measurement of photovoltaic cell parameters - imiue.polsl.pl · 1.1.solar radiation //...

Measurement of photovoltaic cell parameters // Badanie ogniw fotowoltaicznych

1

Division of Metrology and Power Processes Automation

Faculty of Energy and Environmental Engineering

Institute of Power Engineering and Turbomachinery

Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki

Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych

Measurement of photovoltaic cell parameters

Badanie ogniw fotowoltaicznych

Laboratory of Distributed Energy and Renewable Energy Sources

Laboratorium Energetyki Rozproszonej i Odnawialnych Źródeł Energii

(R-1)

Developed by PhD Daniel Węcel

Opracował: dr inż. Daniel Węcel

www.imiue.polsl.pl/~wwwzmiape

http://www.imiue.polsl.pl/~wwwzmiape


2

AIM OF THE EXERCISE // CEL ĆWICZENIA

The aim of the exercise is to determine the basic operating characteristics of photovoltaic cell

(module), its parameters and to examine the dependence of the module’s power on the

inclination angle relative to the light source.

// Celem ćwiczenia jest wyznaczenie podstawowych charakterystyk pracy, parametrów ogniwa

(modułu) fotowoltaicznego oraz zbadanie zależności mocy modułu od kąta nachylenia

względem źródła światła.

Table of symbols and abbreviations // Spis oznaczeń i skrótów

Ev Illuminance // natężenie oświetlenia lux

G Solar irradiance // natężenie promieniowania słonecznego W/m2

Gsc Solar constant // stała słoneczna W/m2

Gd Diffuse irradiance on a fixed plane // promieniowanie rozporoszone

padające na powierzchnię W/m2

G0 Solar irradiance on a photovoltaic cell array // natężenie

promieniowania słonecznego na powierzchni ogniwa

fotowoltaicznego

W/m2

H Solar irradiation, insolation // nasłonecznienie (napromieniowanie)

słoneczne

kWh/m2 (per day,

month, year)

h Planck's constant // stała Plancka (4.135667662·10-15 eV·s) eV·s

IMPP Current at the maximum power point // natężenie prądu w punkcie

mocy maksymalnej A

ISC Short circuit current // natężenie prądu zwarcia A

Pmax Maximum power // moc maksymalna Wp (Wpeak)

tPV Temperature of photovoltaic cell // temperatura ogniwa

fotowoltaicznego °C

tamb Ambient temperature // temperatura otoczenia °C

UMPP Voltage at the maximum power point // napięcie w punkcie mocy

maksymalnej V

UOC Open-circuit voltage // napięcie obwodu otwartego V

α temperature coefficient of the short-circuit current //

współczynnik temperaturowy natężenia prądu %ISC/°C

β temperature coefficient of the open-circuit voltage //

współczynnik temperaturowy napięcia %UOC/°C

γ temperature coefficient of the power // współczynnik

temperaturowy mocy %Pmax/°C

λ wavelength // długość fali nm

AM Air Mass // współczynnik optycznej masy powietrza -

DNI Direct normal irradiance // natężenie promieniowania bezpośredniego W/m2

FF Fill Factor // współczynnik wypełnienia -

MPP Maximum power point // punkt mocy maksymalnej

STC Standard Test Condition // warunki standardowe badania


3

1. INTRODUCTION// WSTĘP

1.1. Solar radiation // Promieniowanie słoneczne

Solar radiation - the electromagnetic radiation and elementary particles (photons) given off by

the Sun. The energy of photons E is related to the wavelength of the Planck-Einstein relation:

// Promieniowanie słoneczne – strumień fal elektromagnetycznych i cząstek elementarnych

(fotonów) wydzielanych przez Słońce. Energia fotonów E jest powiązana z długością fali

zależnością Plancka-Einsteina:

𝐸 =ℎ ∙ 𝑐

𝜆= ℎ ∙ 𝑓

h = 4.135667662·10-15 eV·s – Planck's constant, c – speed of light, λ – wavelenght, f –

frequency // h – stała Plancka , c – prędkość światła, λ – długość fali, f - częstotliwość

The solar irradiance reaching the upper limits of the atmosphere is determined by the solar

constant GSC. This value is defined for the mean Earth-Sun distance and is about 1366.1 W/m2.

The solar irradiance changes in the annual cycle, due to changes in the distance between Earth

and the Sun (January 3, 1.47 × 108 km, July 4, 1.52 × 108 km), in the range of ± 3.4% (1420

and 1325 W/m2, respectively).

// Natężenie promieniowania słonecznego docierającego do górnych granic atmosfery

określone jest przez stałą słoneczną GSC. Wielkość ta jest zdefiniowana dla średniej odległości

Ziemia-Słońce i wynosi około 1366.1 W/m2. Natężenie promieniowania słonecznego zmienia

się w cyklu rocznym, ze względu na zmiany odległości pomiędzy Ziemią a Słońcem (3 stycznia

1.47×108 km, 4 lipca 1.52×108 km), w zakresie ±3,4% (odpowiednio 1420 i 1325 W/m2).

The spectrum of solar radiation over the upper limits of the atmosphere is similar to the radiation

of a black body with a temperature of about 5800 K described by the Planck distribution. Due

to reflection, dispersion and absorption the part of radiation by gases, the spectrum of radiation

reaching the Earth's surface is changed as shown in Figure 1.

// Widmo promieniowania słonecznego ponad górnymi warstwami atmosfery jest zbliżone do

promieniowania ciała doskonale czarnego o temperaturze około 5800 K opisywanego

rozkładem Plancka. Ze względu na odbijanie, rozpraszanie i pochłanianie części

promieniowania przez gazy, widmo promieniowania docierającego do powierzchni Ziemi jest

zmienione co przedstawiono na rys. 1.


4

The following ranges are distinguished in the solar spectrum // W spektrum promieniowania

słonecznego wyróżniamy następujące zakresy

Table 1

Pasmo

Wavelenght

// Długość

fali, nm

Solar irradiance in

the range // Energia

promieniowania

słonecznego, W/m2

The share of energy in total

solar radiation // Udział

energii w całkowitym

promieniowaniu słonecznym

Ultraviolet (UV) //

Ultrafiolet <350 62 4.5%

Near ultraviolet //

Bliski ultrafiolet 350 – 400 57 4.2%

Visible // Widzialne 400 – 700 522 38.2%

Near infrared //

Bliska podczerwień 700 – 1000 309 22.6%

Infrared //

Podczerwień >1000 417 30.5%

Solar constant //

Stała słoneczna 1366,1

Fig. 1 The spectrum of solar radiation.

//Rys.1 Widmo promieniowania słonecznego


5

Air Mass coefficient - The weakening of the solar radiation depends on the way that solar rays

travel through the atmosphere. Specifies them Air Mass coefficient AM. It is the ratio of the

mass of the atmosphere through which the radiation passes, to the mass of the atmosphere

through which the radiation passes, when the Sun is at its zenith. It defines also the direct optical

path length L through the Earth's atmosphere, expressed as a ratio relative to the atmosphere

thickness D.

// Współczynnik optycznej masy powietrza - Osłabienie natężenia promieniowania zależy od

drogi, którą przebywa ono w atmosferze. Określa je liczba masy powietrza AM (ang. Air Mass;

współczynnik optycznej masy powietrza). Jest to stosunek masy atmosfery przez którą

przechodzi promieniowanie, do masy atmosfery przez którą przechodzi promieniowanie, gdy

Słońce jest w zenicie. Definiowane jest również jako stosunek długości drogi L pokonywanej

przez wiązkę optyczna bezpośredniego promieniowania słonecznego przechodzącego przez

atmosferę do jej grubości D.

𝐴𝑀 =𝐿

𝐷≈

1

sin𝜓

Fig. 2. The method of determining the air mass coefficient.

//Rys.2 Sposób określania współczynnika optycznej masy powietrza

Spectral distribution of reference solar radiation is determined at AM = 1.5. The value of the

reference global solar irradiance on surface of the Earth is GSTC = 1000 W/m2.


6

// Rozkład widmowy wzorcowego natężenia promieniowania słonecznego jest określany przy

AM=1,5. Wartość wzorcowego natężenia promieniowania całkowitego na powierzchni Ziemi

wynosi GSTC = 1000 W/m2.

1.2. Photovoltaic cell // Ogniwo fotowoltaiczne

A photovoltaic cell (or solar cell) is a semiconductor element with a p-n junction in which

a photovoltaic phenomenon occurs. As a result of the absorption of solar energy in the area of

the p-n junction, part of the valence electrons from the atoms in the crystal lattice of the

semiconductor is extracted from its place, that is the generation a pair of electron-hole carriers

(hole means no electron).

The electric field occurring in the area of the p-n junction causes the separation of carriers in

the semiconductor (electrons are transported into n-type semiconductor, holes into p-type

semiconductor) and the appearance voltage at the terminals of the cell. Connecting the load to

the cell electrodes and closing the electric circuit will cause electrons flow. The resulting current

is proportional to the solar irradiance and the surface of the photovoltaic cell. Whereas the

voltage depends on the load.

// Ogniwo fotowoltaiczne (inaczej fotoogniwo) jest elementem półprzewodnikowym ze złączem

p-n, w którym zachodzi zjawisko fotowoltaiczne. W wyniku absorpcji energii promieniowania

słonecznego w obszarze złącza p-n część elektronów walencyjnych z atomów w sieci

krystalicznej półprzewodnika zostaje wybita ze swojego miejsca, czyli następuje tzw. generacja

pary nośników elektron-dziura (dziura oznacza brak elektronu).

Występujące w obszarze złącza pole elektryczne powoduje rozdzielenie nośników w

półprzewodniku (elektrony są transportowane w jednym kierunku, dziury w przeciwnym) i

pojawienie się napięcia na zaciskach ogniwa. Przyłączenie odbiornika do ogniwa i zamknięcie

obwodu elektrycznego spowoduje przepływ elektronów. Powstające natężenie prądu jest

proporcjonalne do natężenia promieniowania słonecznego i powierzchni ogniwa

fotowoltaicznego. Natomiast napięcie jest zależne od obciążenia.


7

Fig. 3. The principle of operation of the photovoltaic cell

//Rys.3 Zasada działania ogniwa fotowoltaicznego

The photovoltaic cells are usually made of silicon (monocrystalline, polycrystalline or

amorphous), semiconductors from 13 and 15 group, e.g. Ga (gal), As (arsenic) or in the form

of thin layers, e.g. CdTe (cadmium telluride) or CIGS (copper, indium, gal, selenium). More

and more often are also available the organic photovoltaic cells, which are currently

characterized by low efficiency, but also very low production costs.

Many photovoltaic cells connected together are called a solar panel or module (or shorter: a PV

module).

// Ogniwa najczęściej wykonuje się z krzemu (monokrystalicznego, polikrystalicznego lub

amorficznego), półprzewodników z grupy 13 i 15 np. Ga (gal), As (arsen) bądź w postaci

cienkich warstw np. CdTe (tellurku kadmu) lub CIGS (miedź, ind, gal, selen). Coraz częściej

dostępne są także fotoogniwa organiczne, które obecnie charakteryzują się niską wydajnością,

ale także bardzo niskimi kosztami wytwarzania.

Układ ogniw fotowoltaicznych połączonych ze sobą nazywamy modułem lub panelem

fotowoltaicznym (lub krócej: modułem PV).

2. CHARACTERISTIC OF THE LABORATORY STAND //

CHARAKTERYSTYKA STANOWISKA LABORATORYJNEGO

The laboratory stand is used to get to know the issues related to photovoltaic cells.

// Stanowisko laboratoryjne służy do zapoznania się z zagadnieniami związanymi z ogniwami

fotowoltaicznymi.


8

Equipment of test stand no. 1 // Wyposażenie stanowiska 1:

• 20 W monocrystalline photovoltaic module (MH-20) with the possibility of adjusting the

angle of inclination – 1 piece // Moduł fotowoltaiczny monokrystaliczny 20 W (MH-20) z

możliwością regulacji kąta nachylenia - 1 szt.

The parameters of the photovoltaic module // Parametry modułu fotowoltaicznego MH-20*

Table 2

Maximum power // Moc maksymalna Pmax (W) 20

Nominal voltage // Napięcie nominalne U (V) 12

Open-circuit voltage // Napięcie obwodu otwartego UOC (V) 21,6

Voltage at the maximum power point // Napięcie w punkcie

mocy maksymalnej Umpp (V) 17,5

Short circuit current // Natężenie prądu zwarcia ISC (A) 1,3

Current at the maximum power point // natężenie prądu

w punkcie mocy maksymalnej Impp (A) 1,15

Dimensions // Wymiary 436 x 450 x 23 mm Weight // Waga 2,5 kg

* Data for STC // Dane dla warunków STC: 1000 W/m2, 25°C, AM 1.5

• Halogen lamp with a power of 1 kW with the ability to adjust the light intensity (QZ-

1000) - 1 pcs, halogen lamp with a power of 500 W - 2 pcs. // Oświetlacz halogenowy o mocy

1kW z możliwością regulacji mocy natężenia światła (QZ-1000) – 1 szt., oświetlacz halogenowy

o mocy 500 W – 2 szt.

• Panel of electrical leads // Panel wyprowadzeń elektrycznych – 1 szt.

• Electronic protractor // Kątomierz elektroniczny – 1 szt.

• Multimeter // Multimetr – 2 szt.

• Thermoelectric thermometer // Termometr termoelektryczny

• Variable resistors // Opornice suwakowe


• 3 W amorphous photovoltaic module // Moduł fotowoltaiczny amorficzny 3 W - 1 szt.

The parameters of the photovoltaic module // Parametry modułu fotowoltaicznego TPS-

103 3W*


9

Table 3

Maximum power // Moc maksymalna Pmax (W) 3

Nominal voltage // Napięcie nominalne U (V) 6

Open-circuit voltage // Napięcie obwodu otwartego UOC (V) 11






Dimensions // Wymiary 467 x 161 x 19 mm Weight // Waga 1,07 kg


• Halogen lamp with a power of 500 W - 2 pcs., LED iluminator - 50 W // Oświetlacz

halogenowy o mocy 500 W – 2 szt., oświetlacz LED – 50 W

• Panel of electrical leads // Panel wyprowadzeń elektrycznych – 1 szt.

• Ammeter 0 ÷ 1.5 A - 1 pc, voltmeter 0 ÷ 10 V - 1 pc // Amperomierz 0÷1,5 A – 1 szt.,

woltomierz 0÷10 V – 1 szt


• Variable resistors 332 Ω, 0,6 A // Opornice suwakowe 332 Ω, 0,6 A.


• Monocrystalline photovoltaic module // Moduł fotowoltaiczny monokrystaliczny - 1 szt.

The parameters of the photovoltaic module // Parametry modułu fotowoltaicznego*

Table 4

Maximum power // Moc maksymalna Pmax (W) 0,48

Open-circuit voltage // Napięcie obwodu otwartego UOC (V) 3,0






Dimensions // Wymiary 70 x 120 x 52 mm


• Halogen lamp with focusing system, power 150 W - 1 pc. // Oświetlacz halogenowy z

układem skupiającym o mocy 150 W – 1 szt.


10

• Measuring box with load (ammeter, voltmeter, load: set of resistors, motor, light bulb) //

Skrzynka pomiarowa z obciążeniem (amperomierz, woltomierz, obciążenie: zestaw rezystorów,

silnik, żarówka) – 1 szt.


• Decade resistors // Opornica dekadowa.

-

+

A

V

Fig. 4. Diagram of the measurement system

//Rys.4 Schemat układu pomiarowego

NOTE // UWAGA:

1. It is not allowed to change the settings of the test stand without instruction and

permission of a teacher // Nie wolno zmieniać ustawień roboczych stanowiska bez instruktażu i

pozwolenia osoby prowadzącej zajęcia dydaktyczne.

2. Take special care when doing measurements, due to work with electrical devices. //

Podczas wykonywania ćwiczeń należy zachować szczególną ostrożność, ze względu na pracę z

urządzeniami elektrycznymi.

3. Avoid dazzling other class participants beam of light produced by the illuminator. //

Należy unikać oślepiania innych uczestników zajęć strumieniem światła wytworzonym przez

oświetlacz.

4. The illuminator housing heats up during operation. Take special care when operating

the illuminator. Warning! Hot surface! // Obudowa oświetlacza nagrzewa się podczas pracy.

Należy zachować szczególną ostrożność podczas obsługi oświetlacza. Uwaga! Gorąca

powierzchnia!

5. Adjustment of illuminance is made by a potentiometer located on the housing of the

illuminator, or by changing the distance between the illuminator and the photovoltaic module.

// Regulacja natężenia oświetlenia jest dokonywana potencjometrem umieszczonym na


11

obudowie oświetlacza lub poprzez zmianę odległości pomiędzy oświetlaczem, a modułem

fotowoltaicznym.

3.1. Preparation the test stand to work // Przygotowanie stanowiska do

pracy:

1. Check the correctness of all electrical and mechanical connections. In the case of any

signs of incorrect connection of elements in the test stand, this fact should be reported

to the person conducting the classes. // Należy sprawdzić poprawność wszystkich

połączeń elektrycznych i mechanicznych. W razie jakichkolwiek oznak niepoprawnego

połączenia elementów na stanowisku, należy zgłosić ten fakt osobie prowadzącej

zajęcia.

2. Place the solar panel and the lamp in a distance of approx. 0.5 m. // Ustawić panel

fotowoltaiczny i oświetlacz w odległości ok. 0,5 m

3. Connect the lamp cable to the power supply (230 V AC) and start measuring

instruments. // Włączyć do sieci (230 V AC) przewód zasilający oświetlacz i przyrządy

pomiarowe.

4. Measure and note the surface of the solar panels in the table. // Zmierzyć i zanotować

w tabeli powierzchnię paneli fotowoltaicznych.

3.2. Examination of current-voltage characteristics of PV panels // Badanie

charakterystyki prądowo-napięciowej paneli PV

The purpose of the exercise is to examine the work of the photovoltaic panel for selected

load values at a set value of illuminance. // Celem ćwiczenia jest zbadanie pracy panelu

fotowoltaicznego dla wybranych wartości obciążenia przy ustalonej wartości natężenia

oświetlenia.

1. Set the position of lamp, do not change it during measurements. Measure the

illuminance with a meter (lux meter) in several places on the surface of a photovoltaic

panel. // Ustawić położenie lampy, nie zmieniaj go w trakcie pomiarów. Dokonać

pomiaru natężenia oświetlenia miernikiem (luksomierzem) w kilku miejscach na

powierzchni panelu fotowoltaicznego.

2. Starting from the maximum value of the current flowing through the load, perform 10

to 15 measurements of the current I and voltage U by changing load resistance. At the


12

same time, measure the temperature t on the back side of the solar panel. // Zaczynając

od maksymalnej wartości prądu płynącego przez obciążenie wykonać 10-15 pomiarów

wartości natężenia prądu I, napięcia U przy zmianie rezystancji obciążenia.

Równocześnie mierzyć temperaturę t na tylnej ścianie panelu fotowoltaicznego.

3. Place the measured values in table 5 // Zmierzone wartości umieścić w tabeli 5.

Table 5

L.p.

Illuminance

// Natężenie

oświetlenia

Ev (lux)

PV module

temperature //

Temperatura

modułu PV

t (°C)

Current //

Natężenie

prądu

I’ (A)

Voltage //

Napięcie

U’ (V)

Power //

Moc

wydzielona

P (W)

Load

resistance //

Rezystancja

obciążenia

R (Ω)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

4. For resistance R = 0 Ω, measure and record the short circuit current Isc of the PV

module. // Dla rezystancji R=0 Ω zmierzyć i zanotować natężenie prądu zwarcia Isc

modułu PV.

5. For the resistance R = ∞, measure and record the open circuit voltage Uoc of the PV

module. // Dla rezystancji R=∞ zmierzyć i zanotować napięcie układu otwartego Uoc

modułu PV.

6. Correct measured values of current and voltage due to the panel temperature changes

in relation to the STC temperature, according to the following relationships: //

Skorygować zmierzone wartości natężenia prądu i napięcia ze względu na zmianę

temperatury panelu w stosunku do temperatury STC według poniższych zależności:


13

𝐼 = 𝐼′ +𝛼

100∙ 𝐼𝑆𝐶 ∙ (𝑇 − 𝑇′)

𝑈 = 𝑈′ − 𝑅𝑆 ∙ (𝐼 − 𝐼′) − 𝜅 ∙ 𝐼 ∙ (𝑇 − 𝑇′) +𝛽

100∙ 𝑈𝑂𝐶 ∙ (𝑇 − 𝑇′)

where // gdzie:

I’, U’ – measured values // zmierzone wielkości

I, U – corrected values // skorygowane wielkości

T’ – measured temperature of the PV module // zmierzona temperatura panelu PV

T – STC temperature // temperatura STC

α – temperature coefficient of the short-circuit current // współczynnik temperaturowy

natężenia prądu (%ISC/°C)

β – temperature coefficient of the open-circuit voltage // współczynnik temperaturowy

napięcia (%UOC/°C)

RS – series resistance of the PV module // rezystancja szeregowa panelu PV

κ – curve correction factor // współczynnik korekcyjny krzywej.

Table 6 Coefficients //

Współczynniki

(GSTC = 1000 W/m2)

Monocrystalline cells

// Ogniwa

monokrystaliczne

Policrystalline cells //

Ogniwa

polikrystaliczne

Amorphous cells //

Ogniwa amorficzne

α (%ISC/°C) 0,03 0,05 0,08

β (%UOC/°C) -0,33 -0,36 -0,4

RS (Ω) 0,3 0,4 8

κ (Ω/°C) 0,004 0,001 0

7. Calculate the values of the power P and the resistance R of the load. // Obliczyć wartość

wydzielonej mocy P i rezystancji R obciążenia.

𝑃 = 𝑈 ∙ 𝐼 ; 𝑅 =𝑈′

𝐼′

8. The results of calculations should be presented in a one graph in the form of curves I

= f(U) and P = f(U). An example of the characteristics and the way to determine the

MPP point is shown in Fig. 5 // Uzyskane wyniki obliczeń przedstawić na jednym

wykresie w postaci krzywych I = f(U) i P = f(U). Przykład charakterystyk i sposób

określania punktu MPP przedstawia rys. 5.

9. Determine the maximum power point MPP, i.e. the point on characteristics, in which

the module produces the most power under given lighting and load conditions. //

Określić punkt mocy maksymalnej MPP, czyli punkt na charakterystykach, w którym

panel produkuje najwięcej mocy w danych warunkach oświetlenia i obciążenia.


14

Fig. 5. Characteristics I = f(U), P = f(U). Determination of the maximum power point MPP

// Rys.5 Charakterystyki I = f(U), P = f(U). Wyznaczanie punktu mocy maksymalnej MPP

10. Determine the efficiency η of the PV module using the formula // Wyznaczyć

sprawność η modułu PV, korzystając z zależności:

𝜂 =𝑈𝑀𝑃𝑃 ∙ 𝐼𝑀𝑃𝑃

𝐺0 ∙ 𝐴∙ 100

where // gdzie:

Impp (A) – measured current at MPP // zmierzony prąd w punkcie MPP

Umpp (V) – measured voltage at MPP// zmierzone napięcie w punkcie MPP

A (m2) – area of PV module // powierzchnia modułu PV

G0 (W/m2) – average irradiance (can be calculated from approximate dependence) //

średnie natężenie promieniowania (można obliczyć z przybliżonej zależności):

𝐺0 = 0,72 ∙ 𝐸𝑣0,625

11. Calculate the fill factor FF using the following formula // Wyznaczyć współczynnik

wypełnienia FF, korzystając z zależności:

𝐹𝐹 =𝑈𝑀𝑃𝑃 ∙ 𝐼𝑀𝑃𝑃

𝑈𝑂𝐶 ∙ 𝐼𝑆𝐶

For calculations, use the currents and voltages obtained from the characteristics of the tested

photovoltaic cell. // Do obliczeń wykorzystać wartości prądów i napięć otrzymane z

charakterystyk badanego ogniwa fotowoltaicznego.

12. Summary of results // Podsumowanie wyników.

Tabela 7


15

A (m2) Isc (A) Uoc (V) Impp (A) Umpp (V) Pmax (W) η (%) FF ( - )

13. Measurements can be made for several selected illuminance values and then plot a

family of curves I = f (U). When describing the curves specify the illuminance values

Ev // Pomiary można wykonać dla kilku wybranych wartości natężenia oświetlenia i

wykreślić rodzinę krzywych I = f(U). Przy opisywaniu krzywych podać wartości

natężenia oświetlenia Ev.

3.3. Determining the relationship between the PV module power and the

angle of inclination α // Wyznaczanie zależności mocy modułu PV od

kąta ustawienia α

The aim of the exercise is to examine the dependence of the module’s power on the

inclination angle relative to the light source // Celem ćwiczenia jest zbadanie zależności mocy

panelu fotowoltaicznego od jego kąta ustawienia względem źródła światła.

1. Set the position of lamp, do not change it during measurements. Measure the

illuminance with a meter (lux meter) in several places on the surface of a photovoltaic

panel. // Ustawić położenie lampy, nie zmieniaj go w trakcie pomiarów. Dokonać

pomiaru natężenia oświetlenia miernikiem (luksomierzem) w kilku miejscach na

powierzchni panelu fotowoltaicznego.

2. Set the panels in such a way that the angle α (between the light source and the normal

to the panel) is equal to 0 // Ustawić panele w taki sposób, aby kąt α (pomiędzy żródłem

światła a normalną do panelu) wynosił 0

3. Determine the current-voltage characteristics for the angle α = 0° // Wyznaczyć

charakterystykę prądowo-napięciową dla kąta α = 0°.

4. Change the angle of inclination by 5°. Note the values of current I and voltage U. //

Zmieniać nachylenie o 5°. Notować wartości natężenia prądu I i napięcia U.

5. Put the measured values in table 8 // Zmierzone wartości umieścić w tabeli 8.

6. Draw the characteristics I = f(cos α) and P = f(cos α). // Wykreślić charakterystyki

I = f(cos α) oraz P = f(cos α).


16

Table 8

L.p.

Angle of

inclination //

Kąt nachylenia

α (°)

Illuminance //

Natężenie

oświetlenia

Ev (lux)

Current //

Natężenie

prądu

I’ (A)

Voltage //

Napięcie

U’ (V)

Power // Moc

wydzielona

P (W)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

3.4. The study of the photovoltaic module with partial shading of a single

cell // Badanie modułu fotowoltaicznego przy częściowym zacienieniu

pojedynczego ogniwa

The aim of the exercise is to examine the operation of the solar module at partial shading

the module's cells and at a fixed value of illuminance // Celem ćwiczenia jest zbadanie pracy

modułu fotowoltaicznego przy częściowym zacieniu ogniw modułu i przy ustalonej wartości

natężenia oświetlenia

1. Set the position of lamp, do not change it during measurements. Measure the illuminance

with a meter (lux meter) in several places on the surface of a photovoltaic panel. // Ustawić

położenie lampy, nie zmieniaj go w trakcie pomiarów. Dokonać pomiaru natężenia

oświetlenia miernikiem (luksomierzem) w kilku miejscach na powierzchni panelu

fotowoltaicznego.

2. Set the panels in such a way that the angle α is equal to 0 // Ustawić panele w taki sposób,

aby kąt α wynosił 0.

3. Cover with piece of paper the single module cell // Przysłonić kartką pojedyncze ogniwo

modułu.


17

4. Determine the current-voltage characteristics // Wyznaczyć charakterystykę prądowo-

napięciową.

5. Put the measured values in table 9 // Zmierzone wartości umieścić w tabeli 9.

Table 9

L.p.

Illuminance

// Natężenie

oświetlenia

Ev (lux)

PV module

temperature //

Temperatura

modułu PV

t (°C)

Current //

Natężenie

prądu

I’ (A)

Voltage //

Napięcie

U’ (V)

Power //

Moc

wydzielona

P (W)

Load

resistance //

Rezystancja

obciążenia

R (Ω)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

6. For resistance R = 0 Ω, measure and record the short circuit current Isc of the PV module,

and for the resistance R = ∞, measure and record the open circuit voltage Uoc of the PV

module.. // Dla rezystancji R=0 Ω zmierzyć i zanotować natężenie prądu zwarcia Isc

modułu PV, a dla rezystancji R=∞ zmierzyć i zanotować napięcie układu otwartego Uoc

modułu PV.

7. The results of measurements and calculations should be presented in a one graph in the

form of curves I = f(U) and P = f(U). // Uzyskane wyniki pomiarów i obliczeń przedstawić

na jednym wykresie w postaci krzywych I = f(U) i P = f(U).

8. Sketch the way and place of covering the photovoltaic module. // Naszkicować sposób i

miejsce zasłonięcia modułu fotowoltaicznego.

9. Measurements can be made for several ways to cover the cell - changing the surface and/or

shape of covering paper, and its type, eg white or black. During tests the temperature


18

measurements can be made for shaded and non-shaded cells // Pomiary można wykonać

dla kilku sposobów przesłonięcia ogniwa – zmieniając powierzchnię i/lub kształt

przesłonięcia oraz rodzaj kartki np. biała lub czarna. W trakcie pomiarów można wykonać

pomiary temperatury ogniw zacienionych i niezacienionych.

2. THE REPORT // SPRAWOZDANIE

The report should include // Sprawozdanie powinno zawierać:

1. Title page (date of the exercise and its number, names of the participants). // Strona tytułowa

(data wykonania ćwiczenia, numer ćwiczenia, nazwiska i imiona uczestników.

2. Short theoretical introduction about photovoltaic calls and aim of the exercise. // Krótki

wstęp teoretyczny dotyczący ogniw fotowoltaicznych i cel ćwiczenia.

3. Diagram of the measuring stand with marked measurement points of specific quantities.

Description of the tested photovoltaic cell and instruments used during measurements. //

Schemat stanowiska pomiarowego wraz z zaznaczonymi miejscami pomiaru określonych

wielkości. Opis badanego ogniwa fotowoltaicznego oraz przyrządów wykorzystanych

podczas pomiarów.

4. Tables with measurement results and calculation with the used formulas // Tabelę wyników

pomiarowych i obliczeń oraz wzory używane do obliczeń.

5. Characteristics I=f(U) i P=f(U) with marked characteristic points. // Charakterystyki I=f(U)

i P=f(U) wraz z zaznaczonymi charakterystycznymi punktami.

6. Tables with determined cell parameters Isc, Uoc, Impp, Umpp, Pmax, η, FF. Comparison with

the rated data. // Tabele z wyznaczonymi parametrami ogniwa: Isc, Uoc, Impp, Umpp, Pmax, η,

FF. Porównanie z danymi znamionowymi.

7. Observations and conclusions. // Spostrzeżenia i wnioski

The report should be printed double-sided. // Sprawozdanie powinno być drukowane

dwustronnie.

Bibliography // Bibliografia

Vasilis M. Fthenakis, Paul A. Lynn: Electricity from Sunlight: Photovoltaic-Systems

Integration and Sustainability, 2nd Edition. ISBN: 978-1-118-96378-4, Jan 2018

Konrad Mertens: Photovoltaics: Fundamentals, Technology and Practice. ISBN: 978-1-118-

84339-0, Nov 2015

measurement of photovoltaic cell parameters - imiue.polsl.pl · 1.1.solar radiation //...

Documents