РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ТФВ - ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Разработке и стандартизации методов и средств измерений параметров
фотопреобразователей уделяется большое внимание, что объясняется потребностью в
их точной аттестации в условиях производства. Для этих целей широко
используются специальные тестеры, которые иногда называют имитаторами
излучения. Предлагаемые в настоящее время имитаторы излучения в основном
ориентированы на воспроизведение спектрального состава, плотности,
пространственной равномерности и однородности потока в рабочей зоне имитатора,
что определяется требованиями к измерению характеристик солнечных элементов
[78, 79].
В настоящее время в Украине действует ГОСТ 28977-91 (МЭК 904-1-87),
регламентирующий методику измерения вольтамперных характеристик кристаллических
кремниевых СЭ. Однако не существует ни официально принятой методики градуировки
эталонных СЭ, ни их официального поставщика.
2.1. Разработка стенда для исследования нагрузочных характеристик
ТФВ – преобразователей
Для изучения нагрузочных характеристик ТФВ – преобразователей стандартные
имитаторы солнечного излучения оказываются не вполне удобными прежде всего в
силу отличий в спектральном составе источника излучения. Единых требований к
измерению ТФВ – преобразователей вообще не существует. В этой связи возникла
необходимость в разработке и изготовлении оборудования для исследования
нагрузочных характеристик ТФВ – преобразователей.
Градуировка источника излучения
Источником излучения служил карбид кремниевый нагревательный элемент,
закрепленный на вертикальном штативе и снабженный отражателем из полированной
нержавеющей стали. Изменение температуры нагревательного SiC – элемента
осуществлялось при помощи управляемого источника тока с регулятором
температуры. Температура излучателя в интервале 800 – 1050 єС контролировалась
при помощи ХА термопары и цифрового вольтметра В7-16 и оптического пирометра
ОППИР – 09 при температурах до 1200 оС.
Мощность излучения измерялась при помощи прибора ИМО-3. Принцип работы прибора
заключается в поглощении приемным элементом мощности теплового излучения и
преобразовании ее в эквивалентное значение термоэдс, значение которой
измеряется измерителем ЦР6802. Функциональная схема прибора, содержащего
первичный измерительный преобразователь (ПИП) представлена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Функциональная схема прибора ИМО-3.
ПИП в зависимости от положения переключателя («Р» или «Е») обеспечивает
нормированное преобразование в термоэдс энергии различной мощности. Входным
окном рабочей термоэлектрической секции служит матированная пластина из
лейкосапфира.
Выходной сигнал ПИП поступает на вход измерителя ЦР6802, в котором с помощью
аналого-цифрового преобразователя (АЦП) происходит обработка сигнала. При
измерении энергии максимальное значение импульсного сигнала запоминается с
помощью запоминающего устройства (ЗУ), а затем подается на цифровое табло. Блок
калибровки, расположенный в измерителе ЦР6802 обеспечивает подачу стабильной
электрической силы тока, около 10 мА, в нагреватель ПИП. Калибровка
производится в течение 3 минут, после чего сигнал автоматически отключается.
Принцип действия измерителя ЦР6802 основан на интегрирующем преобразовании
напряжения в интервал времени и цифровом измерении длительностей этих
интервалов путем из заполнения импульсами стабильной частоты.
Температура источника излучения (нагревательного элемента из карбида кремния)
определялась при помощи оптического пирометра ОППИР – 09 по спектральной
(монохроматической л=0,65 мкм) яркости. Усредненные результаты (для каждого
значения температуры выполнялось не менее трех раз) измерений зависимости
яркостной температуры излучателя от протекающего через него тока, а также
интегральной мощности излучения при различных температурах излучателя приведены
в табл. 2.1. Там же приведены значения истинной температуры, пересчитанные с
учетом того, что для глобара:
Приведенные в таблице 2.1 результаты измерений показывают, что карбид
кремниевый нагреватель имеет неоднородное распределение температуры вдоль
вертикальной оси (рис. 2.2, кривые 2 и 3). При этом градиент температуры вдоль
длины нагревательного элемента-излучателя увеличивается с повышением
температуры излучателя.
Таблица 2.1.
Результаты измерений характеристик излучателя.
I, A (при
U=68 В)
TSiC(ярк), єC
TSiC, єC
WпадУ, мВт
Pпад, мВт/см2
L1=46.5
L2=36.5
L3=26.5
L1=46.5
L2=36.5
L3=26.5
13.1
H1 = 310
54,2
35,2
H2 = 265
880
893
58,2
79,4
37,8
51,6
H3 = 240
70,0
45,5
H4 = 225
830
841
57,2
67,0
83,5
37,1
43,5
54,2
16.25
H1 = 310
94,0
61,0
H2 = 265
1020
1037
98,5
125,6
64,0
81,6
H3 = 240
118,5
77,0
H4 = 225
980
996
92,4
114,4
140,2
60,0
74,3
91,0
18.1
H1 = 310
H2 = 265
1070
1089
H3 = 240
123,2
161,5
216,0
80,0
104,9
140,3
H4 = 225
1040
1058
20.5
H1 = 310
136,3
88,3
H2 = 265
1160
1182
143,0
185,5
92,8
120,5
H3 = 240
177,7
260,0
115,4
168,8
H4 = 225
1120
1140
139,0
174,5
218,0
90,3
113,3
141,6
21.5
H1 = 310
H2 = 265
1200
1224
H3 = 240
172,8
216,0
112,2
140,3
H4 = 225
1160
1182
160,0
200,0
103,9
129,8
Таким образом, при определении нагрузочных характеристик ТФВ - преобразователя
необходимо учитывать как неоднородность потока излучения, падающего на его
поверхность, так и его спектральный состав, отличный от спе