Vymezení vnitřních světelných podmínek
Obr. 4 zachycuje trend ve věci hustoty výkonu (mW/cm2) jako funkce světelných podmínek, měřeno při pokojové teplotě pro dva a-Si články (lišící se v topologii, články 1 a 3) a DSSC (článek 2). Rozsah luminačních hodnot byl vymezen s ohledem na známé, reálné světelné podmínky a s cílem definovat aplikaci. Zmíněná okénková metoda napomáhá pochopení otázky využitelnosti určitého solárního článku (buď dle jeho typu nebo topologie) pro stanovené světelné podmínky.
Obr. 4: Vymezení solárních článků na základě intenzity vnitřního osvětlení
Detailnější analýza tří článků se pak zaměřuje na každé okno s cílem zachytit vztažnou výkonovou odezvu, přičemž článek 2, DSSC, poslouží jako referenční. Ukazuje se, že ve všech případech bude mít struktura DSSC lepší odezvu v porovnání s technologií a-Si, bez ohledu na topologii. Na obr. 5 vidíme jeden takový příklad pro zasedací místnost či obývací pokoj se zářivkovým osvětlením:
Obr. 5: Vztažná výkonová odezva
Vliv teploty
Graf na obr. 6 zachycuje napětí a proud, měnící se s teplotou. Je tedy jasné, že dojde ke změně množství dodávaného výkonu a jakýkoli sledovací algoritmus bodu maximálního výkonu (MPP) musí pro udržení optimální činnosti uvažovat také teplotu. Poroste – li počet článků, budou se rovněž zvětšovat napěťové změny s teplotou, což může vést k přidání jednoho nebo dvou dodatečných článků, zajišťujících minimální výstupní napětí. Přidáváním dalších článků snižujeme velikost výstupního proudu z PV stacku v případě, že plocha zůstane stejná. Hovoříme – li o jediném PV článku, bude napěťová odchylka, způsobená teplotou, mnohem menší. Vzhledem k tomu, že za přispění vhodných obvodů můžeme pokaždé navýšit napětí na použitelnou úroveň, dá se v souvislosti s plochou panelu zaměřit na generování maximálního výstupního proudu.
Obr. 6: Vliv teploty na čtyřčlánkové PV panely při 6 600 luxech
Vliv parametrů daného článku
Jak jsme již dříve zmínili, vzhledem k tomu, že článek včetně maximálních výkonových parametrů silně ovlivňuje dosahovanou účinnost solárního systému, bude porozumění jejich chování v rámci domácích – vnitřních malovýkonových podmínek klíčové. Je to rovněž důležité při návrhu kteréhokoli typu MPP algoritmu, vyžadovaného k udržení podmínek maximálního výkonu systému v případě ne zrovna optimálních okolností, vymezených třeba zastíněním či teplotou.
Podrobnějším zkoumáním zjistíme, že zkratové podmínky, resp. maximální proudy, budou vykazovat silnou lineární závislost na osvětlení. Stejné to bude i v případě rozpojeného obvodu, resp. maximálního napětí – i zde v obou případech pozorujeme lineární závislost na osvětlení. Poměr otevřeno – maximum pro napětí a poměr zkrat – maximum v případě proudu tudíž nabídne jednoduchou metodu pro výpočet a zapracování MPP algoritmů. Takové postupy se však potýkají s vážnými obtížemi z titulu běžně se vyskytujících a ne zrovna optimálních podmínek, např. zastínění.
Zastínění
Zastínění řadíme mezi známé, ne zrovna optimální podmínky, se kterými však musíme v domácích podmínkách často počítat. Zákaznické aplikace typu mobilních telefonů či dálkových ovladačů budou mít například svůj článek během používání přirozeně zacloněn. Stejně tak může být v zasedací místnosti např. osobou či jiným objektem přechodně zastíněn senzor, umístěný na zdi. Stínění může vážně zkreslit IV a PV křivky. V konečném součtu to pak bude snižovat maximálně dosažitelný výkon solárního článku. Na obr. 7 vidíme soubor PV křivek s a bez zaclonění, vše na 220 luxech pro DSSC s vícečlánkovou topologií čtyř článků, zapojených v sérii. Výhoda sériového řazení spočívá v navýšení napětí, přičemž proud držíme na stejné úrovni.
Červená PV křivka odpovídá ideálním podmínkám (bez zaclánění), kdežto zbylé křivky odráží různé úrovně zastínění s ohledem na orientaci a také počet stíněných článků. Obecně vzato, stínění zkresluje PV křivku, přičemž za určitých podmínek zaclonění můžeme obdržet PV křivku s větším počtem špiček. To vysvětluje, proč možná MPP algoritmus vyžaduje důmyslnější přístup, nad rámec působnosti základních metod, využitelných za ideálních podmínek. A vznikají problémy: Komplikované metody vyžadují nasazení složitějších elektronických systémů pro udržení žádaného výkonu, které mohou řešení v dané aplikaci ještě více prodražit a učinit tak konkrétní obchodní strategii neproveditelnou, ledaže by se v daném tržním segmentu dalo uvažovat o určitém odlišení. Výkon, spotřebovaný při stanovení MPP, může být kromě toho, ve srovnání s dosažitelným výkonem solárního článku, relativně velký.
Jinou možností je využití jednočlánkové topologie, která tak může zabránit vícenásobným špičkám PV křivky. Kompromis pak spočívá v nízkém napětí článku a také snižování účinnosti v porovnání s vícečlánkovými strukturami se stejnou plochou a typem článku. Nicméně, je mnohem jednodušší stanovit MPP jediného článku, vzhledem k tomu, že zde máme pouze jednu špičku na PV křivce. Zatímco implementace obvodu může být jednodušší, také energie, vyžadované k realizaci MPPT funkce, bude zřejmě stačit mnohem méně než v případě vícečlánkového systému.
Obr. 7: Soubor PV křivek pro DSSC s a bez zastínění
Poruchové stavy
V případě multičlánkového PV (fotovoltaického) systému bude celková výkonnost omezena nejslabším článkem. Jinými slovy, jestliže všechny články, až na jeden, mohou dodat 100 mA a onen jeden zvládne pouhých 10 mA, výstupní proud bude roven 10 mA. Otázkou však zůstává, zda je příčinou zaclonění (nerovnoměrné rozložení světla) nebo výrobní závada.
Dokončení příště, viz Download a odkazy.
Download a odkazy:
- Solární panely s jedním nebo více články – jak na to? (1. část: Vnitřní osvětlení)
- Solární panely s jedním nebo více články – jak na to? (3. část: Když je 0,5 V málo)
Více informací o dalších solárních řešeních TI naleznete na www.ti.com/solar-ca.
