بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله روش تحلیلی پنج نقطه برای تعیین پارامترهای سلولهای خورشیدی آلی برپایهی مدل تک دیودی با استفاده از مشخصهی تجربی جریان- ولتاژ نمونه بهکار گرفته شدهاست. دراین روش از ولتاژ مدارباز، جریان اتصال کوتاه و شیب منحنی در این دو نقطه و همچنین توان بیشینه استفاده میشود. بدین طریق پارامترهایی نظیر جریان نوری، مقاومتهای سری و موازی، فاکتور ایدهآل و جریان اشباع معکوس محاسبهشدهاند. نمودار برازش شده با استفاده از نتایج محاسبات، با مشخصهی تجربی جریان- ولتاژ نمونهها از تطابق خوبی برخوردار هستند.
-1 مقدمه
برای تعیین رفتار مشخصهی جریان- ولتاژ سلول های خورشیدی مدلهایی تعریف میشود. اولین مدل، مدل تکدیودی است که میتواند برای اکثر سلول های خورشیدی مورد استفاده قرار بگیرد. آگاهی در مورد پارامترهای مدلهای سلول های خورشیدی، اطلاعات مهمی در مورد کنترل کیفیت و تعیین عملکرد آنها به ما میدهد. این پارامترها برای سلولهای خورشیدی که تحت تابش قرار میگیرند معمولاً جریان اشباع معکوس، مقاومت سری، مقاومت موازی، فاکتور ایدهآل و جریان-نوری میباشد. برای تعیین پارامترهای مشخصهی غیر خطی سلول های خورشیدی روشهای متعددی گزارش شده است ازقبیل: روش بهینهسازی عمودی[1]، روش پنج نقطه، روش بهینهسازی رسانایی[2]، روش رسانایی با استفاده از تابع لامبرت [3]، روش حل تحلیلی دقیق [4]، برازش خطی با استفاده از تابع دلخواه [5]، برازش خطی [6]، برازش غیر خطی با استفاده از جریان تصحیح شده [7]، روش کمینهسازی با استفاده از تابع لامبرت [8] و روشهای عددی دیگر.
همه ی این روشها نهایتاً به چندمعادله و چندمجهول غیرخطی ختم میشود که توسط الگوریتم نیوتون قابلحل خواهند بود. روش نیوتون روش مطمئنی برای رسیدن به جواب است، چون سریع همگرا میشود، ولی نسبت به جواب اولیه بسیار حساس است. بنابراین در استفاده از آن بهطور مستقیم امکان دستیافتن به جوابهای نامعقول وجود دارد . در این مقاله از روش پنج نقطه که روش مطمئنی است، برای تعیین پارامترهای مدل تکدیودی استفاده میکنیم.
-2 ارائه مدل
مدل تکدیودی از مدارمعادلی که در شکل 1 نشان داده-شده پیروی میکند. که Iph جریان نوری، Is جریان اشباع معکوس، Rsh مقاومت موازی، Rs مقاومت سری و n فاکتور ایدهآل دیودی است. در این روش ما از پنج نقطهی اساسی مشخصهی جریان -شکل :1 مدار معادل سلول خورشیدی تحت تابش برپایهی مدل یک دیودی. ID و Ip به ترتیب جریان عبوری از دیود و جریان موازی می-باشد.
ولتاژ سلول خورشیدی استفاده میکنیم که عبارتنداز: ولتاژ مدار باز - I=0 - Voc، جریان اتصال کوتاه - V=0 - Isc، شیب منحنی I-V در نقطهی ولتاژ مدار باز Rs0، شیب در نقطهی جریان اتصال کوتاه Rsh0 و نقطهی حداکثر توان خروجی . لذا با داشتن مقادیر تجربی Voc، Isc، Rs0، Rsh0، Vm و Im، میتوانیم دستگاه پنجمعادله و پنجمجهول غیرخطی تشکیل داده و در الگوریتم نیوتون قرار دهیم .[9] اما جوابی که با استفاده از هرکدام از روشهای بالا بدست می-آید به حدس اولیهی ما خیلی حساس است و ممکن است جوابی دور از انتظار داشته باشیم. برای حل این مشکل دستگاه را به دو معادله و دو مجهول کاهش خواهیم داد.
-3 دادههای تجربی
در این مقاله نتایج تجربی دو سلول خورشیدی معدنی[10] و آلی[11] را مورد بررسی قرار دادیم. در شکل 2 و 3 مشخصه جریان - ولتاژ تجربی و برازش شده نمونه معدنی و آلی برپایهی مدل تک دیودی بهترتیب آمدهاست. همچنین در جدول 2 پارامترهای مشخصه سلول نظیر ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، ضریب انباشتگی و بازده محاسبه و آوردهشدهاست. پارامترهای بدستآمده برای نمونههای آلی نسبت به نمونههای معدنی نشان می-دهد که جریان نوری در سلول های آلی حدود 1000 مرتبه کوچکتر از نمونههای معدنی بوده و مقاومت سری در آنها به مراتب بزرگتر از نمونههای معدنی است. مقاومت سری نشانگر مقاومت اهمی دو س ر اتصالات و همچنین مقاومت مواد آلی به کار رفته در نمونه در برابر ترابرد حاملهاست و مقاومت موازی نشانگر نشت جریان به دلیل فرآیند بازترکیب در ناحیهی تشکیل پیوند، به هنگام برهمکنش نور با مواد میباشد .[12]
