3.2. ВЛИЯНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО И ШУНТИРУЮЩЕГО СОПРОТИВЛЕНИЙ

В любом реальном солнечном элементе существуют потери мощности, поскольку рассмотрим влияние на характеристики элементов и способы его оценки. Во многих приборах достаточно ввести в эквивалентную схему (рис. 3.9) в виде сосредоточенных сопротивлений таким образом, чтобы шунтирующие источник тока диод , а также включенное последовательно с ними сопротивление обеспечивали на выходе напряжение V и ток I. Для получения более точной картины, особенно в случае применения в приборах тонких пленок, оказывающих сопротивление протеканию тока, следует использовать

Рис. 3.9. Упрощенная эквивалентная электрическая схема солнечного элемента с нагрузочным сопротивлением

различные модели распределенного сопротивления, расчет по которым можно осуществлять численными и аналитическими методами. И, наконец, мы кратко остановимся на физических причинах появления и контактного сопротивления.

3.2.1. Оценочный расчет потерь мощности на сопротивлениях

Влияние сосредоточенного последовательного сопротивления иллюстрирует рис. 3.10, где показано суммирование в графической форме напряжений (при одинаковых токах), определяемых вольт-амперной характеристикой элемента, а также приводится построение, позволяющее найти значение с помощью котангенса угла наклона , равного

При учете не меняется, изменяется несущественно при довольно малых значениях при увеличении же характеристика элемента стремится к прямой с к 0,25. Аналогично влияние сосредоточенного сопротивления оценивается посредством суммирования при одинаковых напряжениях токов, определяемых вольт-амперной характеристикой элемента при нулевом шунтирующем сопротивлении и прямой с . В данном случае видно, что сохраняет постоянное значение, тогда как может немного измениться.

Допустимое значение обеспечивающее малые потери мощности, приближенно может быть найдено в предположении, что рабочая точка характеристики элемента отвечает режиму максимальной мощности, когда полные потери можно представить в виде Тогда доля потер, мощности определяется как

Для того чтобы при

0,6 В доля потерь была меньше 3%, последовательное сопротивление квадратного сантиметра площади элемента не должно превышать 0,5 Ом.

Аналогично доля потерь мощности на шунтирующем сопротивлении записывается в виде

Рис. 3.10. Исследование графическим методом влияния последовательного и шунтирующего (б) сопротивлений на темновые (1) и световые (2) волыамперные характеристики идеального солнечного элемента

Рис. 3.11. Зависимости коэффициента заполнения вольт-амперной характеристики от фототока и коэффициента концентрации излучения С при различных значениях Сплошные линии Ом (2); 0,1 Ом (5); 1 Ом (4) и 10 Ом (5); штриховая линия Ом, активная площадь элемента

и для того чтобы потери, обусловленные не превышали 3%, каждого квадратного сантиметра площади солнечного элемента должно быть больше 500 Ом. Этот приближенный анализ обеспечивает достаточно точные результаты при не превышающих 5%. При небольших потерях мощности почти не изменяются, а наиболее существенное следствие этих потерь состоит в относительном уменьшении на .

Вольт-амперная характеристика элемента с учетом имеет вид

При справедливость принципа суперпозиции нарушается и световая вольт-амперная характеристика не может быть получена путем простого смещения темновой кривой.

С использованием параметра введенного в 3.1, можно получить точное выражение для определения модели элемента с сосредоточенными параметрами (рис. 3.9). При учете лишь

записываются в виде

    (3.15)

Величина должна находиться в знаменателе (3.16), поскольку при большом последовательном сопротивлении может отличаться от быстро определяется методом итераций).

Приведенные на рис. 3.11 зависимости от (или, что эквивалентно, от облученности), учитывающие влияние последовательного и шунтирующего сопротивлений, представляют полезную информацию при предварительном исследовании экспериментальных солнечных элементов.