Τίτλος Άσκησης: Σχεδίαση χαρακτηριστικής καμπύλης τάσης ‐ έντασης ακτινοβολίας φωτοβολταϊκού πάνελ 1. Περιγραφή πειράματος και διδακτικών στόχων Μια φωτοβολταϊκή κυψέλη καθορίζεται από τη χαρακτηριστική καμπύλη έντασης ‐ τάσης, δηλαδή από το γράφημα που δείχνει τη σχέση μεταξύ των δύο αυτών μεγεθών για μια συγκεκριμένη τιμή έντασης ηλιακής ακτινοβολίας IRR και μια συγκεκριμένη τιμή θερμοκρασίας κυψέλης T. Σε μια φωτοβολταϊκή κυψέλη, η τάση διακοπής κυκλώματος UOC αυξάνεται με λογαριθμική τάση καθώς μεταβάλλεται η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας, ενώ το ρεύμα βραχυκύκλωσης ISC αυξάνεται γραμμικά καθώς μεταβάλλεται η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας, όπως φαίνεται στην Εικόνα 1. Εικόνα 1 ‐ Θεωρητικές καμπύλες τάσης διακοπής κυκλώματος και ρεύματος βραχυκύκλωσης φωτοβολταϊκής κυψέλης με βάση τη μεταβολή της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας 2. Λίστα στοιχείων Για τη διεξαγωγή του πειράματος που περιγράφεται παρακάτω, θα χρειαστείτε τα εξής: A. Λογισμικό: ‐ Υπολογιστής με λειτουργικό σύστημα Windows 10 ‐ SW SOLAR ‐ BD1 ‐ Λογισμικό για το εργαστήριο DL SOLAR ‐ BD1 B. Υλικό ‐ DL 9021 ‐ Μονάδα μέτρησης για φωτοβολταϊκά συστήματα ‐ PFS ‐ 85 ‐ Ηλιακό φωτοβολταϊκό πάνελ ‐ DL SIMSUN ‐ Πλαίσιο με 12 λαμπτήρες αλογόνου 3. Συνδέσεις Η Εικόνα 2 δείχνει τις συνδέσεις που πρέπει να γίνουν μεταξύ των μονάδων. Χρησιμοποιώντας το κατάλληλο παρεχόμενο καλώδιο, συνδέστε την υποδοχή πέντε πόλων της μονάδας PFS ‐ 85 (πλαίσιο [A] στην Εικόνα 2) με την αντίστοιχη υποδοχή IRR. / T του οργάνου μέτρησης SOLAR PANEL SENSOR DATA της μονάδας DL 9021 (πλαίσιο [C] στην Εικόνα 2). Χρησιμοποιώντας καλώδια 4 mm, συνδέστε τον κόκκινο και τον μαύρο ακροδέκτη του PFS ‐ 85 (πλαίσιο [A] στην Εικόνα 2) με τους ακροδέκτες + και ‐ αντίστοιχα του τμήματος IN του οργάνου μέτρησης SOLAR PANEL ELECTRICAL DATA της μονάδας DL 9021 (πλαίσιο [B] στην Εικόνα 2). Κάντε όλες τις συνδέσεις γείωσης των μονάδων. Εικόνα 2 ‐ Οι συνδέσεις που πρέπει να γίνουν μεταξύ των διαφόρων μονάδων 4. Σημεία που πρέπει να υπογραμμιστούν Αρχικά, θα πρέπει να υπενθυμίσουμε ορισμένες πτυχές που σχετίζονται με τις παραμέτρους που χαρακτηρίζουν μια πραγματική φωτοβολταϊκή κυψέλη. • Ρεύμα βραχυκύκλωσης ISC : Η μέγιστη τιμή ρεύματος που παράγει μια κυψέλη, όταν η τάση των ακροδεκτών είναι V = 0 (οι ακροδέκτες της κυψέλης είναι βραχυκυκλωμένοι). • Τάση διακοπής κυκλώματος VOC : Αντιστοιχεί στην πτώση τάσης που παρατηρείται όταν το παραγόμενο ρεύμα είναι I = 0 (δεν υπάρχει τίποτα συνδεδεμένο στους ακροδέκτες της κυψέλης). όπου: k – σταθερά Boltzmann (1,38 ∙ 10 ‐ 23 m ∙ kg ∙ s ‐ 2) T – θερμοκρασία (K) e – στοιχειώδες φορτίο (1,6 ∙ 10 C–19) I0 – ρεύμα κορεσμού (A) Η τάση διακοπής κυκλώματος UOC αυξάνεται λογαριθμικά καθώς μεταβάλλεται η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας, ενώ το ρεύμα βραχυκύκλωσης ISC αυξάνεται γραμμικά καθώς μεταβάλλεται η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας. Επομένως, εάν η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας μειωθεί στο μισό (για παράδειγμα, από 1000 W/m2 σε 500 W/m2), το ρεύμα βραχυκύκλωσης θα μειωθεί στο μισό ενώ η τάση διακοπής κυκλώματος θα μειωθεί κατά περίπου 5%. Τέλος, σε ό,τι αφορά την Εικόνα 3, καλείστε να κάνετε τα ακόλουθα παρέχοντάς σας μια εκτυπωμένη εικόνα (ή μια εικόνα που θα τροποποιηθεί μέσω λογισμικού επεξεργασίας γραφικών): ‐ σχεδίαση του διαγράμματος συναρμολόγησης μονάδων ‐ έλεγχο των συνδέσεων, χρησιμοποιώντας τη λίστα ελέγχου που αναφέρθηκε πιο πάνω στην ενότητα 3. Συνδέσεις. Εικόνα 3 ‐ Η εικόνα που θα χρησιμοποιήσουν οι σπουδαστές για την άσκηση που αφορά τη σύνδεση των μονάδων 5. Διαδικασία πειράματος Κατά τη διεξαγωγή του πειράματος, ο εκπαιδευτικός θα πρέπει να κάνει συνεχώς αναφορές όχι μόνο στο διάγραμμα σύνδεσης των μονάδων της Εικόνας 2 αλλά και στο ηλεκτρικό διάγραμμα της Εικόνας 4, που δείχνει τις τάσεις, τις εντάσεις και τις ροές ισχύος. Εικόνα 4 ‐ Ηλεκτρικό διάγραμμα αναπαράστασης τάσεων, εντάσεων και ροών ισχύος • Θέστε σε λειτουργία τη μονάδα DL 9021 πατώντας τον διακόπτη POWER ON. • Ρυθμίστε τον μηχανισμό κλίσης του φωτοβολταϊκού πάνελ PFS ‐ 85 σε γωνία 90°. • Στρέψτε τους λαμπτήρες της μονάδας DL SIMSUN προς το πάνελ, σε απόσταση περίπου 25 cm, έτσι ώστε το πάνελ να είναι κατακόρυφο και παράλληλο προς το επίπεδο των λαμπτήρων. Παραπέμποντας στην Εικόνα 5: ‐ Θέστε σε λειτουργία τη μονάδα DL SIMSUN γυρίζοντας τον αυτόματο διακόπτη στη θέση ON. ‐ Μετακινήστε τον επιλογέα στη θέση LOCAL. ‐ Ρυθμίστε το ποτενσιόμετρο φωτεινότητας στο 0. Εικόνα 5 ‐ Λεπτομέρεια πίνακα ελέγχου DL SIMSUN Σε αυτές τις συνθήκες, θα μπορείτε να δείτε, για τις διαφορετικές τιμές έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας που επιτυγχάνονται με την αλλαγή του επιπέδου φωτεινότητας των λαμπτήρων, τις μετρήσεις που παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. ‐ Όργανο μέτρησης SOLAR PANEL SENSOR DATA μονάδας DL 9021 • IRRPV ‐ Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας στο φωτοβολταϊκό πάνελ. ‐ Όργανο μέτρησης SOLAR PANEL ELECTRICAL DATA μονάδας DL 9021 • VPV ‐ Η τάση του φωτοβολταϊκού πάνελ (τάση V1 στο κύκλωμα της Εικόνας 4). Πίνακας 1 ‐ Τιμές τάσης χωρίς φορτίο στους ακροδέκτες του πάνελ με βάση τη διακύμανση της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας Το γράφημα των τιμών τάσης χωρίς φορτίο στους ακροδέκτες του πάνελ, με βάση τη διακύμανση της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας, παρουσιάζεται στην Εικόνα 6 Εικόνα 6 ‐ Γράφημα τάσης χωρίς φορτίο στους ακροδέκτες του πάνελ με βάση τη διακύμανση της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας Το πείραμα μπορεί να επαναληφθεί εύκολα στο εργαστήριο . Για να απλοποιήσετε τη διαδικασία, να εισαγάγετε γρήγορα τις τιμές μέτρησης και να δημιουργήσετε το διάγραμμα ισχύος, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το υπολογιστικό φύλλο που περιλαμβάνεται στο αρχείο DL_SOL ‐ EXP ‐ 103 ‐ R_2.0.xlsx (Εικόνα 7) που επισυνάπτεται σε αυτό το εγχειρίδιο. Μπορείτε να ανοίξετε το αρχείο με το λογισμικό Excel. Εικόνα 7 ‐ Υπολογιστικό φύλλο αρχείου DL_SOL‐EXP‐103‐R_2.0.xlsx 6. Διεξαγωγή του πειράματος με το λογισμικό DL SOLAR ‐ BD1 Χρησιμοποιώντας το λογισμικό DL SOLAR ‐ BD1 που παρέχεται με το εκπαιδευτικό σύστημα, μπορείτε να διεξάγετε πολλές ασκήσεις πρακτικής εξάσκησης για τα θέματα που καλύπτονται σε αυτή την παράγραφο. Παραπέμποντας στην Εικόνα 8: • Ανοίξτε το λογισμικό DL SOLAR ‐ BD1. • Επιλέξτε Μελέτη φωτοβολταϊκού πάνελ από το πλαίσιο Λίστα κατηγοριών πειραμάτων. • Επιλέξτε μία από τις εφαρμογές που εμφανίζονται στο πλαίσιο Λίστα πειραμάτων. • Επιλέξτε το κουμπί Εκτέλεση. Ακολουθήστε τις οδηγίες στην online βοήθεια (HELP). Εικόνα 8 ‐ Διεξαγωγή του πειράματος με το λογισμικό DL SOLAR‐BD1