РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ И ПРИНЦИПА РАБОТЫ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА



В статье рассматривается конструктивная модель стенда для изучения работы солнечных панелей и топливного элемента. В качестве опытных образцов используются различные кремниевые фотоэлементы и батарея элементов, являющаяся одновременно электролизером и топливным элементом. Конструкция стенда подразумевает возможность изменения светового потока излучателя и его угла падения относительно поверхности солнечных панелей.

Ключевые слова: Лабораторный стенд, солнечные панели, электрические характеристики фотоэлементов, топливный элемент.

Принцип работы фотоэлектрических элементов давно изучен и освоен массовым производством. Применение солнечных панелей в качестве преобразователя дневного света является перспективой традиционной электроэнергетики.

Разработка предусматривает устанавливать различные виды солнечных панелей для изучения их свойств, кремниевые, из арсенида галлия, многослойные. В качестве источника света выступает освещение лаборатории, а так же лампа накаливания с отражателем, сила света лампы регулируется путем изменения тока протекающего через нее.

Над каждой из образцов солнечных панелей находятся однотипные искусственные источники света, неподвижно закрепленные на определенной высоте, что позволяет создать примерно одинаковые условия для каждого образца. При этом образцы закрепляются на вращающийся вокруг своей оси стержень, позволяющий изменять угол падения света на поверхность солнечных панелей. Таким образом, достигается условие равенства внешних условий для испытуемых образцов.

Применение таких конструкторских решений позволяет моделировать практически все режимы работы солнечных панелей реальных солнечных электростанций. Для контроля тока и напряжения в цепях питания используются цифровые вольтметры и амперметры.

Общий вид лабораторного стенда представлен на рисунке 1.

В экспериментах так же предусматривается изучение принципа работы и свойств топливного элемента. В качестве опытного образца предусматривается готовый вариант . Такой элемент сочетает в себе свойство электролизера и собственно топливного элемента работающего на газообразном топливе кислород-водород.

Обе колбы сообщаются через топливный элемент, в результате заправляя одну колбу жидкостью, она переливается в другую колбу, вытесняя воздух из системы. После заправки топливного элемента дистиллированной водой и пропускания постоянного тока через электроды, происходит выделение составных частей воды, кислорода и водорода. Они в свою очередь собираются в колбы, заполненные дистиллированной водой, при этом в колбах имеются купол с отверстиями для прямого сообщения с основным объемом жидкости в колбе.

Благодаря меткам на колбе, возможно определить объемы выделенных газов в процессе расщепления воды. Уровень воды в колбах устанавливается выше уровня топливного элемента, что обеспечивает заполненное состояние топливного элемента, а так же создает необходимое давление на газы находящиеся в куполе, для осуществления работы в режиме выработки электроэнергии.

Работа в режиме электролизера и собственно топливного элемента для данного устройства представлена на рисунке 3.

Для стенда собирается батарея из нескольких топливных элементов для увеличения выхода кислорода водорода в режиме электролизера и увеличения электрической мощности в режиме топливного элемента. Сочетание электролизер – топливный элемент позволяет упростить конструкцию и сэкономить капиталовложения.

В качестве электрической нагрузки для топливного элемента и наглядности устанавливается маломощный электродвигатель на постоянных магнитах.

Описанная выше установка позволяет:

 исследовать вольт-амперные характеристики солнечных элементов при различной интенсивности и углу падения солнечного излучения;