SUPERVISOR
Ahmad Saboonchi,AliAkbar AlemRajabi,Mohammadali Badri
احمد صابونچی (استاد مشاور) علی اکبر عالم رجبی (استاد راهنما) سیدمحمدعلی بدری (استاد راهنما)
STUDENT
Batoul Zamani
بتول زمانی فرادنبه
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Modelling and Experimental investigation of performance of a Low Concentration PV system
Nowadays due to increasing energy consumption in the world the renewable energies especially solar energy and systems are important. Photovoltaics (PV) is a method of generating electrical power by converting sunlight into direct current electricity using semiconducting materials that exhibit the photovoltaic effect . Using concentrator systems to increase the light intensity on solar cells result in, increasing of photovoltaic system power. Concentrated photovoltaic (CPV) technology uses optics such as lenses or curved mirrors to concentrate a large amount of sunlight onto a small area of solar photovoltaic cells to generate electricity. The solar energy systems are characterized by their concentration ratio CR, expressed in X suns and are combined with “linear focus” (2D) or “point focus” (3D) absorbers for low (CR 10X), medium (CR 100X) or high (CR 100X) CR respectively. Concentrating systems with CR 2.5X use a system to track the sun and for systems with CR 2.5X, stationary concentrating devices can be used. Compared to regular, non-concentrated photovoltaic systems , CPV systems can save money on the cost of the solar cells, since a smaller area of photovoltaic material is required. CPV systems operate most efficiently in concentrated sunlight, as long as the solar cell is kept cool through use of heat sinks . Diffuse light, which occurs in cloudy and overcast conditions, cannot be concentrated. To reach their maximum efficiency, CPV systems must be located in areas that receive plentiful direct sunlight. Among concentrating systems, low concentrating systems with concentration ratio of less than 10 are important because of using the current monocrystalline solar cells and needless for complicated cooling systems. Examples of these systems include compound parabolic concentrators, prism-based concentrators and V-troughs. In this research effect of sun light concentration on performance of mono crystal solar cells has been considered experimentally, also the performance of the solar cells present with three ideal models, a single diode and two diodes and compared with experimental results. In these experiments that is done by concentrating the sun light with mirrors, the parameters of light intensity and temperature of cells changed and influenced on its performance. The experimental results obtained are: · Short circuit current increases linearly with light intensity that increasing due to temperature is negligible. · Open circuit voltage of solar cells decreases with increasing temperature. Open circuit voltage of the cells increases by increasing the light intensity and this increase is more pronounced at high light intensity. · Increasing radiation intensity on solar cells results in increasing the power of cells, but the efficiency of these cells reduces due to increasing temperature. Increasing concentration at constant temperature increases the sufficiency of the cells but the importance of concentration is because of the increased power. · Between the provided models, the single diode and two diode models represented better results that the importance of considering the series resistance can be realized. By increasing light intensity difference increases between maximum power in the ideal model and experimental results. For the carried out test results the parameter of uncertainty is also calculated. The average value of this parameter for maximum power and fill factor is 4.195 and 5.07 percent respectively. Key Words : Solar cell, concentration PV, solar cell modeling, low concentration systems
امروزه با توجه به رشد روز افزون مصرف انرژی در جهان، انرژیهای تجدیدپذیر و مخصوصاً انرژی خورشید و سیستمهای خورشیدی مورد توجه ویژهای قرار دارند. فتوولتاییک یک روش تولید توان الکتریکی با تبدیل مستقیم نور خورشید به جریان الکتریکی است که از مواد نیمه رسانا با خاصیت فتوولتاییک استفاده میکند. استفاده از سیستمهای متمرکزکننده برای افزایش شدت تابش روی سلولهای خورشیدی موجب افزایش توان سیستمهای فتوولتاییک میشود. سیستمهای متمرکزکننده فتوولتاییک از لنزها یا آینهها برای متمرکز کردن نور خورشید روی سطح کوچکی از سلولهای فتوولتاییک برای تولید الکتریسیته استفاده میکنند. سیستمهای انرژی خورشیدی با نسبت تمرکزشان مشخص میشوند، سیستم تمرکز پایین با نسبت تمرکز کمتر از 10، متوسط با نسبت تمرکز بین 10 و 100، بالا با نسبت تمرکز بیشتر از 100 که این سیستمها، سیستمهای تمرکز خطی یا نقطهای میباشند. سیستمهای متمرکز کننده با نسبت تمرکز بالاتر از 5 / 2 از یک سیستم ردیاب خورشیدی استفاده میکنند و برای سیستمهایی با نسبت تمرکز کمتر از 5 / 2 میتوان از سیستمهای تمرکز ثابت استفاده نمود. در مقایسه با سیستمهای فتوولتاییک متداول غیرمتمرکز، سیستمهای متمرکزکننده تا زمانی که سلول خورشیدی خنککاری شود، راندمان بالاتری در نور متمرکز ارائه میدهند. نور پراکنده (غیرمستقیم) حاصل از شرایط ابری و سایه را نمیتوان متمرکز نمود. سیستمهای متمرکزکننده برای دستیابی به راندمان ماکزیمم باید در نقاطی که نور مستقیم به وفور دریافت میکنند، نصب شوند. در بین سیستمهای متمرکزکننده، سیستمهای تمرکز پایین، با نسبت تمرکز کمتر از 10، به دلیل استفاده از سلولهای خورشیدی مونوکریستال رایج و عدم نیاز به سیستمهای خنککاری پیچیده اهمیت دارند. سیستمهایی نظیر متمرکزکنندههای سهموی مرکب و سیستم خطی وی شکل مثالهایی از سیستمهای تمرکز پایین میباشند. در این پژوهش، اثر تمرکز نور خورشید بر روی عملکرد سلولهای خورشیدی مونوکریستال به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین عملکرد سلولهای خورشیدی با سه مدل ایدهآل، تک دیود و دو دیود ارائه و با نتایج تجربی مقایسه شده است. در این آزمایشها که با متمرکز کردن نور خورشید به وسیلهآینهها صورت گرفته است، پارامترهای شدت تابش و دمای سلولها تغییر کرده و بر عملکرد آن تأثیر گذاشتند. نتایج آزمایشگاهی به دست آمده عبارتند از: · جریان اتصال کوتاه سلول خورشیدی با افزایش شدت تابش و دمای سلول خورشیدی افزایش مییابد که افزایش به علت دما ناچیز میباشد. · ولتاژمدار باز سلولهای خورشیدی با افزایش دما کاهش مییابد. با افزایش شدت تابش ولتاژ مدار باز سلولها افزایش مییابد که این افزایش در شدت تابشهای بالا آشکارتر است. · افزایش تمرکز تابش بر روی سلولهای خورشیدی موجب افزایش توان سلولها میشود ولی راندمان این سلولها به علت افزایش دما کاهش مییابد. افزایش تمرکز در دمای ثابت موجب افزایش راندمان سلولها می شود. ولی اهمیت تمرکز به دلیل افزایش توان میباشد. · از میان مدلهای ارائه شده مدل تک دیود و دو دیود نتایج بهتری ارائه دادند که میتوان به اهمیت در نظر گرفتن مقاومت سری پی برد. با افزایش شدت تابش اختلاف بین توان ماکزیمم در مدل ایدهآل و نتایج تجربی افزایش مییابد. برای تستهای انجام شده پارامتر عدم قطعیت نیز محاسبه شده است. متوسط مقدار این پارامتر برای توان ماکزیمم و فاکتور ضریب پری به ترتیب برابر 195 / 4 و 07 / 5 درصد میباشد. کلمات کلیدی: 1-سلول خورشیدی 2-سیتسمهای متمرکزکننده فتوولتاییک 3-مدلسازی سلول خورشیدی 4-سیستمهای تمرکز پایین