Использование численных методов для расчета показателей солнечных батарей
Характеристика методики расчета, отражающей комплексный анализ производительности солнечных элементов. Исследование и оценка дальнейшего развития численных методов для проектирования и оптимизации любых типов солнечных элементов третьего поколения.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.12.2018 |
| Размер файла | 185,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Использование численных методов для расчета показателей солнечных батарей
В данной работе использована методика расчета для получения вольтамперных характеристик СКСЭ на основе рутениевого красителя. Однако методика может быть применена к СКСЭ на основе любого другого красителя. Коэффициент поглощения рутениевого красителя в диапазоне от до и другие параметры и константы взяты из источников [1,4,8, 9] и представлены в таблице 1.
численный производительность солнечный
Таблица 1. Параметры и константы, использованные в модели
|
5.6 () |
||
|
T |
300 K |
|
|
0.9 эВ |
||
|
0.95 |
||
|
D |
На рисунке 1 представлена вольтамперная характеристика, полученная в зависимости от времени жизни электрона при толщине d=20 нм и = 0.9.
1 - 2 - ; 3 - ; 4 -
Рисунок 1. Вольтамперная характеристика СКСЭ () в зависимости от времени жизни электрона
Таблица 2. Значения и
|
мВ |
, % |
||||
|
0.8 |
11.170 |
819 |
0.828 |
7.572 |
|
|
0.9 |
12.470 |
822 |
0.858 |
8.482 |
|
|
0.95 |
13.120 |
823 |
0.827 |
8.937 |
|
|
1 |
13.770 |
824 |
0.827 |
9.392 |
Из таблицы 2 видно, что при увеличении , растет плотность тока короткого замыкания, а вместе с ним и энергоэффективность СКСЭ, тогда как напряжение холостого хода и фактор заполнения остаются практически неизменными.
На рисунках 2а и 2б изображены зависимости и [2,3]. Видно, что толщина данного слоя является важнейшим технологическим параметром, определяющим плотность тока короткого замыкания и энергоэффективность СКСЭ. Плотность тока короткого замыкания и энергоэффективность СКСЭ достигают максимальных значений в интервале от d=15 нм до d=20 нм [8,11]. Дальнейшее увеличение толщины приводит к уменьшению значений и эффективности СКСЭ. Также следует отметить, что толщина слоя TiO2 практически не влияет на напряжение холостого хода и фактор заполнения.
Рисунок 2а, 2б. График зависимости плотности тока от толщины и коэффициента энергоэффективности от толщины
Кривые, изображенные на рисунках 3 (а) и 3 (б), отвечают значениям плотности тока короткого замыкания и энергоэффективности СКСЭ соответственно в зависимости от времени жизни электрона.
Рисунок 3а, 3б. График зависимости плотности тока от толщины и коэффициента энергоэффективности от
численный производительность солнечный
Полученные величины и согласуются с уже описанными ранее в литературе значениями для данного типа СКСЭ [5, 6, 7, 10, 12]. Следовательно, предложенная методика расчета является рабочей и гибкой, поэтому она может быть использована для проектирования и оптимизации СКСЭ.
Предложенная в данной статье методика расчета, позволяющая оптимизировать параметры любого типа СКСЭ, состоит из упрощенной физической модели и численного метода, допускающего решение системы дифференциальных уравнений, полученных из этой модели.
Применение данной методики позволило определить вольтамперные характеристики СКСЭ на основе рутения и рассчитать и . Полученные результаты согласуются с описанными в литературе значениями. Также проанализировано влияние материала полупроводника и красителя и различных технологических параметров на производительность СКСЭ. Продемонстрировано, что оптимальная толщина слоя диоксида титана d = 15 нм, при этом дальнейшее увеличение приводит к незначительному уменьшению производительности СКСЭ. Показано также влияние времени жизни электрона. Значения свыше 40-50 мс не приводят к увеличению производительности СКСЭ.
Таким образом, предложенная в данной статье методика расчета позволяет проводить комплексный анализ производительности СКСЭ и допускает дальнейшее развитие численных методов для проектирования и оптимизации любых типов СКСЭ.
Библиографический список
1. H.S. Jung and J.K. Lee, «Dye sensitized solar cells for economically viable photovoltaic systems,» The Journal of Physical Chemistry Letters, vol. 4, no. 10, pp. 1682-1693, 2013.
2. A. Yella, H.-W. Lee, H.N. Tsao et al., «Porphyrin-sensitized solar cells with cobalt (II/III) - based redox electrolyte exceed 12 percent efficiency,» Science, vol. 334, no. 6056, pp. 629-634, 2011.
3. M. Grдtzel, «Dye-sensitized solar cells,» Journal of Photochemistry and Photobiology C, vol. 4, no. 2, pp. 145-153, 2003.
4. J. Ferber, R. Stangl, and J. Luther, «Electrical model of the dye-sensitized solar cell,» Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 53, no. 1-2, pp. 29-54, 1998.
5. J. Bisquert and I. Mora-Serу, «Simulation of steady-state characteristics of dye-sensitized solar cells and the interpretation of the diffusion length,» Journal of Physical Chemistry Letters, vol. 1, no. 1, pp. 450-456, 2010.
6. S. Wenger, M. Schmid, G. Rothenberger, A. Gentsch, M. Grдtzel, and J.O. Schumacher, «Coupled optical and electronic modeling of dye-sensitized solar cells for steady-state parameter extraction,» Journal of Physical Chemistry C, vol. 115, no. 20, pp. 10218-10229, 2011.
7. S. Wenger, M. Schmid, G. Rothenberger, A. Gentsch, M. Grдtzel, and J.O. Schumacher, «Coupled optical and electronic modeling of dye-sensitized solar cells for steady-state parameter extraction,» Journal of Physical Chemistry C, vol. 115, no. 20, pp. 10218-10229, 2011.
8. J. Ferber, R. Stangl, and J. Luther, «Electrical model of the dye-sensitized solar cell,» Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 53, no. 1-2, pp. 29-54, 1998.
9. P.H. Joshi, D.P. Korfiatis, S.F. Potamianou, and K.A. Th. Thoma, «Optimum oxide thickness for dye-sensitized solar cells-effect of porosity and porous size: a numerical approach,» Ionics, vol. 19, no. 3, pp. 571-576, 2013.
10. D. Gentilini, A. Gagliardi, and A.D. Carlo, «Dye solar cells efficiency maps: a parametric study,» Optical and Quantum Electronics, vol. 44, no. 3-5, pp. 155-160, 2012.
11. Liling G., Zhang S., Guanghui Z., Xing Li, Hanxing L. Synthesis and Characterization of Layered Perovskite-type organic-inorganic hybrids ((R-NH3) 2 (CH3NH3) Pb2I7), Journal of Wuhan university of technology-mater. Sci. Ed. - 2012
12. Silvia C., Edoardo M., Paolo F., Andrea L., Francesco G., MAPbI3.xClx mixed halide perovskite for hybrid solar cells: the role of chloride as dopant on the transport and structural properties, Chem. Mater. - 2013 - P.4613-4618.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Изучение принципа работы солнечных элементов и их характеристик. Рассмотрение принципиальных схем соединения СЭ в батареи. Исследование проблем возникающих при использовании соединений и их решение. Технология изготовления кремниевого фотоэлемента.
реферат [282,1 K], добавлен 03.11.2014История открытия солнечной энергии. Принцип действия и свойства солнечных панелей. Типы батарей: маломощные, универсальные и панели солнечных элементов. Меры безопасности при эксплуатации и экономическая выгода применения солнечной системы отопления.
презентация [3,1 M], добавлен 13.05.2014Разработка гибридной системы электроснабжения и комплектов, обеспечивающих резервное электроснабжение в доме при пропадании энергии в сети. Преимущества ветрогенераторов и солнечных батарей. Определение необходимого количества аккумуляторных батарей.
презентация [1,4 M], добавлен 01.04.2015Область применения солнечных коллекторов. Преимущества солнечных установок. Оптимизация и уменьшение эксплуатационных затрат при отоплении зданий. Преимущества использования вакуумного солнечного коллектора. Конструкция солнечной сплит-системы.
презентация [770,2 K], добавлен 23.01.2015Исследование особенностей технологических путей создания микрорельефа на фронтальной поверхности солнечных элементов на основе монокристаллического кремния. Основные фотоэлектрические параметры полученных структур, их анализ и направления изучения.
статья [114,6 K], добавлен 22.06.2015Обзор технологий и развитие электроустановок солнечных электростанций. Машина Стирлинга и принцип ее действия. Производство электроэнергии с помощью солнечных батарей. Использования солнечной энергии в различных отраслях производства промышленности.
реферат [62,3 K], добавлен 10.02.2012Применение солнечных батарей: микроэлектроника, электромобили, энергообеспечение зданий и городов, использование в космосе. Эффективность фотоэлементов и модулей при правильном подборе сопротивления нагрузки. Производители фотоэлектрических элементов.
практическая работа [260,9 K], добавлен 15.03.2015Принцип действия, достоинства, недостатки солнечных батарей. Погодные условия и количество солнечного излучения г. Владивостока. Сравнение ламповых, светодиодных и аккумуляторных светильников. Рабочие схемы проекта с описанием используемого оборудования.
дипломная работа [526,1 K], добавлен 20.05.2011Обоснование экодома как жилища. Низкопотенциальная тепловая энергия. Первая солнечная батарея. Эффективность солнечных коллекторов. Климатическая характеристика Оренбургской области. Характеристика и расчёты солнечных батарей, ветряных генераторов.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 02.12.2014Исследование электроснабжения объектов альтернативными источниками энергии. Расчёт количества солнечных модулей, среднесуточного потребления энергии. Анализ особенностей эксплуатации солнечных и ветровых установок, оценка ветрового потенциала в регионе.
курсовая работа [258,8 K], добавлен 15.07.2012Природные ресурсы, используемые в энергетике. Выбор типа и расчет количества аккумуляторных батарей для системы автономного электроснабжения. Расчет фотоэлектрических модулей нагрузок. Электроснабжение автономного объекта с помощью солнечных панелей.
дипломная работа [6,9 M], добавлен 27.10.2011Значение и использование монокристаллического кремния при производстве солнечных элементов повышенной эффективности. Природа и механизм возникновения дефектов для пар железо-бор в составе элементов при различных условиях эксплуатации и освещения.
реферат [104,0 K], добавлен 23.10.2012Определение основных достоинств и недостатков солнечной энергетики при исследовании перспектив её развития. Изучение устройства и действия наземных солнечных установок и космических солнечных станций. Методические разработки темы "Солнечная энергетика".
курсовая работа [88,1 K], добавлен 27.01.2011Теоретические сведения о физической сущности аксионов. Поток и энергетический спектр аксионов, возникающих при конверсии фотонов в поле плазмы Солнца. Описание установки для регистрации солнечных аксионов, результаты обработки результатов эксперимента.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 17.05.2011Взаимодействие лазерного излучения с разными веществами. Появление в спектре вещества новых линий. Использование методов голографии для хранения гигантских объемов информации на небольших носителях. Исследование солнечных орбитальных электростанций.
реферат [23,1 K], добавлен 19.04.2014Использование ветрогенераторов, солнечных батарей и коллекторов, биогазовых реакторов для получения альтернативной энергии. Классификация видов нетрадиционных источников энергии: ветряные, геотермальные, солнечные, гидроэнергетические и биотопливные.
реферат [33,0 K], добавлен 31.07.2012Анализ действия и оценка перспектив использования альтернативных методов получения электрической энергии в России. Вклад в обеспечение государства электроэнергией гидроэлектростанций, ветроэнергетических установок, солнечных и приливных электростанций.
контрольная работа [55,9 K], добавлен 11.04.2010Использование возобновляемых источников энергии, их потенциал, виды. Применение геотермальных ресурсов; создание солнечных батарей; биотопливо. Энергия Мирового океана: волны, приливы и отливы. Экономическая эффективность использования энергии ветра.
реферат [3,0 M], добавлен 18.10.2013Солнечно-водородная энергетика. Фотокатализ и фотосенсибилизация. Биофотолиз воды. Основные принципы работы солнечных батарей. Фотокаталитические системы разложения воды. Солнечное теплоснабжение. Перспективы развития фотоэлектрических технологий.
реферат [66,3 K], добавлен 10.07.2008Общие сведения о солнце как источнике энергии. История открытия и использование энергии солнца. Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения. Сущность и виды солнечных батарей. "За" и "против" использования солнечной энергии.
реферат [999,0 K], добавлен 22.12.2010
