مدل‌سازي عددي و ارزيابي تجربي عملكرد سلول‌هاي خورشيدي تحت تمركز نور خورشيد

Numerical Modeling and Experimental Performance Evaluation of Solar cells under Concentration of Sun-light

امروزه با توجه به رشد روز افزون مصرف انرژي در جهان، انرژي‌هاي تجديدپذير و مخصوصاً انرژي خورشيد مورد توجه ويژه‌اي قرار دارند. از ميان سيستم‌هاي خورشيدي رايج مي‌توان به سيستم‌هاي فتوولتاييك اشاره كرد. استفاده از سيستم‌هاي متمركزكننده براي افزايش شدت تابش روي سلول‌هاي خورشيدي موجب افزايش توان سيستم‌هاي فتوولتاييك و در نتيجه كاهش قيمت برق توليد شده توسط سيستم مي‌شود. در بين سيستم‌هاي متمركزكننده، سيستم‌هاي تمركز پايين، با نسبت تمركز كمتر از 10، به دليل استفاده از سلول‌هاي خورشيدي مونوكريستال و عدم نياز به سيستم‌هاي خنك‌كاري پيچيده اهميت دارند. در مقاله حاضر، عملكرد سلول‌هاي خورشيدي با سه مدل ايده‌آل، تك ديود و دو ديود بررسي شده و اعتبار و دقت اين مدل‌ها با نتايج تجربي مقايسه شده است. در ميان سه مدل ارائه شده، مدل دو ديود دقت بيشتري نشان داده است. سپس اثر تمركز نور خورشيد بر روي عملكرد سلول‌هاي خورشيدي مونوكريستال به صورت تجربي مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين عملكرد پنل خورشيدي مونوكريستال مدل شده و شبيه سازي به منظور بررسي تغييرات ولتاژ مدار باز، جريان اتصال كوتاه و توان خروجي با تغيير شدت تابش روي پنل خورشيدي و دماي پنل انجام شده و با نتايج تجربي حاصل از سيستم متمركزكننده مقايسه شده است. در اين آزمايش‌ها كه با متمركز كردن نور خورشيد به وسيله‌ آينه‌ها صورت گرفته است، پارامترهاي شدت تابش و دماي سلول‌ها تغيير كرده و بر عملكرد آن تأثير گذاشته‌اند. با استفاده از سيستم متمركزكننده، توان خروجي پنل خورشيدي تقريباً تا 1/9 برابر توان خروجي پنل در شرايط استاندارد افزايش يافته است.

Increasing energy consumption nowadays has caused consideration of renewable energies, in particular solar energy, using photovoltaic systems to be brought into attention. Using concentrating systems in order to increase radiation intensity on solar cells would cause increasing the power and hence decreasing the cost. Of these, systems with concentrating ratio of less than 10 are of great importance due to the usage of normal mono crystal solar cells with no complicated cooling systems. In this paper, the performance of a solar cell was stated by three models; ideal, mono diode and two diodes versions and the validity and the accuracy of models were evaluated by experimental results. Among three alternatives, the two-diode version showed more accurate results. Then, effect of concentrating sunlight on mono crystal solar cells were investigated experimentally. A mono crystal solar panel was modeled and variations in open circuit voltage, short circuit current and output power with changes in radiation intensity and panel temperature were simulated. The experimental results by a concentrating system were then compared with those of simulations. In these experiments, where concentrating of sun lights was achieved by using mirrors, radiation intensity and cell’s temperature, changed. By using a concentrator system, output power of solar panel has increased up to 1.9 times in comparison with standard conditions.