Применение самовосстанавливающихся элементов для электрической защиты солнечных батарей
Проанализированы возможности применения самовосстанавливающихся предохранителей на основе полимерных композитов с наноуглеродными наполнителями для электрической изоляции «перегретых» фотоэлектрических элементов солнечных батарей. Исследования вольт-амперной и ватт-амперной характеристик проведены с...
Gespeichert in:
| Datum: | 2018 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2018
|
| Schriftenreihe: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133233 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Применение самовосстанавливающихся элементов для электрической защиты солнечных батарей / А.С. Тонкошкур, А.В. Иванченко, Л.В. Накашидзе, С.В. Мазурик // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2018. — № 1. — С. 43-49. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-133233 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1332332025-02-23T17:33:30Z Применение самовосстанавливающихся элементов для электрической защиты солнечных батарей Використання самовідновлюваних елементів для електричного захисту сонячних батарей Application of resettable elements for electrical protection of solar batteries Тонкошкур, А.С. Иванченко, А.В. Накашидзе, Л.В. Мазурик, С.В. Энергетическая микроэлектроника Проанализированы возможности применения самовосстанавливающихся предохранителей на основе полимерных композитов с наноуглеродными наполнителями для электрической изоляции «перегретых» фотоэлектрических элементов солнечных батарей. Исследования вольт-амперной и ватт-амперной характеристик проведены с использованием модели структуры, представляющей собой параллельное соединение нескольких последовательно включенных фотоэлектрических элементов и указанных предохранителей. Рассмотрено влияние температуры окружающей среды и дрейфа сопротивления предохранителей в проводящем состоянии в процессе их многократного срабатывания. Установлено, что предложенные элементы защиты не влияют на работу солнечных батарей в рабочем диапазоне температур и могут применяться для электрической изоляции локальных областей и компонентов солнечных батарей с повышенной температурой. У даній роботі пропонується використовувати додаткові пристрої для ізоляції перегрітих елементів (і/або компонентів) сонячних батарей — самовідновлювані запобіжники типу “PolySwith”. Ці структури являють собою полімерні композити з нанорозмірними вуглецевими наповнювачами. Їх базова функціональна властивість — стрибкоподібне збільшення електричного опору на кілька порядків за досягнення деякої граничної температури і повернення у вихідний високопровідний стан при зниженні температури. Досліджено можливості застосування запобіжників указаного типу для ізоляції «перегрітих» фотоелектричних елементів. Основну увагу приділено вивченню впливу запобіжників на роботу сонячної батареї в робочому діапазоні температур та їхньої функціональної придатності в позаштатних ситуаціях, пов'язаних з перегрівом. In this work additional devices for insulation of overheating cells (and/or components) of solar batteries such as «PolySwith» resettable fuses are proposed to be used as a perspective solution of such problems. These structures are polymer composites with nanosized carbon fillers. Electrical resistance of such a fuse increases abruptly by several orders of magnitude when certain threshold temperature is reached, and when the temperature decreases the fuse returns to its initial high-conductivity state. This study investigates the possibilities of using the specified type of fuses for electrical insulation of «overheated» photovoltaic cells. Particular attention is paid to the research of the effect of fuses on the working of the solar batteries in the operating temperature range and their functional applicability in emergency situations associated with overheating. The studies were carried out using a model structure of several series of parallel connected photovoltaic cells and specified fuses. Attention is paid to the influence of such factors as the ambient temperature and the drift of the fuses resistance in the conducting state in the process their multiple switching. 2018 Article Применение самовосстанавливающихся элементов для электрической защиты солнечных батарей / А.С. Тонкошкур, А.В. Иванченко, Л.В. Накашидзе, С.В. Мазурик // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2018. — № 1. — С. 43-49. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2018.1.43 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133233 621.31 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре application/pdf Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Энергетическая микроэлектроника Энергетическая микроэлектроника |
| spellingShingle |
Энергетическая микроэлектроника Энергетическая микроэлектроника Тонкошкур, А.С. Иванченко, А.В. Накашидзе, Л.В. Мазурик, С.В. Применение самовосстанавливающихся элементов для электрической защиты солнечных батарей Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Проанализированы возможности применения самовосстанавливающихся предохранителей на основе полимерных композитов с наноуглеродными наполнителями для электрической изоляции «перегретых» фотоэлектрических элементов солнечных батарей. Исследования вольт-амперной и ватт-амперной характеристик проведены с использованием модели структуры, представляющей собой параллельное соединение нескольких последовательно включенных фотоэлектрических элементов и указанных предохранителей. Рассмотрено влияние температуры окружающей среды и дрейфа сопротивления предохранителей в проводящем состоянии в процессе их многократного срабатывания. Установлено, что предложенные элементы защиты не влияют на работу солнечных батарей в рабочем диапазоне температур и могут применяться для электрической изоляции локальных областей и компонентов солнечных батарей с повышенной температурой. |
| format |
Article |
| author |
Тонкошкур, А.С. Иванченко, А.В. Накашидзе, Л.В. Мазурик, С.В. |
| author_facet |
Тонкошкур, А.С. Иванченко, А.В. Накашидзе, Л.В. Мазурик, С.В. |
| author_sort |
Тонкошкур, А.С. |
| title |
Применение самовосстанавливающихся элементов для электрической защиты солнечных батарей |
| title_short |
Применение самовосстанавливающихся элементов для электрической защиты солнечных батарей |
| title_full |
Применение самовосстанавливающихся элементов для электрической защиты солнечных батарей |
| title_fullStr |
Применение самовосстанавливающихся элементов для электрической защиты солнечных батарей |
| title_full_unstemmed |
Применение самовосстанавливающихся элементов для электрической защиты солнечных батарей |
| title_sort |
применение самовосстанавливающихся элементов для электрической защиты солнечных батарей |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2018 |
| topic_facet |
Энергетическая микроэлектроника |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133233 |
| citation_txt |
Применение самовосстанавливающихся элементов для электрической защиты солнечных батарей / А.С. Тонкошкур, А.В. Иванченко, Л.В. Накашидзе, С.В. Мазурик // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2018. — № 1. — С. 43-49. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT tonkoškuras primeneniesamovosstanavlivaûŝihsâélementovdlâélektričeskojzaŝitysolnečnyhbatarej AT ivančenkoav primeneniesamovosstanavlivaûŝihsâélementovdlâélektričeskojzaŝitysolnečnyhbatarej AT nakašidzelv primeneniesamovosstanavlivaûŝihsâélementovdlâélektričeskojzaŝitysolnečnyhbatarej AT mazuriksv primeneniesamovosstanavlivaûŝihsâélementovdlâélektričeskojzaŝitysolnečnyhbatarej AT tonkoškuras vikoristannâsamovídnovlûvanihelementívdlâelektričnogozahistusonâčnihbatarej AT ivančenkoav vikoristannâsamovídnovlûvanihelementívdlâelektričnogozahistusonâčnihbatarej AT nakašidzelv vikoristannâsamovídnovlûvanihelementívdlâelektričnogozahistusonâčnihbatarej AT mazuriksv vikoristannâsamovídnovlûvanihelementívdlâelektričnogozahistusonâčnihbatarej AT tonkoškuras applicationofresettableelementsforelectricalprotectionofsolarbatteries AT ivančenkoav applicationofresettableelementsforelectricalprotectionofsolarbatteries AT nakašidzelv applicationofresettableelementsforelectricalprotectionofsolarbatteries AT mazuriksv applicationofresettableelementsforelectricalprotectionofsolarbatteries |
| first_indexed |
2025-11-24T04:30:10Z |
| last_indexed |
2025-11-24T04:30:10Z |
| _version_ |
1849644664450187264 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2018, ¹ 1
43
ÝÍÅÐÃÅÒÈЧÅÑÊÀЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ISSN 2225-5818
ÓÄÊ 621.31
Ä. ф.-м. н. А. С. ТОНКОШКУР, к. ф.-м. н. А. В. ИВАНЧЕНКО,
к. т. н. Л. В. НАКАШИÄЗЕ, С. В. МАЗУРИК
Óêðàèíà, Äíèïðîâñêèé íàцèîíàëьíыé óíèâåðñèòåò èмåíè Оëåñÿ Гîíчàðà
E-mail: IvanchenkoAV@ukr.net
ПРИМЕНЕНИЕ САМОВОССÒАНАВЛИВАЮЩИХСЯ
ЭЛЕМЕНÒОВ ÄЛЯ ЭЛЕÊÒРИЧЕСÊОЙ ЗАЩИÒЫ
СОЛНЕЧНЫХ БАÒАРЕЙ
Сîëíåчíыå бàòàðåè ÿâëÿюòñÿ îдíèмè èз íàè-
бîëåå ïåðñïåêòèâíыõ èñòîчíèêîâ âîзîбíîâëÿå-
мîé ýëåêòðîýíåðãèè. Оíè ñîñòîÿò èз дåñÿòêîâ
è ñîòåí òыñÿч îòдåëьíыõ фîòîýëåêòðèчåñêèõ
(PV, photovoltaic) ýëåмåíòîâ, ñîåдèíåííыõ
ïàðàëëåëьíî-ïîñëåдîâàòåëьíî ñ цåëью îбåñïåчå-
íèÿ òðåбóåмыõ íîмèíàëîâ òîêà è íàïðÿжåíèÿ.
Одíèм èз îïðåдåëÿющèõ фàêòîðîâ îбåñïåчåíèÿ
îïòèмàëьíîãî ðåжèмà фóíêцèîíèðîâàíèÿ è íà-
дåжíîñòè òàêèõ мíîãîêîмïîíåíòíыõ ñèñòåм ÿâ-
ëÿåòñÿ èдåíòèчíîñòь фîòîýëåêòðèчåñêèõ õàðàê-
òåðèñòèê PV-ýëåмåíòîâ.
В ïðîцåññå ýêñïëóàòàцèè, îдíàêî, â PV-
ýëåмåíòàõ è èõ ñîåдèíåíèÿõ âîзíèêàюò ðàзëèч-
íыå дåфåêòы (èз-зà êîððîзèè, мèãðàцèè мåòàë-
ëà чåðåз p—n-ïåðåõîд, óõóдшåíèÿ êàчåñòâà êîí-
òàêòîâ è àíòèîòðàжàющåãî ïîêðыòèÿ, êîðîòêèõ
зàмыêàíèé è îбðыâà ñîåдèíèòåëьíыõ ïðîâîдîâ
è ò. д. [1]). Вмåñòå ñ фóíêцèîíèðîâàíèåм â óñëî-
âèÿõ мåíÿющåéñÿ íåîдíîðîдíîé îñâåщåííîñòè
ýòî ïðèâîдèò ê òàê íàзыâàåмым íåñîîòâåòñòâè-
ÿм (ðàзëèчèÿм) мåждó ïàðàмåòðàмè îòдåëьíыõ
ýëåмåíòîâ è èõ ãðóïï, â ðåзóëьòàòå чåãî âîзíè-
êàюò èõ ëîêàëьíыå ïåðåãðåâы è èíòåíñèфèцè-
ðóюòñÿ ïðîцåññы дåãðàдàцèè [1—3].
В íàñòîÿщåå âðåмÿ íàèбîëåå èзâåñòíым ñïî-
ñîбîм ñíèжåíèÿ âëèÿíèÿ íåñîîòâåòñòâèÿ, â чàñò-
íîñòè, â фîòîýëåêòðèчåñêèõ мîдóëÿõ (PVM) ïðè
ïîñëåдîâàòåëьíîм ñîåдèíåíèè PV-ýëåмåíòîâ ÿâ-
ëÿåòñÿ èñïîëьзîâàíèå шóíòèðóющèõ îбâîдíыõ
Проанализированы возможности применения самовосстанавливающихся предохранителей на основе
полимерных композитов с наноуглеродными наполнителями для электрической изоляции «перегре-
тых» фотоэлектрических элементов солнечных батарей. Исследования вольт-амперной и ватт-
амперной характеристик проведены с использованием модели структуры, представляющей собой
параллельное соединение нескольких последовательно включенных фотоэлектрических элементов и
указанных предохранителей. Рассмотрено влияние температуры окружающей среды и дрейфа со-
противления предохранителей в проводящем состоянии в процессе их многократного срабатыва-
ния. Установлено, что предложенные элементы защиты не влияют на работу солнечных батарей
в рабочем диапазоне температур и могут применяться для электрической изоляции локальных об-
ластей и компонентов солнечных батарей с повышенной температурой.
Ключевые слова: самовосстанавливающийся предохранитель, полимерный нанокомпозит, фото-
электрический элемент, вольт-амперная характеристика, кривая мощности, перегрев.
дèîдîâ, ïðè ïàðàëëåëьíîм ñîåдèíåíèè — бëî-
êèðóющèõ дèîдîâ [1, 4—6]. Эòî ïîзâîëÿåò ñíè-
зèòь ïîòåðè ýíåðãèè, ñâÿзàííыå ñ íåîдíîðîдíî-
ñòью îñâåщåíèÿ ñîëíåчíыõ бàòàðåé, íî ïðè ýòîм
дàëåêèмè дî ïîëíîãî ðåшåíèÿ îñòàюòñÿ ïðîбëå-
мы, ñâÿзàííыå ñ ïåðåãðåâîм. Нàèбîëåå èзâåñò-
íыå èз íèõ:
— íàëèчèå ëîêàëьíыõ òîчåê ðàзîãðåâà
òèïà «ãîðÿчèõ ïÿòåí» íåïîñðåдñòâåííî â PV-
ýëåмåíòàõ èëè â èõ ïðèêîíòàêòíыõ îбëàñòÿõ [2,
3], âызâàííыõ êîðîòêèмè зàмыêàíèÿмè è дåãðà-
дàцèîííымè ïðîцåññàмè;
— ýëåêòðèчåñêèé ðàзîãðåâ дèîдîâ â PVM è â
ïàíåëÿõ бàòàðåé, à òàêжå зàâèñèмîñòь èõ фóíê-
цèîíàëьíыõ ñâîéñòâ îò òåмïåðàòóðы [1].
Пîñêîëьêó ïîâышåííàÿ òåмïåðàòóðà ñòèмó-
ëèðóåò дåãðàдàцèю PV-ýëåмåíòîâ (à òàêжå îб-
âîдíыõ è бëîêèðóющèõ дèîдîâ) [2, 3, 7, 8], ñ
цåëью óâåëèчåíèÿ ñðîêà ñëóжбы ñîëíåчíыõ бà-
òàðåé â ðÿдå ñëóчàåâ мîжåò быòь цåëåñîîбðàз-
íым âðåмåííîå îòêëючåíèå (èзîëÿцèÿ) íåêîòî-
ðыõ åå ýëåмåíòîâ. Одíèм èз ïåðñïåêòèâíыõ ðå-
шåíèé òàêîé зàдàчè ïðåдñòàâëÿåòñÿ èñïîëьзîâà-
íèå â êàчåñòâå дîïîëíèòåëьíыõ óñòðîéñòâ дëÿ
èзîëÿцèè íåàêòèâíыõ (зàòåíåííыõ èëè дåфåêò-
íыõ) îбëàñòåé êàê îòдåëьíыõ PV-ýëåмåíòîâ,
òàê è èõ мîдóëåé, ñàмîâîññòàíàâëèâàющèõ-
ñÿ PPTC-ïðåдîõðàíèòåëåé (PPTC, polymeric
positive temperature coefficient) òèïà PolySwith,
ïðåдñòàâëÿющèõ ñîбîé ïîëèмåðíыå êîмïîзèòы
DOI: 10.15222/TKEA2018.1.43
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2018, ¹ 1
44
ÝÍÅÐÃÅÒÈЧÅÑÊÀЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ISSN 2225-5818
ñ íàíîðàзмåðíымè óãëåðîдíымè íàïîëíèòåëÿ-
мè. Бàзîâîå фóíêцèîíàëьíîå ñâîéñòâî PPTC-
ïðåдîõðàíèòåëÿ — ñêàчêîîбðàзíîå, íà íåñêîëь-
êî ïîðÿдêîâ, óâåëèчåíèå ýëåêòðèчåñêîãî ñîïðî-
òèâëåíèÿ ïðè дîñòèжåíèè íåêîòîðîé ïîðîãîâîé
òåмïåðàòóðы è âîзâðàò â èñõîдíîå âыñîêîïðî-
âîдÿщåå ñîñòîÿíèå ïðè ïîíèжåíèè òåмïåðàòó-
ðы [9, 10].
PPTC-ïðåдîõðàíèòåëè ýффåêòèâíî зàщèщà-
юò èñòîчíèêè ïèòàíèÿ â ñëóчàå êîðîòêîãî зà-
мыêàíèÿ èëè ïåðåãðóзêè ïî òîêó. В чàñòíîñòè,
òàêèå ýëåмåíòы íàшëè ïðèмåíåíèå êàê óñòðîé-
ñòâà ýëåêòðèчåñêîé è òåïëîâîé зàщèòы â àêêó-
мóëÿòîðàõ è ãàëьâàíèчåñêèõ èñòîчíèêàõ ïèòàíèÿ
[11—15]. Òàê, ëåíòîчíыå ýëåмåíòы PolySwitch
ðàзðàбîòàíы дëÿ зàщèòы íèêåëь-êàдмèåâыõ,
íèêåëь-ãèдðèдîмåòàëëèчåñêèõ è ëèòèé-èîííыõ
àêêóмóëÿòîðíыõ бàòàðåé, èñïîëьзóåмыõ â òå-
ëåфîííыõ àïïàðàòàõ ñîòîâîé ñâÿзè, êîмïьюòå-
ðàõ òèïà «Нîóòбóê» è дðóãîм ïåðåíîñíîм ýëåê-
òðîííîм îбîðóдîâàíèè. Сâåðõïëîñêèå êîмïî-
íåíòы мîжíî ïðèâàðèâàòь íåïîñðåдñòâåííî íà
ýëåмåíòы бàòàðåè дëÿ èõ зàщèòы îò ïåðåãðå-
âà, âызâàííîãî êîðîòêèм зàмыêàíèåм èëè ïåðå-
ãðóзêîé ïî òîêó. Пðè óñòðàíåíèè íåèñïðàâíî-
ñòè ñîïðîòèâëåíèå ïðèбîðà âîзâðàщàåòñÿ ê ñâî-
åмó èñõîд íîмó íèзêîîмíîмó зíàчåíèю, è бàòà-
ðåю мîжíî èñïîëьзîâàòь ñíîâà. Òàêàÿ зàщèòà
мîжåò âыïîëíÿòьñÿ мíîãîêðàòíî, ïðåдîòâðàщàÿ
íåîбðàòèмыå дåãðàдàцèîííыå ïðîцåññы â зàщè-
щàåмыõ ýëåмåíòàõ è íå âызыâàÿ èõ ðàзðóшåíèå.
Ê дîñòîèíñòâàм òàêèõ ñòðóêòóð íà îñíîâå ïî-
ëèмåðíыõ êîмïîзèòîâ ñ íàíîóãëåðîдíымè íà-
ïîëíèòåëÿмè мîжíî îòíåñòè:
— ñîïðîòèâëåíèå, бëèзêîå ê ñîïðîòèâëåíèю
мåòàëëîâ, ïðè òåмïåðàòóðå íèжå òåмïåðàòóðы
ïåðåêëючåíèÿ è бëèзêîå ê ñîïðîòèâëåíèю èзî-
ëÿòîðà ïðè òåмïåðàòóðå âышå íåå [9, 10];
— âîзмîжíîñòь ðåàëèзàцèè â âèдå дèñêðåò-
íыõ ýëåмåíòîâ è íåïðåðыâíыõ ïëåíîê-ëåíò
[13, 14] (чòî âàжíî ïðè âыïîëíåíèè èзîëÿцèè
ëîêàëьíîé дåфåêòíîé îбëàñòè îòдåëьíîãî PV-
ýëåмåíòà);
— âîзмîжíîñòь âðåмåííîãî îòêëючåíèÿ îò-
дåëьíыõ ðàзîãðåòыõ íåàêòèâíыõ (íàïðèмåð, зà-
òåíåííыõ) êîмïîíåíòîâ ñîëíåчíîé бàòàðåè îò
îбщåé ýëåêòðèчåñêîé цåïè [9, 10].
В íàñòîÿщåé ðàбîòå èññëåдîâàíы âîзмîжíî-
ñòè ïðèмåíåíèÿ ïðåдîõðàíèòåëåé íà îñíîâå ïî-
ëèмåðíыõ êîмïîзèòîâ ñ íàíîóãëåðîдíымè íà-
ïîëíèòåëÿмè дëÿ èзîëÿцèè «ïåðåãðåòыõ» фî-
òîýëåêòðèчåñêèõ ýëåмåíòîâ, èзóчåíî èõ âëèÿ-
íèå íà ðàбîòó ñîëíåчíîé бàòàðåè â ðàбîчåм дè-
àïàзîíå òåмïåðàòóðы è ñïîñîбíîñòь âыïîëíÿòь
ñâîю фóíêцèю â íåшòàòíыõ ñèòóàцèÿõ, ñâÿзàí-
íыõ ñ ïåðåãðåâîм.
Îбразцы для исследований
Òèïèчíàÿ òåмïåðàòóðíàÿ зàâèñèмîñòь ñîïðî-
òèâëåíèÿ PPTC-ïðåдîõðàíèòåëÿ ïðåдñòàâëåíà
íà рис. 1 (R1max — мàêñèмàëьíîå ñîïðîòèâëå-
íèå âîññòàíîâëåíèÿ, ò. å. ñîïðîòèâëåíèå чåðåз
1 чàñ ïîñëå ñðàбàòыâàíèÿ).
Сêàчêîîбðàзíàÿ фîðмà ïðåдñòàâëåííîé íà
ðèñ. 1 зàâèñèмîñòè îïðåдåëÿåòñÿ ñòðóêòóðíымè
îñîбåííîñòÿмè îñíîâíîãî фóíêцèîíàëьíîãî мà-
òåðèàëà PPTC-ïðåдîõðàíèòåëÿ, êîòîðыé ïðåд-
ñòàâëÿåò ñîбîé íàíîêîмïîзèò ñ íåïðîâîдÿщåé
ïîëèмåðíîé мàòðèцåé (íàïðèмåð, èз ïîëèýòè-
ëåíà) è âыñîêîïðîâîдÿщèм íàïîëíèòåëåм (êàê
ïðàâèëî, òåõíèчåñêèм óãëåðîдîм). Бëàãîдàðÿ
íàëèчèю óãëåðîдíыõ êàíàëîâ â ñòðóêòóðå PPTC-
ïðåдîõðàíèòåëÿ, îí ÿâëÿåòñÿ ïðîâîдíèêîм ñ
íèзêèм ñîбñòâåííым ñîïðîòèâëåíèåм ïðè òåм-
ïåðàòóðàõ Т íèжå òåмïåðàòóðы åãî ñðàбàòыâà-
íèÿ (óчàñòîê 1 íà ðèñ. 1). Пðè ðàзîãðåâå âышå
îïðåдåëåííîé òåмïåðàòóðы (òåмïåðàòóðы ïåðå-
õîдà ТП) êàíàëы, ñîñòîÿщèå èз чàñòèц óãëåðî-
дà, ðàзðыâàюòñÿ зà ñчåò îбъåмíîãî ðàñшèðåíèÿ
ïîëèмåðíîé мàòðèцы è/èëè òðàíñфîðмàцèè
êðèñòàëëèчåñêîé ñòðóêòóðы мàòðèцы â àмîðф-
íóю, è ýëåêòðèчåñêîå ñîïðîòèâëåíèå ðàññмàòðè-
âàåмîé ñòðóêòóðы ðåзêî âîзðàñòàåò (óчàñòîê 2)
[10, 16, 17]. Нà óчàñòêå 3 ñòðóêòóðà ïðîâîдÿ-
щèõ êàíàëîâ ïîëíîñòью ðàзðóшàåòñÿ è ñîïðî-
òèâëåíèå PPTC-ïðåдîõðàíèòåëÿ дîñòèãàåò мàê-
ñèмàëьíîé âåëèчèíы.
Рàбîчèé дèàïàзîí òåмïåðàòóð, ãдå ãàðàíòèðó-
åòñÿ íèзêîïðîâîдÿщåå ñîñòîÿíèå, дëÿ êîммåðчå-
ских РРТС-предохранителей составляет от –40
до 125°C или до 85°C, при этом известны и бо-
ëåå íèзêîòåмïåðàòóðíыå èõ òèïы ñ мàêñèмàëь-
ной температурой 60°C [18, 19]. Температура пе-
ðåõîдà ТП дëÿ èзâåñòíыõ PPTC-ïðåдîõðàíèòåëåé
лежит в диапазоне 90—125°С [20], т. е. может
íàõîдèòьñÿ íåñêîëьêî âышå мàêñèмàëьíîé òåм-
ïåðàòóðы ðàбîчåãî дèàïàзîíà.
Рèñ. 1. Зàâèñèмîñòь ñîïðîòèâëåíèÿ PPTC-ïðåдî-
õðàíèòåëÿ îò òåмïåðàòóðы (â ëîãàðèфмèчåñêîм мàñ-
шòàбå) [10]
1
3
2
25°С ТП Т
R1max
R
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2018, ¹ 1
45
ÝÍÅÐÃÅÒÈЧÅÑÊÀЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ISSN 2225-5818
В èññëåдîâàíèÿõ èñïîëьзîâàëèñь îбðàзцы
PV-ýëåмåíòîâ èз мîíîêðèñòàëëèчåñêîãî êðåм-
íèÿ ÊÄБ-10 ñ ïðîñâåòëÿющèм ïîêðыòèåм íà
îñíîâå ITO [21] è PPTC-ïðåдîõðàíèòåëè òèïà
FRX375-60F.
Методика исследований
Äëÿ ýêñïåðèмåíòàëьíîãî èзóчåíèÿ âîзмîж-
íîñòåé ñàмîâîññòàíàâëèâàющèõñÿ ïðåдîõðàíè-
òåëåé ðàññмàòðèâàåмîãî òèïà дëÿ зàщèòы îò ïå-
ðåãðåâà èëè êîðîòêîãî зàмыêàíèÿ êîмïîíåíòîâ
ñîëíåчíыõ бàòàðåé èññëåдîâàëàñь мîдåëь ñòðóê-
òóðы, ïðåдñòàâëÿющåé ñîбîé ïàðàëëåëьíîå ñîå-
дèíåíèå íåñêîëьêèõ ïîñëåдîâàòåëьíî âêëючåí-
íыõ PV-ýëåмåíòîâ è PPTC-ïðåдîõðàíèòåëåé,
ðîëь íàãðóзêè âыïîëíÿë ïåðåмåííыé ðåзèñòîð.
Выбîð òàêîé ñòðóêòóðы îïðåдåëÿëñÿ òåм, чòî
îíà ñîîòâåòñòâóåò ñîåдèíåíèю фîòîýëåêòðèчå-
ñêèõ мîдóëåé â ñîëíåчíыõ ïàíåëÿõ è бàòàðåÿõ,
à òàêжå òåм, чòî åå мîжíî ðàññмàòðèâàòь êàê
дèñêðåòíîå ïðåдñòàâëåíèå îòдåëьíîãî ñîëíåч-
íîãî PV-ýëåмåíòà, ãдå ýëåмåíòы мîдåëè ñîîò-
âåòñòâóюò ëîêàëьíым îбëàñòÿм îòдåëьíîé ñîë-
íåчíîé «êëåòêè» (êîòîðыå ñîèзмåðèмы ñ îбëà-
ñòÿмè ëîêàëьíîãî ðàзîãðåâà èëè êîðîòêîãî зà-
мыêàíèÿ).
Äëÿ èзмåðåíèÿ âîëьò-àмïåðíîé I(U) õàðàê-
òåðèñòèêè (ВÀХ) è êðèâîé мîщíîñòè P(U) èñ-
ïîëьзîâàëàñь èзâåñòíàÿ èзмåðèòåëьíàÿ ñõåмà
âîëьòмåòðà-àмïåðмåòðà [22].
Рîëь èñòîчíèêà ñâåòà âыïîëíÿë èмèòàòîð
ñîëíåчíîãî èзëóчåíèÿ, мîдåëèðóющèé óñëîâèÿ
АМ1,5. Äëÿ èññëåдîâàíèé ïðè ïîâышåííîé òåм-
ïåðàòóðå мîдåëь ñîëíåчíîé бàòàðåè ïîмåщàëàñь
â ðàзîãðåòыé òåðмîñòàò, à ïîñëå êàждîãî òàêî-
ãî èзмåðåíèÿ îõëàждàëàñь дî êîмíàòíîé òåмïå-
ðàòóðы â ñâîбîдíîм ðåжèмå.
Влияние наличия PPTC-предохранителей
на фотоэлектрические характеристики модели
Нà рис. 2 ïðèâåдåíы õàðàêòåðèñòèêè мîдåëè
ñîëíåчíîé бàòàðåè, ñîñòîÿщåé èз шåñòè âêëю-
чåííыõ ïàðàëëåëьíî îбðàзцîâ PV-ýëåмåíòîâ,
ïðè èñïîëьзîâàíèè ñàмîâîññòàíàâëèâàющèõñÿ
ïðåдîõðàíèòåëåé è бåз íèõ.
Пîñëåдîâàòåëьíîñòь ïðîâåдåíèÿ èññëåдîâà-
íèé быëà ñëåдóющåé. Пðè êîмíàòíîé òåмïå-
ðàòóðå ТÊ èзмåðÿëèñь ВАХ è êðèâàÿ мîщíîñòè
мîдåëè бåз è ñ ïîдêëючåíèåм ïðåдîõðàíèòåëåé,
êîòîðыå ïðè ТÊ íàõîдÿòñÿ â âыñîêîïðîâîдÿщåм
ñîñòîÿíèè. Äàëåå îдíà èз цåïåé «PV-ýëåмåíò —
PPTC-ïðåдîõðàíèòåëь» íàãðåâàëàñь дî òåмïåðà-
òóðы âышå òåмïåðàòóðы ñðàбàòыâàíèÿ ТС ïðå-
дîõðàíèòåëÿ (ТС ≈ ТП), зàòåм îõëàждàëàñь дî
ТÊ, ïîñëå чåãî ñíîâà ïðîâîдèëèñь èзмåðåíèÿ.
Êàê âèдíî èз ðèñ. 2 (êðèâыå 1, 2) íàëèчèå
ñàмîâîññòàíàâëèâàющèõñÿ ïðåдîõðàíèòåëåé â
ýëåêòðèчåñêîé ñõåмå мîдåëè ñîëíåчíîé бàòàðåè
íå âëèÿåò íà åå фîòîýëåêòðèчåñêèå õàðàêòåðèñòè-
êè â ñëóчàå èñïðàâíîñòè âñåõ åå PV-ýëåмåíòîâ.
Нà ðèñ. 2 (êðèâàÿ 3) ïðåдñòàâëåíы õàðàêòå-
ðèñòèêè èññëåдóåмîé мîдåëè ñîëíåчíîé бàòàðåè
ïðè íàëèчèè îòêàзà, ò. å. êîãдà îдíà èз цåïåé
«PV-ýëåмåíò — PPTC-ïðåдîõðàíèòåëь» èмååò
òåмïåðàòóðó âышå òîчêè ïåðåõîдà бëîêèðóю-
щåãî ïðåдîõðàíèòåëÿ â íèзêîïðîâîдÿщåå (èзî-
ëèðóющåå) ñîñòîÿíèå. Эòî ñîñòîÿíèå мîжåò дî-
ñòèãàòьñÿ è зà ñчåò óâåëèчåíèÿ òåмïåðàòóðы óêà-
зàííîé цåïè, è зà ñчåò ïîдîãðåâà åãî ýëåêòðèчå-
ñêèм òîêîм. Êàê âèдíî, òàêîé îòêàз (ïåðåãðåâ)
îòдåëьíыõ ýëåмåíòîâ ïðèâîдèò ê òåм жå ðåзóëь-
òàòàм, чòî è ïðè èñïîëьзîâàíèè мåõàíèчåñêîãî
îòêëючåíèÿ èëè бëîêèðîâàíèÿ ñ èñïîëьзîâàíè-
åм дèîдîâ.
Влияние температуры окружающей среды
на функционирование модели с ÐÐÒÑ-
предохранителями
Êàê быëî ïîêàзàíî âышå, ýëåêòðèчåñêèå õà-
ðàêòåðèñòèêè PPTC-ïðåдîõðàíèòåëåé ñèëьíî зà-
Рèñ. 2. ВАХ (а) è êðèâыå мîщíîñòè (б) мîдåëè ñîë-
íåчíîé бàòàðåè бåз (1) è ñ PPTC-ïðåдîõðàíèòåëÿмè
(2, 3):
1, 2 — âñå PV-ýëåмåíòы èмåюò êîмíàòíóю òåмïåðàòóðó;
3 — îдèí PV-ýëåмåíò íàãðåò дî òåмïåðàòóðы âышå ТП
à)
б)
100 200 300 400 500 600
U, мВ
1200
1000
800
600
400
200
0
I,
м
А
3
1, 2
100 200 300 400 500 600
U, мВ
300
250
200
150
100
50
0
Р
,
м
В
ò
3
1, 2
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2018, ¹ 1
46
ÝÍÅÐÃÅÒÈЧÅÑÊÀЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ISSN 2225-5818
âèñÿò îò òåмïåðàòóðы îêðóжàющåé ñðåды ТОС.
В ñâÿзè ñ ýòèм ïðåдñòàâëÿåòñÿ âàжíым îïðå-
дåëèòь, íå ïîâëèÿåò ëè ýòîò фàêò íà фóíêцèî-
íàëьíыå ñâîéñòâà ñîëíåчíыõ бàòàðåé ïðè ïðè-
мåíåíèè PPTC-ïðåдîõðàíèòåëåé дëÿ ðåàëèзà-
цèè зàщèòы бàòàðåé è èõ óзëîâ îò ïåðåãðåâà.
С ýòîé цåëью ïðè ðàзëèчíыõ зíàчåíèÿõ ТОС,
мåíьшèõ òåмïåðàòóðы ñðàбàòыâàíèÿ ТС PPTC-
ïðåдîõðàíèòåëåé, быëè èзмåðåíы ВАХ è êðè-
âыå мîщíîñòè èññëåдóåмîé мîдåëè. Êàê âèдíî
èз рис. 3, âî âñåм дèàïàзîíå íèжå ТС õàðàêòå-
ðèñòèêè ñîëíåчíîé бàòàðåé íå зàâèñÿò îò íàëè-
чèÿ ïðåдîõðàíèòåëåé.
Сëåдóåò îòмåòèòь, чòî ïðè ïðèмåíåíèè РРÒС-
ñòðóêòóð â êàчåñòâå зàщèòы îò бîëьшèõ òîêîâ
òåмïåðàòóðíыé фàêòîð îбóñëîâëèâàåò ñïåцè-
фèêó èõ ïîâåдåíèÿ. В чàñòíîñòè, ïðè ïîâышå-
íèè ТОС èмååò мåñòî íåêîòîðîå óмåíьшåíèå òîêà
è âðåмåíè ñðàбàòыâàíèÿ ïðåдîõðàíèòåëÿ. Чåм
бîëьшå ТОС, òåм мåíьшàÿ ýëåêòðèчåñêàÿ мîщ-
íîñòь òðåбóåòñÿ дëÿ дîñòèжåíèÿ òåмïåðàòóðы
ïåðåõîдà PPTC-ñòðóêòóðы â íèзêîïðîâîдÿщåå
ñîñòîÿíèå, à òàêжå быñòðåå ïðîèñõîдèò åå íà-
ãðåâ. Äèàïàзîí âðåмåíè ñðàбàòыâàíèÿ ñîñòàâ-
ëÿåò îò åдèíèц мèëëèñåêóíд дî íåñêîëьêèõ ñå-
êóíд [9, 10].
Ñтабильность фотоэлектрических характе-
ристик модели с ÐÐÒÑ-предохранителями
Сïåцèфèêîé ðàбîòы РРÒС-ïðåдîõðàíèòåëÿ
ÿâëÿåòñÿ òî, чòî ïîñëå âызâàííîãî òåïëîâым
ïåðåêëючåíèåм ñðàбàòыâàíèÿ òðåбóåòñÿ дîñòà-
òîчíî ïðîдîëжèòåëьíîå âðåмÿ дëÿ åãî âîññòà-
íîâëåíèÿ. Оíî мîжåò дëèòьñÿ ñóòêàмè è бîëåå
è íå быâàåò ïîëíым â òåчåíèå ðåàëьíîãî âðåмå-
íè ðàбîòы óñòðîéñòâà ïðè ðåàëьíыõ зíàчåíèÿõ
òåмïåðàòóðы îêðóжàющåé ñðåды (ТОС ≈ 20°С)
[23]. В ñâÿзè ñ ýòèм дëÿ õàðàêòåðèñòèêè êèíå-
òèêè ïðîцåññà âîññòàíîâëåíèÿ èñïîëьзóåòñÿ ïà-
ðàмåòð R1max — ñîïðîòèâëåíèå ïðåдîõðàíèòåëÿ
ïîñëå îдíîãî чàñà âîññòàíîâëåíèÿ ïðè зàдàííîé
òåмïåðàòóðå îêðóжàющåé ñðåды.
Пîñëå êàждîãî ñðàбàòыâàíèÿ ñîïðîòèâëåíèå
РРÒС-ïðåдîõðàíèòåëÿ â ïðîâîдÿщåм ñîñòîÿíèè
мîжåò дðåéфîâàòь è, êàê ïðàâèëî, íåñêîëьêî
óâåëèчèâàåòñÿ. Рåзóëьòàòы èзмåðåíèé, êîòîðыå
ïðîâîдèëèñь ïðè âêëючåíèè â цåïь ñîëíåчíîé
бàòàðåè ïðåдîõðàíèòåëåé, ïîдâåðãàâшèõñÿ ðàз-
íîмó чèñëó цèêëèчåñêèõ ñðàбàòыâàíèé, ïîêàзà-
ëè, чòî дèàïàзîí ýòîãî дðåéфà íåзíàчèòåëåí, à
зíàчèò мîжíî ãîâîðèòь îб îòñóòñòâèÿ âëèÿíèÿ
óêàзàííыõ êèíåòèчåñêèõ òåïëîâыõ ýффåêòîâ íà
ñòàбèëьíîñòь фîòîýëåêòðèчåñêèõ õàðàêòåðèñòèê
ðàññмàòðèâàåмыõ îбъåêòîâ. Эòîò âыâîд ñîãëà-
ñóåòñÿ ñ òåм, чòî ãàðàíòèðóåмîå èзãîòîâèòåëÿ-
мè РРÒС-ïðåдîõðàíèòåëåé чèñëî ïåðåõîдîâ îò
ïðîâîдÿщåãî ñîñòîÿíèÿ ê íåïðîâîдÿщåмó è îб-
ðàòíî ñîñòàâëÿåò ïîðÿдêà íåñêîëьêèõ òыñÿч,
ò. å. ïðàêòèчåñêè íåîãðàíèчåííî. Ê òîмó жå, â
ðàбîчåм (âыñîêîïðîâîдÿщåм) ñîñòîÿíèè РРÒС-
ïðåдîõðàíèòåëè, êàê ïðàâèëî, èмåюò дîñòàòîч-
íî íèзêîå ñîïðîòèâëåíèå, êîòîðîå ëèбî ïðàêòè-
чåñêè íå èзмåíÿåòñÿ [24], ëèбî åãî èзмåíåíèÿ
íåбîëьшèå [23] è íå ñêàзыâàюòñÿ íà ðàбîòå è
õàðàêòåðèñòèêàõ êàê зàщèщàåмîãî óñòðîéñòâà,
â дàííîм ñëóчàå фîòîýëåêòðèчåñêîãî ýëåмåíòà,
òàê è дðóãèõ ýëåêòðîííыõ ïðèбîðîâ.
Выводы
Òàêèм îбðàзîм, ðåзóëьòàòы ïðîâåдåííыõ èñ-
ñëåдîâàíèé ïîзâîëÿюò ñдåëàòь âыâîд, чòî ðàñ-
ñмàòðèâàåмыå ýëåмåíòы зàщèòы íà îñíîâå ïî-
ëèмåðíыõ êîмïîзèòîâ ñ íàíîóãëåðîдíымè íà-
ïîëíèòåëÿмè фóíêцèîíèðóюò êàê мíîãîêðàò-
íыå (ñàмîâîññòàíàâëèâàющèåñÿ) ïðåдîõðàíèòå-
ëè, êîòîðыå íå íóждàюòñÿ â зàмåíå è îбåñïåчè-
âàюò ðàбîòó ñîëíåчíыõ бàòàðåé â ðàбîчåм дèà-
ïàзîíå òåмïåðàòóð, ïðåдîõðàíÿÿ èõ îò òîêîâîé
(òåïëîâîé) ïåðåãðóзêè.
Вмåñòå ñ òåм, îдíàêî, íåîбõîдèмî îòмåòèòь
ñëåдóющåå. Òåмïåðàòóðà íàчàëà фàзîâîãî ïå-
ðåõîдà (ñðàбàòыâàíèÿ) íàèбîëåå ðàñïðîñòðà-
íåííыõ â íàñòîÿщåå âðåмÿ òèïîâ êîммåðчå-
ñêèõ PPTС-ïðåдîõðàíèòåëåé ñîñòàâëÿåò îêî-
Рèñ. 3. ВАХ (а) è êðèâыå мîщíîñòè (б) мîдåëè ñîë-
íåчíîé бàòàðåè бåз ( ) è ñ PPTC-ïðåдîõðàíèòåëÿмè
( ) ïðè ðàзëèчíыõ зíàчåíèÿõ ТОС:
1 — 25°С; 2 — 40°С; 3 — 55°С
à)
100 200 300 400 500 600
U, мВ
1200
1000
800
600
400
200
0
I,
м
А
1
2
3
б)
100 200 300 400 500 600
U, мВ
300
250
200
150
100
50
0
Р
,
м
В
ò
1
2
3
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2018, ¹ 1
47
ÝÍÅÐÃÅÒÈЧÅÑÊÀЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ISSN 2225-5818
ло 80°С, а существенное изменение сопротив-
ëåíèÿ íàбëюдàåòñÿ ïðè бîëåå âыñîêèõ òåмïå-
ðàòóðàõ. Пðè ýòîм мàêñèмàëьíàÿ ðàбîчàÿ òåм-
ïåðàòóðà фîòî ýëåêòðèчåñêèõ мîдóëåé íå ïðå-
вышает 80°С. Такая ситуация в определен-
íîé мåðå îãðàíèчèâàåò шèðîêîå èñïîëьзîâàíèå
PPTС-ïðåдîõðàíèòåëåé êàê ýëåмåíòîâ зàщèòы
îò ïåðåãðåâà, îñîбåííî åñëè ïðèчèíà ïåðåãðå-
âà âðåмåííàÿ.
Óчèòыâàÿ шèðîêèé дèàïàзîí ïàðàмåòðîâ
(зíàчåíèé òîêà ïåðåêëючåíèÿ, ñîïðîòèâëåíèÿ â
âыñîêî- è íèзêîïðîâîдÿщåм ñîñòîÿíèÿõ è ò.д.)
РРÒС-ïðåдîõðàíèòåëåé, ïîëóчåííыå ðåзóëьòà-
òы мîжíî ðàññмàòðèâàòь êàê ñâèдåòåëьñòâî ïåð-
ñïåêòèâíîñòè èõ èñïîëьзîâàíèÿ дëÿ зàщèòы êîм-
ïîíåíòîâ ñîëíåчíыõ бàòàðåé â ñëóчàÿõ êîðîò-
êîãî зàмыêàíèÿ èëè ïåðåãðóзêè ïî òîêó, ïðè-
âîдÿщèõ ê ïåðåãðåâàм ðàзëèчíîãî òèïà è дðó-
ãèм íåшòàòíым ñèòóàцèÿм. С дðóãîé ñòîðîíы,
ïðåдñòàâëÿåòñÿ ïåðñïåêòèâíым èñïîëьзîâàíèå
ïðèмåíÿåмыõ â íèõ ïîëèмåðíыõ íàíîóãëåðîд-
íыõ êîмïîзèòîâ â êàчåñòâå èзîëÿцèè ïîâðåж-
дåííыõ (дåãðàдèðîâàâшèõ) ëîêàëьíыõ îбëà-
ñòåé PV-ýëåмåíòîâ. В ýòîм íàïðàâëåíèè ïðåд-
ñòàâëÿåòñÿ íàèбîëåå âàжíîé ðàзðàбîòêà ëåíòîч-
íыõ РРÒС-ïðåдîõðàíèòåëåé ñ íèзêîé òåмïåðà-
òóðîé ñðàбàòыâàíèÿ.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ
1. Honsberg C., Bowden S. Welcome to PVCDROM
[Electronic resource].— 2017. — Mode access: http://www.
pveducation.org/pvcdrom.
2. Silvestre S., Chouder A. Effects of shadowing
on photovoltaic module performance // Progress in
Photovoltaics: Research and Applications.— 2008.— Vol. 16,
N 2.— P. 141—149.— https://doi.org/10.1002/pip.780
3. Tsanakas J. A., Botsaris P. N. An infrared thermographic
approach as a hot-spot detection tool for photovoltaic modules
using image histogram and line profile analysis // International
Journal of Condition Monitoring.— 2012.— Vol. 2, N 1.—
P. 22—30.—https://doi.org/10.1784/204764212800028842
4. Silvestre S., Boronat A., Chouder A. Study of bypass
diodes configuration on PV modules // Applied Energy.—
2009.— Vol. 86, iss. 9.— P. 1632—1640.— https://doi.
org/10.1016/j.apenergy.2009.01.020
5. Ji Eun Lee, Soohyun Bae, Wonwook Oh et al.
Investigation of damage caused by partial shading of
CuInxGa(1-x)Se2 photovoltaic modules with bypass diodes
// Progress in Photovoltaics: Research and Applications.—
2016.— Vol. 24, iss. 8.— P. 1035—1043.— https://doi.
org/10.1002/pip.2738
6. Karatepe E., Boztepe M., Colak M. Development
of a suitable model for characterizing photovoltaic arrays
with shaded solar cells // Solar Energy.— 2007.— Vol.
81, iss. 8.— P. 977—992.— https://doi.org/10.1016/j.
solener.2006.12.001
7. Kurtz S., Whitfield K., Tamizh Mani G. et al.
Evaluation of high-temperature exposure of photovoltaic
modules // Progress in Photovoltaics: Research and
Applications.— 2011.— Vol. 19, iss. 8.— P. 954—965.—
https://doi.org/10.1002/pip.1103
8. Зåзèí Ä. А. Äåãðàдàцèîííыå ïðîцåññы â òîíêîïëå-
íîчíыõ ñîëíåчíыõ ýëåмåíòàõ / Äèñ. … êàíд. òåõí. íàóê.—
Мîñêâà: Нàц. èññë. óí-ò «МЭИ», 2014.
9. Òðóñîâ В.А., Гóñåâ А.М. Эëåмåíòы зàщèòы ýëåê-
òðèчåñêèõ цåïåé îò ïåðåíàïðÿжåíèé è ñâåðõòîêîâ // Òð.
Мåждóíàð. ñèмïîзèóмà «Нàдåжíîñòь è êàчåñòâî».— 2011.
— Ò. 2.— С. 221—224.
10. Гàâðèêîâ В. Сàмîâîññòàíàâëèâàющèåñÿ PTC-
ïðåдîõðàíèòåëè дëÿ зàщèòы îò òîêîâыõ ïåðåãðóзîê //
Нîâîñòè ýëåêòðîíèêè.— 2014.— ¹ 12.— С. 11—15.
11. Pat. 5963019 USA. Battery pack with battery
protection circuit / Kyung-Yong Cheon.— 05.10.99.
12. Pat. 6608470 USA. Overcharge protection device and
methods for lithium based rechargeable batteries / J. W.
Oglesbee, A. G. Burns.— 19.08.03.
13. Pat. 6282072 USA. Electrical devices having a polymer
PTC array. / A. D. Minervini, T. K. Nguyen.— 28.08.01.
14. Protecting rechargeable Li-ion and Li-polymer
batteries [Electronic resource]: Littelfuse, Inc. — 2017.—
Mode access: http://www.littelfuse.com/~/media/
electronics/application_notes/littelfuse_protecting_
rechargeable_li_ion_and_li_polymer_batteries_in_consumer_
portable_electronics_application_note.pdf.pdf
15. Pat. 4973936 USA. Thermal switch disc for short
circuit protection of batteries / E. C. Dimpault-Darcy, B. J.
Bragg.— 27.11.90.
16. Êàмèíñêàÿ Ò. П., Äîмêèí Ê. И. Сàмîâîñ ñòà íàâ ëè-
âàю щèåñÿ ïðåдîõðàíèòåëè дëÿ àâòîмîбèëьíîé ýëåêòðîíèêè
// Эëåêòðîííыå êîмïîíåíòы.— 2008.— ¹ 5. — С. 80—82.
17. Òîíêîшêóð О. С., Іãíàòêіí В. Ó. Фізèчíі îñíîâè
åëåêòðèчíîãî êîíòðîëю íåîдíîðідíèõ ñèñòåм: íàâчàëьíèé
ïîñібíèê.— Äíіïðîдзåðжèíñьê: Äíіïðîдзåðжèíñьêèé дåð-
жàâíèé òåõíічíèé óíіâåðñèòåò, 2010.
18. Хóõòèêîâ С. «Вîññòàíîâèòь ðàбîòîñïîñîбíîñòь!».
Сàмîâîññòàíàâëèâàющèåñÿ PPTC-ïðåдîõðàíèòåëè MultiFuse
// Нîâîñòè ýëåêòðîíèêè.— 2015.— ¹ 1.— С. 37—41.
19. Сàмîâîññòàíàâëèâàющèåñÿ ïðåдîõðàíèòåëè
[Эëåêòðîííыé ðåñóðñ]: Òåððàýëåêòðîíèêà.— 2018.—
Рåжèм дîñòóïà: https://www.terraelectronica.ru/catalog/
samovosstanavlivayuschiesya-predohraniteli-1522 [Self-healing
fuses [Electronic resource]: Terraelektronika.— 2018.
20. Application note. Polyswitch strap devices. Help
protect rechargeable battery packs [Electronic resource] /
Tyco Electronics Corporation, 2008.— Mode access: https://
www.digikey.com/Web%20Export/Supplier%20Content/
Tyco_8004/PDF/TE_Strap_Device.pdf
21. Нàêàшèдзå Л. В., Êíыш Л. И. Мåòîдîëîãèÿ îïðå-
дåëåíèÿ ñîñòàâà è ñõåмíыõ ðåшåíèé ñîëíåчíыõ фîòîýëåê-
òðèчåñêèõ óñòàíîâîê // Аâèàцèîííî-êîñмèчåñêàÿ òåõíè-
êà è òåõíîëîãèÿ.— 2008.— ¹ 10 (57).— С. 100—104.
22. Êîëòóí М. М. Оïòèêà è мåòðîëîãèÿ ñîëíåчíыõ ýëå-
мåíòîâ.— Мîñêâà: Нàóêà, 1985.
23. Jim Toth. PolySwitch PPTC device principals of
operation [Electronic resource].— Mode access: http://
studyres.com/doc/7802565/polyswitch-pptc-device-
principals-of-operation?page=5
24. Бåëыõ С. Нîâыé èííîâàцèîííыé ñàмîâîññòàíàâëè-
âàющèéñÿ êîмïîíåíò зàщèòы дëÿ ñèëîâыõ ëèòèé-èîííыõ
àêêóмóëÿòîðîâ // Êîмïîíåíòы è òåõíîëîãèè.— 2011.—
¹ 2.— C. 50—53.
Äата поступления рукописи
в редакцию 09.02 2017 г.
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2018, ¹ 1
48
ÝÍÅÐÃÅÒÈЧÅÑÊÀЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ISSN 2225-5818
О. С. ТОНКОШКУР, О. В. ІВАНЧЕНКО, Л. В. НАКАШИÄЗЕ, С. В. МАЗУРИК
Óêðàїíà, Äíіïðîâñьêèé íàціîíàëьíèé óíіâåðñèòåò імåíі Оëåñÿ Гîíчàðà
E-mail: IvanchenkoAV@ukr.net
ВИÊОРИСÒАННЯ САМОВІÄНОВЛЮВАНИХ ЕЛЕМЕНÒІВ
ÄЛЯ ЕЛЕÊÒРИЧНОГО ЗАХИСÒÓ СОНЯЧНИХ БАÒАРЕЙ
Прояв і утворення в процесі експлуатації в реальних фотоелектричних елементах і їх з'єднаннях різних
дефектів, а також їхня робота в режимі мінливої неоднорідної освітленості призводять до так зва-
них невідповідностей (відмінності електричних характеристик) між окремими елементами і групами
елементів. Через це виникають їхні локальні перегріви й інтенсифікуються процеси деградації.
З метою збільшення терміну служби сонячної батареї у ряді випадків представляється доцільним тим-
часове відключення (ізоляція) відповідних її елементів.
У даній роботі пропонується використовувати додаткові пристрої для ізоляції перегрітих елементів
(і/або компонентів) сонячних батарей — самовідновлювані запобіжники типу “PolySwith”. Ці струк-
тури являють собою полімерні композити з нанорозмірними вуглецевими наповнювачами. Їх базова
функціональна властивість — стрибкоподібне збільшення електричного опору на кілька порядків за до-
сягнення деякої граничної температури і повернення у вихідний високопровідний стан при зниженні тем-
ператури.
Äосліджено можливості застосування запобіжників указаного типу для ізоляції «перегрітих» фотоелек-
тричних елементів. Основну увагу приділено вивченню впливу запобіжників на роботу сонячної батареї
в робочому діапазоні температур та їхньої функціональної придатності в позаштатних ситуаціях,
пов'язаних з перегрівом.
Äослідження проведені з використанням моделі структури, що представляє собою паралельне з'єднання
декількох послідовно включених фотоелектричних елементів і зазначених запобіжників. Проаналізовано
вплив на роботу такої структури температури навколишнього середовища та дрейфу опору запобіжників
у провідному стані в процесі їхнього багаторазового спрацьовування.
Установлено, що запропоновані елементи захисту не впливають на роботу сонячних батарей у робочо-
му діапазоні температур і є функціонально придатними для електричної ізоляції локальних областей і
компонентів сонячних батарей з підвищеною температурою.
Ключові слова: самовідновлюваний запобіжник, полімерний нанокомпозит, фотоелектричний елемент,
вольт-амперна характеристика, крива потужності, перегрів.
A. S. TONKOSHKUR, A. V. IVANCHENKO,
L. V. NAKASHYDZE, S. V. MAZURIK
Ukraine, Oles Honchar Dnipro National University
E-mail: IvanchenkoAV@ukr.net
APPLICATION OF RESETTABLE ELEMENTS
FOR ELECTRICAL PROTECTION OF SOLAR BATTERIES
The manifestation and formation of various defects in the process of exploitation in real photovoltaic cells and
their compounds as well as their work in the regime of changing non-uniform illumination lead to the so-called
series and parallel inconsistencies (differences of electrical characteristics) between separate cells and their
groups. This results in local overheating and intensifying of degradation processes.
In some cases temporary disconnection (isolation) of the corresponding elements of the solar batteries is more
appropriate in order to increase their service life.
In this work additional devices for insulation of overheating cells (and/or components) of solar batteries
such as «PolySwith» resettable fuses are proposed to be used as a perspective solution of such problems.
These structures are polymer composites with nanosized carbon fillers. Electrical resistance of such a fuse
increases abruptly by several orders of magnitude when certain threshold temperature is reached, and when
the temperature decreases the fuse returns to its initial high-conductivity state.
DOI: 10.15222/TKEA2018.1.43
UDC 621.31
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2018, ¹ 1
49
ÝÍÅÐÃÅÒÈЧÅÑÊÀЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ISSN 2225-5818
This study investigates the possibilities of using the specified type of fuses for electrical insulation of
«overheated» photovoltaic cells. Particular attention is paid to the research of the effect of fuses on the working
of the solar batteries in the operating temperature range and their functional applicability in emergency
situations associated with overheating. The studies were carried out using a model structure of several series
of parallel connected photovoltaic cells and specified fuses. Attention is paid to the influence of such factors
as the ambient temperature and the drift of the fuses resistance in the conducting state in the process their
multiple switching.
It has been established that such protection elements do not influence the work of solar batteries in operating
temperature range and are functionally applicable for the electrical isolation of local regions and components
of solar batteries with increased temperature.
Keywords: resettable fuse, polymer nanocomposite, photovoltaic cell, current-voltage characteristics, power
curve, overheating.
REFERENCES
1. Honsberg C., Bowden S. Welcome to PVCDROM
[Electronic resource]. 2017, mode access: http://www.
pveducation.org/pvcdrom
2. Silvestre S., Chouder A. Effects of shadowing on
photovoltaic module performance. Progress in Photovoltaics:
Research and Applications, 2008, vol. 16, nî. 2, ðð. 141-149.
https://doi.org/10.1002/pip.780
3. Tsanakas J. A., Botsaris P. N. An infrared thermo-
graphic approach as a hot-spot detection tool for photovoltaic
modules using image histogram and line profile analysis.
International Journal of Condition Monitoring, 2012, vol. 2,
no. 1, pp. 22-30. https://doi.org/10.1784/204764212800028842
4. Silvestre S., Boronat A., Chouder A. Study of bypass
diodes configuration on PV modules. Applied Energy, 2009,
vol. 86, iss. 9, pp. 1632-1640. https://doi.org/10.1016/j.
apenergy.2009.01.020
5. Ji Eun Lee, Soohyun Bae, Wonwook Oh, Hyomin
Park, Soo Min Kim, Dongho Lee, Junggyu Nam, Chan Bin
Mo, Dongseop Kim, JungYup Yang, Yoonmook Kang, Hae-
seok Lee, Donghwan Kim. Investigation of damage caused
by partial shading of CuInxGa(1–x)Se2 photovoltaic modules
with bypass diodes. Progress in Photovoltaics: Research and
Applications, 2016, vol. 24, iss. 8, pp. 1035-1043. https://
doi.org/10.1002/pip.2738
6. Karatepe E., Boztepe M., Colak M. Development
of a suitable model for characterizing photovoltaic arrays
with shaded solar cells. Solar Energy, 2007, vol. 81, iss. 8,
pp. 977-992. https://doi.org/10.1016/j.solener.2006.12.001
7. Kurtz S., Whitfield K., TamizhMani G., Koehl M.,
Miller D, Joyce J., Wohlgemuth J., Bosco N., Kempe M.,
Zgonena T. Evaluation of high-temperature exposure of pho-
tovoltaic modules. Progress in Photovoltaics: Research and
Applications, 2011, vol. 19, iss. 8, pp. 954-965. https://doi.
org/10.1002/pip.1103
8. Zezin D. A. Dis. kand. tekhn. nauk [Degradation
processes in thin-film solar cells]. Moskow, 2014, 129 p. (Rus)
9. Trusov V.A., Gusev A.M. [Elements of protection
of electrical circuits against overvoltages and overcurrents].
Proc. of Int. Symp. “Reliability and Quality”, 2011, vol.
2. pp. 221-224 (Rus)
10. Gavrikov V. [Self-healing PTC fuses for protection
of current overload ]. Novosti Elektroniki, 2014, no. 12,
pp. 11-15. (Rus)
11. Kyung-Yong Cheon. Battery pack with battery pro-
tection circuit. Pat. USA no. 5963019, 1999.
12. J. W. Oglesbee, A. G. Burns. Overcharge protection
device and methods for lithium based rechargeable batteries.
Pat. USA, no. 6608470, 2003.
13. A. D. Minervini, T. K. Nguyen. Electrical devices
having a polymer PTC array. Pat. USA, no. 6282072, 2001.
14. Protecting rechargeable Li-ion and Li-polymer bat-
teries [Electronic resource]: Littelfuse, Inc., 2017, mode
access: http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/
application_notes/littelfuse_protecting_rechargeable_li_ion_
and_li_polymer_batteries_in_consumer_portable_electron-
ics_application_note.pdf.pdf
15. E. C. Dimpault-Darcy, B. J. Bragg. Thermal switch
disc for short circuit protection of batteries. Pat. USA,
no. 4973936, 1990.
16. Kaminskayà T. P., Domkin K. I. [Self-healing fuses
for automotive electronics]. Elektronnye komponenty, 2008,
no. 5, pp. 80-82. (Rus)
17. Tonkoshkur O. S., Іgnatkіn V. U. Fіzichnі osnovi
elektrichnogo kontrolyu neodnorіdnikh sistem [Physical bases
of electrical control of inhomogeneous systems: educational
textbook]. Dniprodzerzhynsk State Technical University,
2010, 290 p. (Ukr)
18. Khukhtikov S. [Restore working capacity! ». Self-
healing PPTC-fuses MultiFuse]. Novosti Elektroniki, 2015,
no. 1, pp. 37-41. (Rus)
19. [Self-healing fuses [Electronic resource]:
Terraelektronika], 2018, mode access: https://www.
terraelectronica.ru/catalog/samovosstanavlivayuschiesya-
predohraniteli-1522 (Rus)
20. Application note. Polyswitch strap devices. Help
protect rechargeable battery packs [Electronic resource].
Tyco Electronics Corporation, 2008, mode access: https://
www.digikey.com/Web%20Export/Supplier%20Content/
Tyco_8004/PDF/TE_Strap_Device.pdf
21. Nakashidze L. V., Knysh L. I. [Methodology for
determining the composition and circuit design of solar pho-
tovoltaic equipments]. Aviatsionno-kosmicheskayа tekhnika
i tekhnologiyа, 2008, no. 10 (57), pp. 100-104. (Rus)
22. Koltun M. M. Optika i metrologiyа solnechnykh el-
ementov [Optics and metrology of solar elements]. Moscow,
Nauka, 1985, 280 p. (Rus)
23. Jim Toth. PolySwitch PPTC device principals of op-
eration [Electronic resource], mode access: http://studyres.
com/doc/7802565/polyswitch-pptc-device-principals-of-
operation?page=5
24. Belykh S. [New innovative self-healing protection
component for power lithium-ion accumulators]. Components
& Technologies, 2011, no. 2, pp. 50-53. (Rus)
|