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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 태양 전지 테스터. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
다른 전원과 마찬가지로 태양 전지를 사용할 수 있습니다. 그들 각각은 주어진 전압에서 특정 전류 강도를 유지하도록 설계되었습니다. 그러나 기존 전원장치와 달리 태양전지의 출력 특성은 입사광량에 따라 달라진다. 예를 들어 들어오는 클라우드는 출력 전력을 50% 이상 줄일 수 있습니다.
또한 셀의 크기와 디자인이 동일하더라도 모든 셀이 동일한 조명 조건에서 동일한 전력을 제공하는 것은 아닙니다. 기술 체제의 편차로 인해 한 배치 요소의 출력 전류가 눈에 띄게 퍼질 수 있습니다. 태양 전지로 구조물을 설계하고 제조할 때 이러한 요소를 고려해야 합니다. 따라서 태양광 변환기를 최대한 활용하려면 모든 요소를 확인해야 합니다. 어떤 파라미터가 검증 대상인지 더 잘 이해하기 위해 먼저 실리콘 태양 전지의 특성을 고려합니다. 광전변환기의 특성 전원으로 작업할 때마다 전압과 전류 사이의 관계와 부하에 대한 의존성을 상상할 필요가 있습니다. 대부분의 경우 관계는 옴의 법칙에 의해 결정됩니다. 불행하게도, 실리콘 태양 전지는 비선형 장치이며 그 동작을 간단한 공식으로 설명할 수 없습니다. 대신 이해하기 쉬운 곡선 계열(그림 1)을 사용하여 요소의 특성을 설명할 수 있습니다.
100mW / cm2는 맑은 하늘의 정오에 지구 표면과 해수면에서 태양 복사의 직접 플럭스에 의해 생성되는 에너지 조명에 해당합니다. 75mW/cm2는 3/4에 해당합니다. 50mW/cm2 - 1/2; 25mW/cm2는 이 조명의 1/4입니다. 그림 1에 표시된 회로를 사용하여 전류-전압 특성(그림 2)을 더 자세히 연구할 수 있습니다. XNUMX. 회로는 가변 저항 부하를 통해 흐르는 출력 전압과 전류를 측정합니다. 측정하는 동안 광도가 일정하게 유지된다고 가정합니다. 먼저 전위차계를 사용하여 최대 저항 값을 설정합니다. 이 경우 실제로 회로에는 전류가 없으며 결과 출력 전압은 부하가 연결되지 않았을 때 요소가 생성하는 전압인 무부하 전압과 동일한 것으로 간주될 수 있습니다. 약 600mV(0,6V)입니다. 이 전압의 크기는 한 배치에서 한 요소에서 다른 요소로 이동할 때 그리고 한 제조업체에서 다른 제조업체로 이동할 때 약간 다를 수 있습니다. 저항의 저항이 감소함에 따라 요소에 점점 더 많은 부하가 걸립니다. 기존 배터리와 마찬가지로 이로 인해 전류 소비가 증가합니다. 동시에 조정되지 않은 전원 공급 장치와 마찬가지로 출력 전압이 약간 떨어집니다. 지금까지 이것은 놀라운 일이 아닙니다. 그런 다음 이상한 일이 발생합니다. 부하 저항이 감소함에 따라 출력 전류가 더 이상 증가하지 않는 상황에 도달합니다. 어떤 것도 전류를 증가시킬 수 없으며 단락도 마찬가지입니다. 실제로 이 전류를 단락 전류라고 합니다. 본질적으로 태양광 발전기는 직류의 원천이 되었습니다. 질문이 생깁니다. 전압은 어떻습니까? 전압은 부하 증가에 비례하여 지속적으로 감소합니다.
부하 저항이 XNUMX이 되자마자 전압은 XNUMX으로 떨어집니다. 그건 그렇고, 광전 변환기의 단락은 고장으로 이어지지 않습니다. 소자가 발생시킬 수 있는 전류의 양은 빛의 강도에 따라 다릅니다. 첫 번째 측정을 위해 위쪽 곡선에 해당하는 최고 수준의 조도를 임의로 선택했습니다(그림 1). 광도가 점진적으로 감소하면서 동일한 요소에서 각각의 후속 곡선이 얻어졌습니다. 전력 곡선 출력 전력 대 전압을 플로팅해야 하는 경우 결과는 그림 3과 유사할 수 있습니다. XNUMX. 그래프의 한쪽 끝에는 제로 전압에서 최대 전류가 있습니다. 물론 전압 부족으로 이 시점에서 전력이 방출되지 않습니다. 그래프의 다른 쪽 끝에는 전류가 XNUMX일 때 최대 전압이 있어 전력이 방출되지 않습니다. 이 두 한계 사이에서 태양광 변환기가 부하에서 작동할 때 전력이 방출되고 피크 전력은 한 지점에서만 방출됩니다. 모든 요소의 조합으로 태양 전지에서 가장 큰 에너지를 선택할 수 있습니다. 피크 전력은 약 450mV(0,45V)의 전압에 해당하며, 이는 그림 1에 표시된 전류 곡선의 변곡점과 일치합니다. XNUMX. 전류 곡선군이 동일한 모양을 갖는다는 사실은 태양의 밝기에 관계없이 항상 동일한 전압에서 최대 전력을 얻을 수 있음을 의미합니다. 물론 실제 전력은 주어진 시간에 일사량에 따라 다르지만 피크 전력은 동일한 전압에서 관찰됩니다. 따라서 실리콘 태양전지의 품질을 정확하게 평가하기 위해서는 출력전압이 0,45V가 되도록 부하를 가한 후 출력전력을 측정해야 한다. 이 방법은 동일한 조건에서 요소를 서로 비교하는 것뿐만 아니라 개별 요소의 품질을 평가하는 데에도 효과적입니다.
테스터 체계의 개발 이미 언급했듯이 태양 전지를 테스트하기 위해 그림에 표시된 회로를 사용할 수 있습니다. 2. 그건 그렇고, 이것은 요소를 지정된 회로에 연결 한 후 전위차계를 사용하여 적절한 전압을 설정하고 전압 및 전류를 측정하는 장치에서 판독 값을 가져 오기 만하면되는 빠르고 쉬운 방법입니다. 전압과 전류를 곱하면 전력량을 얻을 수 있습니다. 그러나 모든 요소가 조금씩 다르므로 개별 요소의 최대 전력에 해당하는 저항도 다릅니다. 그리고 이에 따라 필요한 작동 전압을 복원하기 위해 매번 부하 저항을 변경할 필요가 있습니다. 또한 태양 전지에서 생성된 에너지는 전위차계에서 완전히 소산되어 가열되어 불안정해집니다. 이 문제에 대한 근본 해결책은 회로의 부하 저항을 교체하는 것입니다. 트랜지스터보다 나은 것은 무엇일까요? 이것은 훌륭한 교체입니다. 이 특정 애플리케이션에서 트랜지스터는 동적 저항으로 생각할 수 있습니다. 그림과 같이 설정된 작은 트랜지스터 기본 전류. 4는 컬렉터 전류에 상당한 변화를 일으킵니다. 베이스 전류는 실제로 트랜지스터의 저항을 변경하며, 트랜지스터는 태양 전지의 부하로 사용됩니다.
불행하게도 트랜지스터는 전위차계와 동일한 단점, 즉 테스트 대상 요소를 변경할 때 기본 전류를 조정해야 한다는 단점이 있습니다. 이 작업은 요소 수가 적으면 어렵지 않지만 30, 40개 이상의 요소를 확인해야 한다고 가정합니다. 시간이 너무 오래 걸립니다. 매번 수동으로 설정할 필요 없이 기본 전류를 자동으로 조정하는 방법을 찾는 것이 좋을 것입니다. 병렬 전압 조정기를 갖는 것이 매우 바람직합니다. 병렬 전압 조정기는 기본 전류를 제어하기 위해 입력 전압을 사용하는 피드백 루프로 둘러싸인 조정기입니다. 션트 조정기는 초기 입력 전압에 관계없이 션트 저항을 변경하여 출력 전압이 원하는 수준으로 유지되도록 합니다. 회로의 작동 원리 결과적으로 우리는 그림과 같은 계획에 도달했습니다. 트랜지스터의 기본 전류를 제어하기 위해 연산 증폭기를 사용하는 5. 220옴 저항은 기본 전류를 제한하는 역할을 합니다. 조정기는 태양광 변환기의 입력 전압을 기준 전압과 비교합니다. 일반적으로 제너 다이오드 회로는 기준 전압 소스로 사용됩니다. 그러나 우리의 경우 안정화 전압이 1V 미만인 매우 낮은 제너 다이오드가 필요합니다.불행히도 이러한 전압용 제너 다이오드는 온도 변화에 매우 민감하거나 비용이 많이 듭니다(보통 둘 다). 반면에 순방향 바이어스 실리콘 다이오드는 우수한 저전압 레퍼런스 역할을 할 수 있습니다.
저항 R1에 의해 설정되는 순방향 바이어스인 다이오드 D1은 조정기의 전압 범위를 결정하여 "교정" 조정 저항의 전압을 제한합니다. 이 전위차계 슬라이더의 기준 전압은 증폭기의 비반전 입력에 공급됩니다. 광전 변환기의 전압은 저항 R3을 통해 증폭기의 반전 입력에 적용됩니다. 저항 R4는 연산 증폭기의 이득을 설정합니다(이 경우 100). 특이성으로 인해 연산 증폭기는 션트 레귤레이터 트랜지스터 Q1을 통해 흐르는 전류를 제어하여 반전 입력과 비반전 입력의 전압을 균등화하려고 합니다. 트랜지스터는 저항 VR1의 탭 전압과 같아지는 값으로 입력 전압을 감소시킵니다. 이 전압은 0-0,7V 사이에서 조정할 수 있습니다. 그러나 트랜지스터는 실제로 전압을 150으로 낮추는 데 필요한 제로 저항을 가질 수 없습니다. 아무리 노력해도 트랜지스터에는 여전히 약 0,15mV의 작은 잔류 전압이 있습니다. 이것은 0,7-XNUMXV 내에서 조절 범위를 제한합니다. 제어 장치 태양 전지의 전압은 전압계 M1로 측정하고 션트 트랜지스터를 통해 흐르는 전류는 전류계 M2로 측정합니다. 전력(와트 단위)은 두 장치의 판독값을 곱하여 결정됩니다. 전압계는 요소에 직접 연결됩니다. 풀 스케일에서 1V를 표시할 수 있는 직렬 제한 저항기가 있는 1mA 패널 미터입니다. 한편, 연산 증폭기는 전류 측정을 위해 전류계 M2와 함께 사용된다. 이 회로는 트랜지스터 Q1의 에미터 전류가 저항 R13을 통해 흐르도록 설계되었습니다. 이 전류는 태양 전지에서 생성된 전류에 해당합니다. 전류가 저항 R13을 통해 흐르면 작은 전압 강하가 생성됩니다. 반전 및 비반전 입력이 각각 저항 R6 및 R7을 통해 활성화되는 차동 증폭기에 의해 증폭됩니다. 게인 값은 저항 R8-R10에 의해 제어됩니다. 저항 R8은 출력과 반전 입력 사이에 영구적으로 연결됩니다. 저항은 3MΩ이고 해당 이득은 300입니다. 저항 R13을 통해 100mA의 전류가 흐를 때 증폭기의 출력 전압은 1V입니다. 차동 증폭기의 출력 전압은 M1과 동일한 전압계로 측정됩니다. 이 기기는 전류 단위로 교정됩니다. 우리의 경우 1V의 전압은 100mA의 전류에 해당합니다. 저항 R8이 저항 R10과 병렬로 연결되면 이득은 60으로 감소합니다. 이 경우 증폭기 출력에서 1V의 전압은 R500을 통해 흐르는 13mA의 전류에 해당합니다. 따라서 우리는 100-500 mA의 값을 포괄하는 측정된 전류의 범위를 확장했습니다. 마찬가지로 저항 R9를 저항 R8에 병렬로 연결하면 0~3A 범위의 전류를 측정할 수 있습니다. 테스터 설계 태양 전지 테스터는 어떤 방법으로든 만들 수 있지만 인쇄 배선을 적극 권장합니다. 인쇄 회로 기판은 그림에 나와 있습니다. 6. 그림에 따라 회로의 세부 사항을 배치하십시오. 7 반도체의 극성을 관찰하면서 납땜한다. 션트 트랜지스터 Q1은 보드의 호일 쪽에 위치합니다. 트랜지스터는 방열판 역할을 하는 큰 구리 패드에 조심스럽게 나사로 고정해야 합니다. 이 경우 트랜지스터 케이스를 분리할 필요가 없습니다.
이상적으로 저항 R6 및 R7은 일치하는 선물을 형성해야 합니다. 그러나 정밀 저항기는 비싸고 구하기 어렵습니다. 따라서 작은 그룹의 10kΩ 저항기를 가져와 디지털 멀티미터로 측정하는 것이 좋습니다. 두 개의 일치하는 저항을 찾는 데 오래 걸리지 않습니다. 나머지 부품은 저항 R2 및 R3으로 사용할 수 있습니다. 반면 저항 R13은 일반 저항이 아닙니다. 일반 상점에서 이러한 저항을 찾을 수 있을지 의심스럽습니다. 그러나 일반적으로 권선에 사용되는 길이 10cm, 직경 0,26mm의 와이어 조각으로 만들 수 있습니다. 결과 코일이 보드에 정확히 맞도록 프레임 (연필) 주위에 와이어를 감습니다. 전류 측정의 정확도는 저항 R13의 값을 선택하는 정확도에 따라 달라집니다. 정확도를 높이려면 10cm보다 조금 더 긴 와이어로 시작하여 M2 전류계를 사용하여 전류량을 제어하여 짧게 할 수 있습니다. XNUMX개의 게이지, "교정" 컨트롤 및 범위 선택기는 적절한 하우징에 인쇄 회로 기판과 함께 들어 있습니다. 이러한 구성 요소를 연결할 때 극성을 준수해야 합니다. 기기에 전원을 공급하려면 양극 및 음극 리드와 공통 접지선이 있는 두 개의 12볼트 공급 장치가 필요합니다. 전원 유형과 전압의 크기는 중요하지 않습니다. 원하는 경우 트랜지스터 수신기용 9볼트 배터리 8개를 사용하여 테스터에 전원을 공급할 수 있습니다. 가능한 전원 중 하나의 다이어그램이 그림에 나와 있습니다. XNUMX.
아마도 찾기나 만들기가 가장 어려운 것은 태양 전지용 접촉 장치가 있는 홀더일 것입니다. 여기서 당신은 약간의 상상력을 보여줄 필요가 있습니다. 전지 자체보다 약간 큰 편평한 알루미늄 판은 전지의 후면 접점에 연결하기 위한 좋은 전극 역할을 할 수 있으며, 전압 저항계 프로브는 전지 전면에 우수한 접점을 만듭니다. 테스트를 자동화하려면 특수 클램프를 구입하거나 만들어야 할 수 있습니다. 내가 말했듯이 정확히 무엇이 필요한지 약간의 상상력과 이해가 필요할 것입니다.
테스터 작업 테스터는 사용하기 매우 쉽습니다. 요소를 회로에 연결하고 조명을 켜고 판독해야 합니다. 요소의 후면 접점은 양극이며 테스터의 양극 입력에 연결됩니다. 소자 전면의 전류 수집 그리드는 음극이며 테스터의 접지된 출력에 연결됩니다. 요소의 전극과 안정적인 접촉을 보장하는 것이 필요합니다. 상당히 작은 전압을 다루고 있기 때문에 접촉 저항이 작더라도 판독값에 상당한 차이가 발생할 수 있습니다. 안정적인 연결을 보장하려면 접점이 요소에 대해 충분히 눌러져야 합니다. 그러나 요소가 매우 얇고 부서지기 쉽고 쉽게 부서지기 때문에 과도한 압력은 피해야 합니다! 이것은 잘 설계된 요소 접촉 장치가 유용한 곳입니다. "교정" 조정기는 전력이 측정되는 작동 전압을 설정합니다. 일반적으로 450mV에서 한 번 설정됩니다. 다만, 필요한 경우 동작전압을 변경할 수 있다. 요컨대 테스터가 있으면 요소의 매개 변수를 추측할 수 없지만 측정할 수 있습니다. 저자: 바이어스 T.
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