DEE Aurinkosähkön perusteet

Samankaltaiset tiedostot
SMG-4450 Aurinkosähkö

SMG-4450 Aurinkosähkö

DEE Aurinkosähkön perusteet

DEE Aurinkosähkön perusteet

SMG-4450 Aurinkosähkö

DEE Aurinkosähkön perusteet

SMG-4300: Yhteenveto toisesta luennosta. Miten puolijohde eroaa johteista ja eristeistä elektronivyörakenteen kannalta?

DEE Aurinkosähkön perusteet

ARTO HILTUNEN AURINKOKENNON MAKSIMITEHOPISTEEN RIIPPUVUUS TOIMINTAOLOSUHTEISTA Kandidaatintyö

DEE Aurinkosähkön perusteet: harjoitustyö

Kuva 6.6 esittää moniliitosaurinkokennojen toimintaperiaatteen. Päällimmäisen

SMG-4300: Yhteenveto ensimmäisestä luennosta

AURINKOPANEELIT. 1. Aurinkopaneelin toimintaperiaate. Kuva 1. Aurinkopaneelin toimintaperiaate.

DEE Aurinkosähkön perusteet

PUOLIJOHTEISTA. Yleistä

SMG-4450 Aurinkosähkö

DEE Aurinkosähkön perusteet

SMG-4300: Yhteenveto viidennestä luennosta

SMG-4450 Aurinkosähkö

SMG-4450 Aurinkosähkö

DEE Sähkötekniikan perusteet

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

SÄHKÖENERGIATEKNIIIKKA. Harjoitus - luento 6. Tehtävä 1.

SMG-4450 Aurinkosähkö

SMG-4500 Tuulivoima. Neljännen luennon aihepiirit. Tuulivoimalan rakenne. Tuuliturbiinin toiminta TUULIVOIMALAN RAKENNE

Jukka Kitunen Aurinkosähkön soveltuvuus hajautettuun energiantuotantoon Suomessa. Diplomityö

ffiffi O, = aoo,'#...

Luento 2. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

AURINKOSÄHKÖ AURINKOPANEELIT MONIKITEINEN - SI-ESF-M-NE-P-20W

AURINKOSÄHKÖ AURINKOPANEELIT MONIKITEINEN - SI-ESF-M-BIPV-SM-P156-48

Kvanttifysiikan perusteet 2017

SPIRIDON VAMPOULAS AURINKOPANEELITEKNIIKAN SOVELTUVUUS- JA TALOUDELLISUUSTARKASTELU TEOLLISESSA SOVELLUKSESSA

Sapa Solar BIPV. Rakennukseen integroitavat aurinkokennot

TESTIRAPORTTI AURINKOPANEELIEN TARKASTUSMITTAUKSET SCANOFFICE OY Soleras Asko Rasinkoski

CIS OHUTKALVO AURINKOPANEELIT YTM-INDUSTRIAL OY

vetyteknologia Polttokennon termodynamiikkaa 1 DEE Risto Mikkonen

AURINKOSÄHKÖ AURINKOPANEELIT YKSIKITEINEN - SI-ESF-M-BIPV-SM-M125-54

FYSA240/4 (FYS242/4) TERMINEN ELEKTRONIEMISSIO

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

SMG-4050 Energian varastointi ja uudet energialähteet

AURINKOSÄHKÖPANEELI YKSIKITEINEN - SI-ESF-M-M156-72

SMG-4300: Yhteenveto kolmannesta luennosta. PN-liitokseen perustuva aurinkokenno on kuin diodi, jossa auringonsäteily synnyttää estosuuntaisen virran.

Aktiiviset piirikomponentit. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Aurinkopaneeliston hyötysuhteen käyttäytymisen määrittäminen havaintojen perusteella

Päällysveden sekoittuminen Jyväsjärvessä

Sähköstatiikka ja magnetismi

SÄHKÖMAGNEETTISTEN KENTTIEN BIOLOGISET VAIKUTUKSET JA TERVEYSRISKIT

SMG-4500 Tuulivoima. Kolmannen luennon aihepiirit TUULEN TEHO

Valosähköisten aurinkopaneeleiden hyötysuhteet

TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET

Maxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi?

Tfy Fysiikka IIB Mallivastaukset

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

Valosähköinen ilmiö. Kirkas valkoinen valo. Himmeä valkoinen valo. Kirkas uv-valo. Himmeä uv-valo

PUOLIJOHTEISTA. Yleistä

Väriaineaurinkokenno (Dye-sensitized solar cell, DSSC) 4. Kennon komponenteista huokoinen puolijohde

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

Z 1 = Np i. 2. Sähkömagneettisen kentän värähdysliikkeen energia on samaa muotoa kuin molekyylin värähdysliikkeen energia, p 2

DEE Sähkötekniikan perusteet

Entrooppiset voimat. Entrooppiset voimat Vapaan energian muunnoksen hyötysuhde Kahden tilan systeemit

JUHO LASONEN Aurinkosähkövoimalan suunnittelu ja toteutus


Erään piirikomponentin napajännite on nolla, eikä sen läpi kulje virtaa ajanhetkellä 0 jännitteen ja virran arvot ovat. 500t.

ja piirrä sitä vastaavat kaksi käyrää ja tarkista ratkaisusi kuvastasi.

AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMÄN KEHITTÄMINEN OPETUSKÄYTTÖÖN

SMG-4500 Tuulivoima. Kuudennen luennon aihepiirit. Tuulivoimalan energiantuotanto-odotukset AIHEESEEN LIITTYVÄ TERMISTÖ (1/2)

vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

TUOMAS LAPP AURINKOVOIMALAN KÄYTTÖ LISÄENERGIAN LÄHTEENÄ KIILTO OY:SSÄ

EERO HYÖTYLÄ KESKITETYN AURINGONVALON MONILIITOSAURINKOKENNO- JEN KYTKENTÖJEN MALLINTAMINEN JA TEHON OPTIMOINTI AURINKOPANEELISSA.

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

Kun järjestelmää kuvataan operaattorilla T, sisäänmenoa muuttujalla u ja ulostuloa muuttujalla y, voidaan kirjoittaa. y T u.

FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

DEE Sähkötekniikan perusteet

Kaksi yleismittaria, tehomittari, mittausalusta 5, muistiinpanot ja oppikirjat. P = U x I

Kuva 1. Ohmin lain kytkentäkaavio. DC; 0 6 V.

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

Probabilistiset mallit (osa 2) Matemaattisen mallinnuksen kurssi Kevät 2002, luento 10, osa 2 Jorma Merikoski Tampereen yliopisto

Luku 23. Esitiedot Työ, konservatiivinen voima ja mekaaninen potentiaalienergia Sähkökenttä

SMG-4500 Tuulivoima. Kolmannen luennon aihepiirit ILMAVIRTAUKSEN ENERGIA JA TEHO. Ilmavirtauksen energia on ilmamolekyylien liike-energiaa.

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

SATE1140 Piirianalyysi, osa 1 kevät /7 Laskuharjoitus 9: Teheveninin ja Nortonin menetelmät

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET. Kirchhoffin lait Aktiiviset piirikomponentit Resistiiviset tasasähköpiirit

Kuva 8.1 Suoran virrallisen johtimen magneettikenttä (A on tarkastelupiste). /1/

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Mustan kappaleen säteily

Radioaktiivisen säteilyn läpitunkevuus. Gammasäteilty.

Suprajohteet. 19. syyskuuta Syventävien opintojen seminaari Suprajohteet. Juho Arjoranta

Muita tyyppejä. Bender Rengas Fokusoitu Pino (Stack) Mittaustekniikka

1 Kohina. 2 Kohinalähteet. 2.1 Raekohina. 2.2 Terminen kohina

Magneettikenttä ja sähkökenttä

7. Resistanssi ja Ohmin laki

kurssi: Mikroelektroniikan ja -mekaniikan perusteet pn-liitoksen valmistusmenetelmä määrää liitoksen epäpuhtausprofiilin.

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

AURINKOSÄHKÖN HYÖDYNTÄMISMAHDOLLISUUDET SUOMESSA

Magneettikentät. Haarto & Karhunen.

Luento Entrooppiset voimat Vapaan energian muunoksen hyötysuhde Kahden tilan systeemit

a) I f I d Eri kohinavirtakomponentit vahvistimen otossa (esim.

Transkriptio:

DEE-53010 Aurinkosähkön perusteet Viidennen luennon aihepiirit Olosuhteiden vaikutus aurinkokennon toimintaan: Mietitään kennon sisäisten tapahtumien avulla, miksi ja miten lämpötilan ja säteilyintensiteetin muutokset vaikuttavat aurinkokennon toimintaan. Aurinkokennojen standardimittausolosuhteet 1 OLOSUHTEIDEN VAIKUTUS AURINKOKENNON TOIMINTAAN Kaksi olosuhdemuuttujaa, jotka vaikuttavat merkittävästi aurinkokennon toimintaan, ovat lämpötila T ja säteilyintensiteetti G. Tarkastellaan kennon sisäisten ilmiöiden avulla, miksi ja miten T:n ja G:n muutokset vaikuttavat aurinkokennon toimintaan. Tehdään yksinkertaisuuden vuoksi se oletus, että täytekerroin f pysyy vakiona olosuhteista riippumatta. Kun nyt selvitetään, miten V oc ja I sc riippuvat T:stä ja G:stä, saadaan selville, miten aurinkokennon I(V)-käyrä ja maksimiteho muuttuvat olosuhteiden muuttuessa. 2 1

OIKOSULKUVIRRAN RIIPPUVUUS KENNON LÄMPÖTILASTA PN-liitoksen lämpötilan nousu kasvattaa (valenssi)elektronien energiaa. Toisin sanoen energia-aukko pienenee lämpötilan kasvaessa. Lämpötilan nousu vaikuttaa pn-liitoksen oikosulkuvirtaan kahdella tavalla: Lisääntynyt lämpöenergia lisää vähemmistövarauksenkuljettajien määrää. Täten p- puolelle syntyy aiempaa enemmän johtavuuselektroneja, jotka tyhjennysalueen sähkökenttä siirtää n-puolelle. Kun energia-aukko pienenee, aiempaa matalaenergiasemmät fotonit pystyvät virittämään valenssielektroneja johtavuusvyölle. Oikosulkuvirta kasvaa lievästi pn-liitoksen lämpötilan kasvaessa. 3 TYHJÄKÄYNTIJÄNNITTEEN RIIPPUVUUS KENNON LÄMPÖTILASTA (1/2) 4 2

TYHJÄKÄYNTIJÄNNITTEEN RIIPPUVUUS KENNON LÄMPÖTILASTA (2/2) Tarkastellaan ensin lämpötilan vaikutusta pimeässä olevaan pn-liitokseen. Kun pn-liitoksen lämpötila kasvaa, samalla kasvaa myös vähemmistövarauksenkuljettajien lukumäärä. Tyhjennysalueeseen syntyy siis entistä enemmän vapaita varauksenkuljettajia, jotka sähkökenttä erottelee. Siksi tyhjennysalueen sähkökenttä heikkenee pn-liitoksen lämpötilan kasvaessa. Vaikka samanaikaisesti lisääntyvä diffuusio pyrkii estämään sähkökentän heikkenemisen, lämpötilan noususta seuraava nettovaikutus on kuitenkin sähkökentän heikkeneminen. Tarkastellaan sitten auringonsäteilylle altistetun pn-liitoksen toimintaa kahdessa eri lämpötilassa. Mitä korkeampi lämpötila on, sitä heikompi on tyhjennysalueen sähkökenttä. Mitä heikompi on tyhjennysalueen sähkökenttä, sitä vähemmän se pystyy erottelemaan fotonien synnyttämiä varauksenkuljettajia pn-liitoksen eri puolille. Tyhjäkäyntijännite pienenee huomattavasti pn-liitoksen lämpötilan kasvaessa. 5 OIKOSULKUVIRRAN RIIPPUVUUS SÄTEILYINTENSITEETISTÄ Auringon säteilyintensiteetin muutos johtuu pääosin pinta-alayksikköä kohti tulevien fotonien määrän muutoksesta. Yleisesti ottaen säteilyintensiteetin muutos voi tarkoittaa joko aallonpituuden tai fotonien lukumäärän muutosta. Pilvisyyden ja ilmamassan muutokset vaikuttavat kuitenkin pääasiassa fotonien lukumäärään pinta-alayksikköä kohti, eivät niinkään aallonpituuteen. Täten säteilyintensiteetin kaksinkertaistaminen likimain kaksinkertaistaa tyhjennysalueeseen tulevien fotonien lukumäärän. Syntyy likimain kaksinkertainen määrä elektroniaukko-pareja, jotka tyhjennysalue erottelee. Ulkoisen piirin virta likimain kaksinkertaistuu. Oikosulkuvirran riippuvuus säteilyintensiteetistä on likimain lineaarinen. 6 3

TYHJÄKÄYNTIJÄNNITTEEN RIIPPUVUUS SÄTEILYINTENSITEETISTÄ Kun pn-liitos altistetaan auringonsäteilylle, tyhjennysalueen sähkökenttä erottelee fotonien virittämät johtavuuselektronit ja aukot eri puolille liitosta. Jännite syntyy pn-liitoksen eri puolille kertyvistä varauksista. Tyhjäkäyntitilanteessa varaukset eivät pääse purkautumaan ulkoisen piirin kautta, joten tyhjäkäyntitilanteessa tyhjennysalueen sähkökenttä on kertyvien varausten vuoksi heikentynyt niin paljon, ettei se pysty enää erottelemaan lisää varauksia. Koska säteilyintensiteetin kasvu tarkoittaa fotonien ja samalla elektroni-aukkoparien lukumäärän kasvua, äkkiä ajatellen voisi luulla, että säteilyintensiteetin kasvu kasvattaa voimakkaasti tyhjäkäyntijännitettä. Oleellista on kuitenkin tiedostaa, että tyhjäkäyntijännite edustaa sitä tilannetta, jossa tyhjennysalueen sähkökentän varaustenerottelukyky on jo miltei kokonaisuudessaan käytetty. Täten liitoksen eri puolille kertyvien varausten määrä ei enää juurikaan lisäänny, vaikka tyhjennysalueeseen tulevien fotonien määrä aikayksikössä kasvaisikin. Tyhjäkäyntijännite kasvaa vain lievästi säteilyintensiteetin kasvaessa. 7 OLOSUHDERIIPPUVUUKSIEN KESKINÄINEN VERTAILU (1/2) Olosuhderiippuvuuksien merkittävyysjärjestys on seuraavanlainen: Säteilyintensiteetin G ja oikosulkuvirran I sc välillä on likimain lineaarinen riippuvuus: I» ag jossa a on vakio. sc, Lämpötilan kasvu pienentää merkittävästi tyhjäkäyntijännitettä V oc : Yksittäiselle piiaurinkokennolle pätee dvoc dt»-2.3 mv K. Lämpötilan kasvu kasvattaa hieman oikosulkuvirtaa. Säteilyintensiteetin kasvu kasvattaa hieman tyhjäkäyntijännitettä. Kumpikaan näistä riippuvuuksista ei ole merkittävä aurinkosähkön energiantuotannon kannalta. Aurinkokennon toiminnan ymmärtämisen kannalta kaikki olosuhderiippuvuudet ovat yhtä tärkeitä, mutta energiantuotannon kannalta oikosulkuvirran riippuvuus säteilyintensiteetistä on hallitseva. 8 4

OLOSUHDERIIPPUVUUKSIEN KESKINÄINEN VERTAILU (2/2) 9 AURINKOKENNOJEN STANDARDIMITTAUSOLOSUHTEET Jotta eri aurinkokennojen suoritusarvojen vertaileminen on mielekästä, mittaustulokset on ilmoitettava aina samoissa olosuhteissa. Nämä standardimittausolosuhteet (STC, Standard Test Conditions) ovat: AM1.5, T cell = 25 o C, G = 1000 W/m 2. Normaalin toiminnan aikana kennolämpötila on yleensä huomattavasti korkeampi kuin 25 o C, jos säteilyintensiteetti on korkeissa lukemissa. NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) tarkoittaa todellista kennolämpötilaa, kun G = 800 W/m 2, ilman lämpötila on 20 o C, ja tuulennopeus 1 m/s. Kiteisillä piiaurinkokennoilla NOCT asettuu yleensä välille 40-50 o C. 10 5