Лабораторія фотовольтаіки та цифрової електроніки

Фотовольтаїка – це наука яка вивчає технології фотоелектричного перетворення сонячного випромінювання на електричну енергію за допомогою сонячних панелей (батарей).

На кафедрі НАЕПС фотовольтаїку започатковано 2011 року в рамках виконання науково-дослідної роботи «Дослідження технологій з’єднання прецизійних деталей електронних приладів» (Договір №232/27-11, № державної реєстрації 0112U006802). Метою даної НДР було створення спеціальної клейової пасти на основі алмазного домішку для відведення зайвого тепла через тильну сторону сонячної батареї для запобігання поступового розвитку в ній деградаційного процесу, наслідком якого стає суттєве (на 10-30% ) зниження її коефіцієнту корисної дії (ККД). Ідея даної технології належить професору Маслову В.П., керівник роботи – професор Порєв В.А.

 Експлуатаційні параметри сонячних елементів і батарей визначають за їх вольт-амперними характеристиками (ВАХ). За формою ВАХ можна визначити сонячний елемент із найвищим ККД.

vah_chotyroh_sonjachnyh_elementivВАХ чотирьох сонячних елементів із різним вмістом алмазного домішку у клейовій суміші: зразок 3 має найвищий ККД.

На першому етапі, 2011-13 рр.,  вимірювання ВАХ проводили в Інституті прикладної електроніки НТУУ «КПІ ім. І.Сікорського».

Крім ВАХ досліджували приховані дефекти сонячних елементів і батарей методом інфрачервоної термографії (ІЧТ) в лабораторії неінвазивної діагностики НТУУ «КПІ ім. І.Сікорського» під орудою старшого наукового співробітника Дунаєвського В.І. Встановлено зв’язок між наявністю прихованих дефектів і формою ВАХ.

termogramy_sonjachnyh_elementiv_zrazok_1_maje_defekt termogramy_sonjachnyh_elementiv_zrazok_3_ne_maje_defektiv
Термограми сонячних елементів: а) – зразок 1 має дефект і у нього похила ВАХ; б) – зразок 3 не має дефектів і його ВАХ максимально наближена до прямокутної форми.

У 2013 році в лабораторії фотовольтаїки розроблені і впроваджені у науково-навчальний процес власні методи і засоби. Перш за все, телевізійний стенд активації і дослідження електролюмінісцентних дефектів (ЕЛД) в сонячних елементах і батареях (автори – Божко К.М. і Кушнір С.Х), а також динамічний метод вимірювання ВАХ на основі лінійної розгортки струму сонячної батареї (автор – Божко К.М.).

stend_dlja_doslidzhennja_eld_sonjachnyh_batarej

Стенд для дослідження ЕЛД сонячних батарей: 1- каскадне джерело живлення 1000 В; 2 – оптична лава; 3 – сонячна панель 30 Вт; 4 – монохромна камера NOVUS; 5 – штатив; 6- світло-ізолюючий екран; 7 – ПК із встановленою програмою OWLEYE; 8 – лінійний автотрансформатор (ЛАТР).

eld_sonjachnoi_batarei_zbilshene vymirjuvannja_geometrychnyh_rozmiriv_eld
ЕЛД сонячної батареї: а) – збільшене (масштаб 100:1) зображення ЕЛД на екрані ПК; б) – вимірювання геометричних розмірів ЕЛД за його яскравістю в масштабі 5 мкм на піксел.
vah_sonjachnoi_batarei_otrymana_oscylograma shema_prystroju_linijnoi_rozgortky_strumu
Метод динамічного вимірювання ВАХ: а) – ВАХ сонячної батареї, отримана як осцилограма (крива АВ), поряд лінійне зростання струму (лінія CD); б) – схема пристрою лінійної розгортки струму.

osvitlennja_batarei_imitatorom_sonjachnogo_vyprominjuvannjaОсвітлення батареї 140 Вт імітатором сонячного випромінювання.

Лабораторія фотовольтаїки і цифрової електроніки є полігоном для створення і випробування нових та вдосконалення існуючих методів і засобів контролю дефектів сонячних батарей, а також вимірювання їх експлуатаційних параметрів, перш за все, ВАХ.

З 2013 року студентами всіх рівнів були підготовлені та захищені 22 дипломні роботи, дипломні проекти і магістерські дисертації, тематика яких має  безпосередній зв’язок  із лабораторією. Її керівник, Божко К.М., під орудою професора Порєва В.А. у 2016 р. захистив кандидатську дисертацію на тему «Вдосконалення методів та засобів контролю дефектів фотоелектричних сонячних батарей».

Перспективним дослідженням є  вдосконалення методу візуалізації дефектів провідників і напівпровідників в коронному розряді (асп. Сидоренко, керівник – проф. Порєв. В.А.).

Результати досліджень були оприлюднені у статтях в наукових виданнях (всього – 12 статей), отримано 3 патенти на корисну модель, виконано 5 НДР.

defekty_sonjachnoi_kremnijevoi_plastynyДефекти сонячної кремнієвої пластини світяться у коронному розряді.

studenty_i_aspiranty_vymirjuvannja_vah_batareiСтуденти і аспіранти разом із викладачами демонструють вимірювання ВАХ батареї при сонячному освітленні.

aspirant_pahaljuk_r-i-_v_laboratoriiАспірант Пахалюк Р.І. в лабораторії.

studenty_skok_ta_isachenko_stend_1 studenty_skok_ta_isachenko_stend_2
Студенти Скок  та Ісаченко готують стенд до роботи.