Инновационные датчики для солнечных элементов

Учёные из Германии изобрели инновационные датчики, которые могут страиваться в солнечные элементы. Они смогут дистанционно мониторить состояние фотоэлектрических модулей и предугадывать их поведение.

Исследовательская группа из немецкого Института солнечных энергетических систем имени Фраунгофера (Germany’s Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE)  разрабатывает способы интеграции датчиков напряжённости и температуры в пластины кристаллических солнечных элементов. Это обеспечит прямое и непрерывное измерение в обычных установках фотоэлектрических модулей.

Задачи команды

Измерение напряжённости солнечных элементов в процессе эксплуатации солнечных батарей позволит спрогнозировать их деградацию во времени. В настоящее время используются рентгенологический и радиологический методы измерения внутреннего напряжения элементов. Но они требуют произведения замеров в специальных лабораторных условиях. Предлагаемый учёными датчик позволит делать измерения солнечных модулей в полевых условиях.

Температурный датчик позволит так же дистанционно измерять температуру солнечных элементов, которая напрямую влияет на КПД. Ранее для этого использовались выносные термопары или замеры инфракрасными спектрометрами. Что также не является надёжным методом получения информации в первом случае и слишком дорогим во втором.

Ученые объяснили, что тестируемые датчики занимают минимальную часть солнечного элемента и что их взаимодействие с модулем и самим элементом весьма незначительно. Они также утверждают, что датчики могут быть изготовлены и установлены в процессе обычного изготовления солнечных элементов и могут применяться как на передней, так и на задней стороне элементов.

«Более того, существующие производственные линии солнечных элементов могут быть модифицированы для реализации датчиков», – написали они в статье «Встроенные датчики напряжения и температуры для фотоэлектрических модулей», опубликованной в издании Progress in Photovoltaics.

Принцип работы

Исследовательская группа заявила, что датчик напряжённости является пьезорезистивным. Это означает, что он способен реагировать на вызванное извне механическое напряжение. Это достигается посредством изменения его электрического сопротивления. Устройство было применено к пластинам солнечных элементов из монокристаллического кремния р-типа, выращенных по методу плавающей зоны. «Датчик напряжения выполнен в виде прямоугольного пьезорезистора. Он покрыт силиконовой оболочкой с последующей металлизацией серебром», – сказали исследователи.

Тестовые датчики были ламинированы в ячейки обычного фотоэлектрического модуля. Площадь модуля составила 154 квадратных сантиметра с защитным стеклом толщиной 1 мм. Герметизирующая пленка из этилвинилацетата (EVA) и задняя подложка из листа фторопласта TPT (Tedlar Polyester Tedlar).

Процесс внедрения датчика температуры процедурно не отличается от аналогичного процесса для датчика напряжения. Исследователи говорят, что этот процесс такой же несложный и безопасный, как и процесс формирования контактов в высокоэффективных солнечных элементах.

Итоги работы

Интеграция датчиков была протестирована шестью различными вариантами внедрения. «Все варианты внедрения успешно диагностируют напряжение в испытательных образцах и имеют чувствительность в диапазоне от -45 до -65%», – заявили ученые. «Модульная интеграция показывает, что датчики способны измерять напряжение в ламинированных солнечных элементах».

Исследовательская группа сообщила, что инновационные датчики показали хорошую стабильность в 145 температурных циклах. В каждом из этих циклов солнечную панель охлаждали до -35°C, а потом нагревали до + 85°C. Такие перепады температур вполне возможны в работе солнечных модулей. Например, при установке на псевдоспутниках, работающих на больших высотах.

Они также добавили, что устройства используются только для исследовательских целей. Коммерциализация подобных датчиков потребует дальнейших исследований и тестов.

Если Вам понравилась статья, Вы можете поддержать проект финансово подписавшись на закрытый телеграм-канал “Солар-Ньюс Плюс”

или отправив донат в сервисах ЮМани или Cloudtips:

Также Вы можете подписаться, оставив свой e-mail в форме ниже, и получать уведомления о выходе новых статей, интересные анонсы и новости проекта Solar-News