Study of Mono- and Polycrystalline Silicon Solar Cells with Various Shapes for Photovoltaic Devices in 3D Format: Experiment and Simulation

Abstract

При підвищенні температури ефективність сонячних елементів падає, тому проектування та побудова фотоелектричних пристроїв із системою охолодження із сонячних елементів замість сонячних панелей є одним із найважливіших завдань сьогодення. В даній науковій роботі були досліджені різні форми фотоелектричних пристроїв у форматі 3D, які можуть охолоджуватися шляхом обертання навколо власної осі. У цих пристроях використовуються переважно трикутні та прямокутні сонячні елементи, тому вплив форми поперечного перерізу на фотоелектричні параметри монокристалічних та полікристалічних кремнієвих сонячних елементів досліджено експериментально та за допомогою моделювання. Результати показали, що сонячні елементи на основі полікристалічного кремнію можна вирізати прямокутними та використовувати у виробництві фотоелектричних пристроїв у формі призми, а сонячні елементи на основі монокристалічного кремнію можна використовувати для трикутного вирізання та у виробництві фотоелектричних пристроїв пірамідальної форми. На основі цих результатів експериментально досліджено фотоелектричний пристрій у формі шестикутної призми із прямокутного сонячного елементу на основі полікристалічного кремнію. Температура поверхні пристрою становила 50 °C без обертання, а напруга холостого ходу складала 13,12 В. У діапазоні швидкості обертання 0-6 рад/с напруга холостого ходу пристрою різко зросла на 0,36 В, а температура поверхні знизилася на 9,4 °C.

When the temperature increases, the efficiency of solar cells decreases, so the construction and design of photovoltaic devices with a cooling system from solar cells instead of solar panels is one of the most important tasks today. Therefore, in this scientific work, various forms of photoelectric devices in 3D format that can cool themselves by rotating around their own axis were studied. In these devices, mainly triangular and rectangular solar cells are used, so the effect of the cross-sectional shape on the photoelectric parameters of monocrystalline and polycrystalline silicon-based solar cells has been studied experimentally and with simulation. The results showed that polycrystalline silicon-based solar cells can be cut rectangular and used in the manufacture of prism-shaped photovoltaic devices, as well as monocrystalline silicon-based solar cells can be used in triangular cutting and in the manufacture of pyramid-shaped photovoltaic devices. Based on these results, a hexagonal prism-shaped photoelectric device made of a rectangular polycrystalline siliconbased solar cell was studied experimentally. The surface temperature of the device was 50 °C without rotation and the open circuit voltage was 13.12 V. In the range of 0-6 rad/s of rotation speed, the open circuit voltage of the device increased sharply by 0.36 V and the surface temperature decreased by 9.4 °C.