Novel electrothermal-radiometric multi domain measurement techniques and models for solar cell characterization  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
100794
Type K
Principal investigator Ress, Sándor László
Title in Hungarian Újszerű, elektrotermikus és radiometriai multidomén mérési eljárások és modellek napelemek minősítésére
Title in English Novel electrothermal-radiometric multi domain measurement techniques and models for solar cell characterization
Keywords in Hungarian napelem minősítés, multidomén karakterizáció, napelem elektrotermikus karakterizációja
Keywords in English solar cell characterization, multi domain characterization, solar cell electro-thermal characterization
Discipline
Electronic Devices and Technologies (Council of Physical Sciences)80 %
Material Science and Technology (electronics) (Council of Physical Sciences)20 %
Panel Informatics and Electrical Engineering
Department or equivalent Department of Electron Devices (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Berényi, Csaba
Földváry-Bándy, Enikő
Földváry-Bándy, Enikő
Földváry-Bándy, Enikő
Juhász, László
Kohári, Zsolt
Kollár, Erno
Mizsei, János
Plesz, Balázs
Poppe, András
Szabó, Péter Gábor
Timárné Horváth, Veronika
Starting date 2012-01-01
Closing date 2015-12-31
Funding (in million HUF) 38.351
FTE (full time equivalent) 13.55
state closed project
Summary in Hungarian
A napelemek jelenlegi szabványos mérései nem térnek ki a napelemek hőmérsékletfüggésre, holott a fotovoltaikus eszközök által leadott teljesítmény nem csak a beérkező sugárzás paramétereitől, hanem a hőmérséklettől is erősen függ. A kutatás célja egy olyan minősítési eljárás és hozzákapcsolódó napelemmodell megalkotása, amely a hőmérsékleti adatok és a fényviszonyok, valamint a minősítési eljárás során kinyert napelem-paraméterek ismeretében pontosan leírja a napelem viselkedését az adott környezeti körülmények mellett. A napelemek megvilágításra szórt és direkt fény állítható arányban kibocsátó megvilágítást használva az adott időjárási viszonyoknak jobban megfelelő napszimulátorokat lehet készíteni. Ezeket a vizsgálandó eszköz hőmérsékletét változtatásával kiegészítve gyorsan és hatékonyan lehet széles spektrumban szimulálni az időjárási viszonyokat, és rögzíteni az eszköz viselkedést, majd az eszköz félempirikus statikus elektrotermikus multidomén modelljét extrahálni. A napelemek spektrális válaszának hőmérsékletfüggését vizsgálva pedig tovább pontosítható a modell.
Annak ellenére, hogy a napelemek elektromos és termikus viselkedése erősen összefügg, változó fényiszonyok mellett a napelemek elektromosan nagyságrendekkel gyorsabban reagálnak mint termikusan, így változékony fényviszonyok esetén fontos a tranziens elektrotermikus multidomén modell meghatározása is, amely figyelembe veszi a napelem, illetve napelemmodul a környezet felé mérhető hőterjedési útját, azaz hőellenállását és hőkapacitását. Ennek vizsgálatára és meghatározására különösen alkalmas a termikus tranziens mérési módszer.
Summary
Current standard measurements for solar cells do not incorporate the temperature dependence of the cells, although the power delivered by photovoltaic devices does not only depend on the irradiation conditions, but shows a strong temperature dependence too.
Goal of this project is to develop multi-domain measurement techniques and corresponding device models, which can precisely describe the behavior of solar cells at particular conditions by using irradiation and temperature data and the parameters obtained by applying the measurement techniques.
By using solar simulators, which can vary the intensity of direct and diffuse components in the irradiation, the weather conditions can be modeled more precisely than using solar simulators according to current standards. Adding the possibility of temperature adjustment to the measurement system a broad spectrum of weather conditions can be simulated, enabling a quick and effective determination of the device characteristics over this wide range of weather conditions. From the gathered characteristics a semi-empirical static electro-thermal multi-domain model can be extracted, which by taking into consideration the thermal dependence of the spectral response results in an even more precise model.
The electric and thermal behavior of solar cells interlink, but the electric response to changing irradiation conditions is by orders of magnitudes faster than the thermal response, thus for unsteady weather conditions the transient electro-thermal multi-domain model could be of importance. This model considers the thermal and heat capacity between the solar cell and the ambient, which parameters can be excellently determined by the thermal transient measurement.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A projekt során kifejlesztett, kombinált elektrotermikus modell egyrészt alkalmas pontosabb energiatermelés előrejelző modell létrehozására, mivel figyelembe tudja venni a hőmérsékletváltozás okozta teljesítményváltozást, másrészt a napelem modulok hőkapacitásának figyelembevételével rövidtávú tranziens viselkedés szimulációját is lehetővé teszi. Mind a termikus, mind az elektromos modell félempirikus felépítésű: a modellezéshez szükséges paraméterek modulokon vagy cellákon végzett mérésekből meghatározhatóak A kifejlesztett karakterizálási eljárások egyrészt biztosíthatják modellezéshez a szükséges bemeneti paramétereket, másrészt a napelemek hőmérséklet- és fényintenzitás-függésének mélyreható vizsgálatára is alkalmasak. A napelemekre adaptált termikus tranziens mérés és a felületi potenciáltérképezés értékes addicionális mérési technikának bizonyult a napelemek minőségbiztosítása során is. Megmutattuk, hogy a termikus tranziens mérés jól használható a napelem modulok környezet felé történő hő átadásának optimalizálásában is, ami hozzájárulhat a hatásfok, és a termelt energiamennyiség növeléséhez. A projekt során kifejlesztett mérőállomás a napelemek teljes karakterisztikáját rögzíti, a szórt és a teljes fénybesugárzás értékével, valamint a teljes besugárzás spektrumával együtt. Ezen adatok együttes mérése egyedülálló, és számos új modellezési megközelítés alapját képezheti.
Results in English
The combined electrothermal model developed in the framework of the project is suited for the creation of precise energy production models, since the temperature dependence of the delivered is taken into account. Due the incorporation of the thermal capacitance the model can also predict the short term transient behaviour of the modelled device. Both the electric both the thermal model is built up modularly: the modelling parameter can be derived from specific measurements of the devices. The developed characterization techniques can on hand deliver the input parameters for the developed models. On the other hand they are suitable for the investigation of the temperature and light intensity dependence. Adapting the thermal transient measurement and the surface potential mapping to solar cells resulted in a valuable additional measurement for the quality assurance of solar cells. It was shown, that the thermal transient measurement can be well applied to the optimization of the heat extraction from the solar panels. This can result in the improvement of the efficiency and the supplied power. The developed measurement station records the entire characteristics of the devices, together with the values of the diffuse and direct irradiation, and the irradiated spectrum. The combined acquisition of these date is unique, and enables a wide variety of new modelling approaches.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=100794
Decision
Yes





 

List of publications

  
T. Lavrenko, K. Marzinzig, T. Walter, B. Plesz, S. Ress: On Application of the Vibrating Kelvin Probe Method for Quality Control of Cu(In,Ga)(Se,S)2 Thin Film Solar Modules, Progress in Photovoltaics, in print, 2016
B. Plesz, P. G. Szabó, D. Dudola, G. Hantos, S. Ress: Possibilities and Challenges of Thermal Transient Testing as a Characterization Method for Photovoltaic Devices, 31st European PV Solar Energy Conference and Exhibition: EU PVSEC 2015, 14-18 September 2015, Hamburg, pp. 2031-2034, 2015
B. Plesz, Zs. Kohári, P. G. Szabó, A. Timár, Gy. Bognár: Novel Semi-Empirical Combined Electro-Thermal Model for Solar Modules, 31st European PV Solar Energy Conference and Exhibition: EU PVSEC 2015, 14-18 September 2015, Hamburg, pp. 2022-2026, 2015
B. Plesz, S. Ress, P. G. Szabó, G. Hantos, D. Dudola: Issues of Thermal Transient Testing on Photovoltaic Modules, Proceedings of the 20th International Workshop on THERMal INvestigation of ICs and Systems (THERMINIC'14), 24-26 Sept 2014, London, UK, pp.1-4, 2014
Enikő Bándy, Márta Rencz: Enhanced semitransparent monocrystalline silicon solar cell structure, Proceedings of the 14th Biennial Baltic Electronics Conference, 6-8 Oct 2014, Tallinn, Estonia, pp. 29-32., 2014
Plesz, B; Vass-Varnai, A: Characterization of solar cells by thermal transient testing, Microelectronic Journal, Vol. 45, No. 12, 2014, pp. 1710–1715, 2014
Plesz, B.; Ress, S.: Investigation of the thermal behaviour of thin crystalline silicon solar cells, 19th International Workshop on Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC), 25-27 Sept. 2013, Berlin, Germany, pp. 15-20, 2013
Plesz, B; Hantos, G: Thermal behavior of crystalline thin film silicon solar cells., International Journal of Renewable and Sustainable energy, Vol. 2, No. 3, 2013, pp.115-119, 2013
Bandy, E; Rencz, M: Alternative technology used to manufacture semitransparent monocrystalline silicon solar cells, Microsystem Technologies, Vol. 19, No. 6, 2013, pp. 819–827, 2013
Bándy,E; Földváry,Á; Rencz, M: The effect of heat treatment on spin-on oxide glasses in solar cell application, 19th International Workshop on Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC), 25-27 Sept. 2013, Berlin, Germany, pp. 297-300, 2013
Enikő Bándy, Márta Rencz: Enhanced semitransparent monocrystalline silicon solar cell structure, Proceedings of the 14th Biennial Baltic Electronics Conference. Tallinn, Észtország, 2014.10.06-2014.10.08. pp. 29-32., 2014
Plesz, B.; Ress, S.: Investigation of the thermal behaviour of thin crystalline silicon solar cells, pp. 15-20 Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC), 2013 19th International Workshop on, 25-27 Sept. 2013, IEEE, Berlin, 2013
Plesz, B.; Ress, S: Investigation of the thermal behaviour of thin crystalline silicon solar cells, Microelectronic Journal, submitted publication, 2014
Plesz, B; Vass-Varnai, A: Characterization of solar cells by thermal transient testing, Microelectronic Journal, accepted publication, 2014
Plesz, B; Hantos, G: Thermal behavior of crystalline thin film silicon solar cells., INTERNATIONAL JOURNAL OF RENEWABLE AND SUSTAINABLE ENERGY, 2013
Hantos Gusztáv, Berényi Csaba, Tinódi Péter, Plesz Balázs: LED-ek alkalmazása napszimulátorokban, absztrakt, IV. LED Konferencia, 2013. február 5-6, Budapest, 2013
Bandy, E; Rencz, M: Alternative technology used to manufacture semitransparent monocrystalline silicon solar cells, Microsyst Technol (2013) 19:819–827, 2013
Bándy,E; Földváry,Á; Rencz, M: The effect of heat treatment on spin-on oxide glasses in solar cell application, pp. 297-300 Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC), 2013 19th International Workshop on, 25-27 Sept. 2013, IEEE, Berlin, 2013, 2013
Plesz, B; Vass-Varnai, A: Characterization of solar cells by thermal transient testing, Microelectronic Journal, Volume 45, Issue 12, December 2014, Pages 1710–1715, 2014
Bandy, E; Rencz, M: Alternative technology used to manufacture semitransparent monocrystalline silicon solar cells, Microsyst Technol (2013) 19:819–827, 2013
B. Plesz, S. Ress, P. G. Szabó, G. Hantos, D. Dudola: Issues of Thermal Transient Testing on Photovoltaic Modules, In: Chris Bailey, Marta Rencz, Bernhard Wunderle (szerk.) (szerk.) Proceedings of the 20th International Workshop on THERMal INvestigation of ICs and Systems (THERMINIC'14). New York: IEEE, Inc., 2014. pp. 1-4. (Proceedings of the 20th International Workshop on THERMal INvestigation of ICs and Systems (THERMINIC'14)), 2014




 

Events of the project

  
2016-05-27 10:27:39
Résztvevők változása
2013-04-08 17:53:31
Résztvevők változása



Back »