n pin mt tri làm vic t ngun dòng Phn I.  PIN MT TRI - PH3370 HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI 5 Hình 2.1 Đặc trưng V-A của pin. của pin mặt trời phụ thuộc điện trở sơn R Sh  Hiu sut pin mt tri ph thuc vào vt liu ch to pin mt tri - Thông s quan trng n hiu sut bin ca pin. sn xut pin mt tri. Các vt lim trong vùng Phn I.  PIN MT TRI - PH3370 HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT