2015-01-30
650
Имеется солнечный элемент, который при освещении ведет себя подобно обычному кремниевому диоду при прямом освещении (U > 0). В темновом режиме при комнатной температуре параметры элемента таковы: I нас = 3,3 нА; α = 1,3 [идеальный коэффициент использования]; A = 1,7 см2; ri = 0,8 Ом (внутреннее сопротивление прибора). При освещении солнечного элемента в резистивной нагрузке проходит ток I н = 36 мА. Определите:
а) напряжение U x в режиме холостого хода (I = 0);
б) связь между сопротивлением нагрузки R н и током I; положительным или отрицательным является данный ток?
в) значения величин I, U, и R н, обеспечивающие максимальную мощность в нагрузке, а также саму эту мощность;
г) коэффициент насыщения вольт – амперной характеристики солнечного элемента;
д) выходное напряжение при R н = 2 R н m и Rн = 0,5Rн m.
Решение:
а) Напряжение холостого хода определяем по формуле:
.
б) Электродвижущая сила элемента Ui = – I /(R н+ ri), где R н – сопротивление нагрузки, включенной последовательно с внутренним сопротивлением ri солнечного элемента. Используя то, что напряжение на нагрузке U = IR н, находим
|
|
|
где учтено что I < 0.
в) Мощность в нагрузке
где 
Мощность максимальна в том случае, когда ее производная по I обращается в нуль:
Следовательно, условие максимума мощности
Отсюда находим Im = –33,52 мА; R н m = 12,9 Ом; Um = – Um Rн m = = 0,43 В. В результате получаем Pm = ImUm = 14,5 мВт.
г) Коэффициент насыщения вольт-амперной характеристики
д) В соответствии с уравнением, полученным в п. б), учитывая, что R н = 2 R н m = 25,8 Ом, получаем I н = 36 мА и Р н = 8,36 мВт.
