Fotovoltaik güneş hücrelerinde iteratif yöntemle doluluk faktörünün (FF) sıcaklığa bağımlılığının incelenmesi
Investigation of temperature dependent fill factor of photovoltaic solar cells by simple iterative method
Yazar: SÜMEYRA SAÇAKLI
Danışman: DOÇ. DR. NEŞE KAVASOĞLU
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında tek eklemli DC fotovoltaik güneş hücresi simülasyonu yapılmıştır. Simülasyon sürecinde silisyum homoeklem diyot yapısı kullanılmıştır. Teorik simülasyon sürecinde fotovoltaik hücreye, sabit dalga boyunda ve foton akısında ışıma düştüğü varsayılarak, sıcaklık 100-400 K arasında değiştirilmiştir.  DC fotovoltaik güneş hücrelerinin dış ortam elektronik performansını birçok elektronik devre parametresi kontrol etmektedir. Bunlardan başlıcaları; diyot faktör (n), ters besleme doyma akımı (Io) ve parazitik dirençler Rs (seri direnç), Rsh (paralel direnç) dir. Dış ortamdaki gerçek ölçümlerde, fotovoltaik güneş hücresinin n, Io, Rs ve Rsh gibi elektronik aygıt parametreleri sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir. Diğer taraftan özellikle akım-gerilim denkleminin Rs ve Rsh'a bağlı olarak ifade edilmesi sebebiyle, akım-gerilim denklemi transandantal bir denklem formuna dönüşür. Bu nedenle akım-gerilim denklemini sıradan analitik yöntemlerle çözümlemek zordur. Yapılan literatür çalışmalarında, özellikle FF (doluluk faktörü) adı verilen elektronik performans değerinin hesaplanmasıyla ilgili kayda değer bir çalışmaya rastlanılmamıştır. Bu yüzden, bu tez çalışmasında özellikle Si tabanlı fotovoltaik güneş hücresinde, FF'in sıcaklığa bağımlılığını ortaya koyan nümerik bir yöntem geliştirilmiştir. VisualBasic programlama dili kullanılarak transandantal formdaki akım-gerilim denkleminin, aygıt parametrelerini nümerik yöntemle çözümleyen bir algoritma geliştirilmiş ve değişken aygıt parametrelerine bağlı olarak doluluk faktörünün sıcaklıkla değişimi ortaya koyulmuştur. Elde edilen sonuçlar, 1981 yılında Richard H. Bube ve Alan L. Fahrenbruch, 2012 yılında Priyanka Singh ve N.M.Ravindra'nın yaptığı çalışmalarla kıyaslanmıştır.  Yapılan karşılaştırmalar elde edilen sonuçların literatürle oldukça iyi bir uyum içinde olduğunu göstermiştir.

Abstract:
In this thesis, we have performed a systematic simulation study by considering single-pn homojunction DC equivalent circuit model for a solar cell designed to operate under illumination. During the simulation process, si homojunction diode structure was considered. Throughout the theoretical simulation, we assumed as fixed illumination intensity and wavelength while operation temperature of the solar cell is changed. The operation temperature was changed between the 100-400K. The outdoor electronic performance of a solar cell has been controlled by many electronic device parameters. Some of the electronic device parameters can be expressed as diode factor (n), reverse saturation current (Io) and parasitic resistances (Rs, Rsh). In real-outdoor measurements have shown that many electronic device parameters of a solar cell such as n, Io, Rs and Rsh values change with changing temperature. On the other hand, the current voltage equation turn into an example of transcendental equation due to the existence of parasitic resistances (Rs and Rsh) dependending on the characteristics of the I-V equation in the current-voltage equation. The formula is an example of an implicit function due to the appearance of the current, I, on both sides of the equation and becomes unsolvable by known ordinary analytical methods. Another important solar cell parameter known as the fill factor (F.F.), which measures the squareness of the I-V curve. The "fill factor", more commonly known by its abbreviation "F.F.", is a parameter, which determines the maximum power from a solar cell. The variation in F.F. can be significant for solar cells operated at different temperatures. We could not attend any significant study about how the F.F. values can be calculated with changing temperature for variable device parameters in the literature. Thus, investigation of the temperature depended F.F. extraction is required a numerical method to display the effect of temperature on F.F. which limit the conversion efficiency of a solar cell.
Using Visual Basic programming language we have developed software. Software can mimic the I-V curve using input device parameters with desired operation temperature range. Software uses numerical computations algorithms during the transcendental equation solving process. Developed software has ability to perform accurate subsequent numerical calculation then it gives temperature dependent crucial device parameters such as F.F., n, Io, Rs and Rsh. Here we put forth a systematic study about the effect of temperature on the F.F values with the help of developed software. We have compared our results with available literature records. It is seen that trend of data is in good agreement with those reported by Richard H. Bube et al and N.M.Ravindra et al.