DYNAMIC BEHAVIOR OF PV-CELLS AND PV-PANELS UNDER PULSE COHERENT RADIATION
The goal of the work is to research the dynamic behavior of photocells and photopanels under the action of pulsed coherent radiation, namely under the action of semiconductor injection laser radiation. The rate equations for the concentration of charge carriers and the density of photons in a semico...
Збережено в:
| Дата: | 2022 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/370 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103572701085696 |
|---|---|
| author | Bondarenko , D. |
| author_facet | Bondarenko , D. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "D. Bondarenko ",
"institution": "Institute of renewable energy, NAS Ukraine, Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Bondarenko , D. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:17Z |
| description | The goal of the work is to research the dynamic behavior of photocells and photopanels under the action of pulsed coherent radiation, namely under the action of semiconductor injection laser radiation. The rate equations for the concentration of charge carriers and the density of photons in a semiconductor are presented, which describe the dynamic behavior of a semiconductor laser and a photocell. The parameters of rate equations are described. The paper also shows electrical models (equivalent circuits) of a semiconductor laser and a photocell for modeling electrical circuits and conducting theoretical analysis of processes in such circuits. The equations for equivalent circuits in electric values and parameters of electric circuits are written. Equipment has been developed for conducting an experimental research of the dynamic behavior of photocells and photopanels under the action of pulsed coherent radiation. For what power supplies, modulator, laser, analysator of electrical signals were used. An experimental research of a photocell and two photo-panels of different power under the action of laser radiation with different beam concentrations (concentrated beam and dispersed beam) was done. The oscillograms of transients in the photocell and photopanels are obtained. The analysis is carried out, which shows that due to relaxation processes and accumulation processes in the researchied semiconductor devices there is a change in the shape of the fronts of electrical pulses at the output of the photocell and photopanels. It can be seen that when the total area of photovoltaic panels is irradiated, the shape of the output electric pulse is clearer for detecting the pulse signal in the demodulator. It is concluded, in particular, that the parasitic elements of photovoltaic panels cause a significant delay in the transient process under co-herent irradiation, and that to avoid increasing the time of the front of pulse , it is desirable to irradiate the photopanel as a total. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2022.4(71).37-42 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:38:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
37
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Сонячна енергетика
УДК 620.92, 621.311 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.4(71)37-42
ДИНАМІЧНА ПОВЕДІНКА ФОТОЕЛЕМЕНТІВ ТА ФОТОПАНЕЛЕЙ
ПІД ДІЄЮ ІМПУЛЬСНОГО КОГЕРЕНТНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
Отримано 07 лист. 2022; рекомендовано до публікації 27 груд. 2022
Доступно онлайн 30 груд. 2022
Д. В. Бондаренко 1
Автор для коресподенції: Дмитро Бондаренко,
e-mail: dima7007bond@gmail.com
Мета роботи – дослідження динамічної поведінки фотоелементів і фотопанелей під дією імпульс-
ного когерентного випромінювання, а саме під дією випромінювання напівпровідникового інжек-
ційного лазера. В роботі показані швидкісні рівняння для концентрації носіїв зарядів та густини фо-
тонів у напівпровіднику, які описують динамічну поведінку напівпровідникового лазера та фотоеле-
мента. Описані параметри швидкісних рівнянь. Також в роботі показані електричні моделі (еквівалент-
ні схеми) напівпровідникового лазера і фотоелемента для проведення моделювання електричних кіл
та проведення теоретичного аналізу процесів в таких колах. Надані рівняння для еквівалентних схем
в електричних величинах та параметрах електричних кіл. Розроблене устаткування для проведення
експериментального дослідження динамічної поведінки фотоелементів і фотопанелей під дією імпу-
льсного когерентного випромінювання, для чого були використані блоки живлення, модуляції, випро-
мінення, аналізу електричних сигналів. Проведене експериментальне дослідження фотоелемента і
двох фотопанелей різної потужності під дією лазерного випромінювання з різною концентрацією
променя (концентрований промінь та розсіяний). Отримані осцилограми перехідних процесів у фото-
елементі та фотопанелях. Проведений аналіз, з якого видно, що завдяки релаксаційним процесам та
процесам накопичення в досліджуваних напівпровідникових пристроях відбувається зміна форми фрон-
тів електричних імпульсів на виході фотоелемента та фотопанелей. Видно, що при опроміненні всієї
площі фотоелектричних панелей форма вихідного електричного імпульсу є чіткішою для детек-
тування імпульсного сигналу в демодуляторі. Зроблені висновки, зокрема, що паразитні елементи
фотоелектричних панелей спричиняють суттєве затягування перехідного процесу при когерент-
ному опроміненні і що для уникнення збільшення часу фронту імпульсу бажано опромінювати фото-
панель в цілому. Бібл. 11, рис. 11.
Ключові слова: динамічна поведінка, фотопанель, фотоелемент, когерентне випромінювання, лазер.
DYNAMIC BEHAVIOR OF PV-CELLS AND PV-PANELS
UNDER PULSE COHERENT RADIATION
Received 07 Nov. 2022; accepted 27 Dec. 2022.
Available online 30 Dec. 2022
D. Bondarenko 1
Author for correspondence: Dmytro Bondarenko,
e-mail: dima7007bond@gmail.com
The goal of the work is to research the dynamic behavior of photocells and photopanels under the action of
pulsed coherent radiation, namely under the action of semiconductor injection laser radiation. The rate
equations for the concentration of charge carriers and the density of photons in a semiconductor are presented,
which describe the dynamic behavior of a semiconductor laser and a photocell. The parameters of rate
equations are described. The paper also shows electrical models (equivalent circuits) of a semiconductor laser
and a photocell for modeling electrical circuits and conducting theoretical analysis of processes in such circuits.
The equations for equivalent circuits in electric values and parameters of electric circuits are written. Equipment
1 канд. техн. наук. Інститут відновлюваної
енергетики НАН України, м. Київ, Україна.
http://orcid.org/0000-0002-5629-930X
1 Cand. of tech. Sciences. Institute of renewable
energy, NAS Ukraine, Kyiv, Ukraine
http://orcid.org/0000-0002-5629-930X
38
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Сонячна енергетика
has been developed for conducting an experimental research of the dynamic behavior of photocells and
photopanels under the action of pulsed coherent radiation. For what power supplies, modulator, laser,
analysator of electrical signals were used. An experimental research of a photocell and two photo-panels of
different power under the action of laser radiation with different beam concentrations (concentrated beam and
dispersed beam) was done. The oscillograms of transients in the photocell and photopanels are obtained. The
analysis is carried out, which shows that due to relaxation processes and accumulation processes in the
researchied semiconductor devices there is a change in the shape of the fronts of electrical pulses at the output
of the photocell and photopanels. It can be seen that when the total area of photovoltaic panels is irradiated,
the shape of the output electric pulse is clearer for detecting the pulse signal in the demodulator. It is concluded,
in particular, that the parasitic elements of photovoltaic panels cause a significant delay in the transient process
under co-herent irradiation, and that to avoid increasing the time of the front of pulse , it is desirable to irradiate
the photopanel as a total.
Keywords: dynamic behavior, pv-panel, pv-element, coherent irradiation, laser.
Вступ. Фотоелементи як складова частина сонячних фо-
топанелей, батарей та електростанцій для генерування
електричної енергії переважно використовується в ста-
тичних режимах, а саме при постійному опроміненні
або опроміненні, яке змінюється повільно. Але фото-
гальванічна здатність фотоелементів може бути викори-
стана також при дії швидкозмінного опромінення, на-
приклад, пульсуючого. Детектування електричного сиг-
налу на сонячних фотоелементах від віддаленого пере-
давача, який передається оптичним шляхом, можливо
здійснити безпосередньо на виводах фотоелемента.
Отже, швидкісні характеристики, перехідні процеси у
фотоелементах мають бути досліджені та вивчені.
Актуальність досліджень, для енергетики зокрема, обумов-
лена також можливістю одночасної роботи фотоелементів
або фотопанелей у складі енергетичної установки та для
детектування оптичних дискретних сигналів. А саме для
прийому інформаційних сигналів систем зв’язку, детек-
тування лазерного опромінення й тестування встановлен-
ного обладнання сонячної генерації (фотопанелей, фото-
елементів) на працездатність, деградацію, ефективність з
використанням лазерного опромінення.
Постановка завдання. Експериментально дослідити ди-
намічну поведінку фотоелементів та панелей різної
структури під дією пульсуючого когерентного опромі-
нення. Як опромінювач використати напівпровіднико-
вий інжекційний лазер інфрачервоного діапазону. На-
дати теоретичне підґрунтя досліджуваних процесів для
розуміння та аналізу отриманих реультатів [1].
Швидкісні рівняння системи. Для проведення теоретич-
ного аналізу динамічних, перехідних процесів в такій си-
стемі використовуються швидкісні рівняння для напів-
провідникового лазера (1), (2) [2‒4] та для фотоеле-
мента (3) [5]:
NPN
ed
J
dt
dN
N
α
τ
−−= ; (1)
NPNP
dt
dP
P
β
τ
α +−= ; (2)
s
SP
dt
dS
τ
γ −= , (3)
де N ‒ концентрація носіїв заряду в активній зоні лазера,
P ‒ густина фотонів в активній зоні лазера, S ‒ концен-
трація носіїв заряду в фотоелементі, J ‒ густина струму
накачки напівпровідникового лазера, e ‒ заряд елек-
трона, d ‒ товщина активної зони лазера, τN ‒ час спон-
танної рекомбінації носіїв заряду в активній зоні лазера,
τP ‒ час життя фотонів в активній зоні лазера, τS ‒ час ре-
комбінації носіїв заряду в фотоелементі, α ‒ коефіцієнт
оптичного підсилення, β ‒ частка спонтанного випромі-
нення, яка попадає в оптичну моду, γ ‒ коефіцієнт по-
глинання фотонів з генерацією носіїв заряду в фотоеле-
менті [5,6].
Електричні еквівалентні схеми лазера та фотоелеме-
нта. Розглянемо електричні моделі (еквівалентні схеми
заміщення) сонячного елемента (рис. 1) [7] та напівпро-
відникового інжекційного лазера (рис. 2) [8, 9]
Рис. 1. Електрична модель сонячного фотоелемента
Fig. 1. Electrical model of solar PV-cell
На рис.1 видно, що крім генерувальногоого елемента –
ідеального джерела струму є пасивні елементи, які
39
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Сонячна енергетика
впливають на динамічні характеристики фотоелемента.
Це, зокрема, ємність та опір.
На рис. 2 видно, що крім активних елементів, які відпо-
відають за генерацію фотонів, є пасивні елементи, які
впливають на динамічні характеристики напівпровідни-
кового лазера, такі як ємності та опори.
Електричні моделі, представлені на рис. 1 та рис. 2, опи-
суються системою диференціальних рівнянь в електрич-
них параметрах:
S
SS
SS R
U
dt
dU
CI += ; (4)
N
N
NN
N I
R
U
I
dt
dU
C −−= ; (5)
SP
P
P
P
P
P I
R
UI
dt
dUC +−= , (6)
де US ‒ напруга, яка моделює генерацію носіїв заряду в
фотоелементі, UN ‒ напруга, яка моделює наявність но-
сіїв заряду в активній зоні лазера, UP ‒ напруга, яка мо-
делює густину фотонів в активній зоні лазера, CS ‒ єм-
ність, яка моделює накопичення носіїв заряду в фотое-
лементі, CN ‒ ємність, яка моделює накопичення носіїв
заряду в активній зоні лазера, CP ‒ ємність, яка моделює
накопичення фотонів у активній зоні лазера, RS ‒ опір,
який моделює релаксаційні процеси у фотоелементі,
RN ‒ опір, який моделює релаксаційні процеси носіїв у
активній зоні лазера, RP ‒ опір, який моделює втрату фо-
тонів у активній зоні лазера, I ‒ струм живлення лазера,
IS ‒ кероване джерело струму, яке моделює надхо-
дження фотонів у фотоелемент, IN та IP ‒ керовані дже-
рела струму, які моделюють генерацію фотонів у актив-
ній зоні лазера, ISP ‒ кероване джерело струму, яке мо-
делює спонтанну генерацію фотонів у лазері.
Експериментальне дослідження. На рис. 3 представ-
лена схема для проведення експериментального дослі-
дження. Вона складається з джерела живлення лазера,
напівпровідникового лазера та модулятора, який безпо-
середньо на лазер подає імпульси частотою 1 КГц.
Модуляція напівпровідникового інжекційного лазера
здійснювалась за допомогою генератора прямокутних
імпульсів та MOSFET-транзистора. Також схема містить
фотоприймач, який і є предметом дослідження, та дво-
канальний осцилограф з відповідними частотними ха-
рактеристиками.
Крім того, треба зазначити, що когерентне випромі-
нення лазера мало довжину хвилі 808 нм, що є сприят-
ливим для поглинання в монокристалічному кремнії,
оскільки діапазон спектра поглинання кремнію, завдяки
ширині забороненої зони та іншим властивостям, збіга-
ється з такою довжиною хвилі [10].
Рис. 3. Установка для експериментального дослі-
дження динамічних процесів у фотоелементі
Fig. 3. Installation for experimental research of dynamic
processes in PV-cell
Було проведено шість експериментів для фотоеле-
мента та двох фотопанелей (рис. 4). Експерименти
проводились з різною концентрацією лазерного
променя: розсіяного по фотоелементу чи панелі та
концентрованого у вузький промінь. Результати екс-
периментальних досліджень зображені на рис. 5‒9 у
вигляді осцилограм, де верхнім сигналом є значення
напруги на напівпровідниковому лазері, а нижнім
сигналом ‒ значення напруги на виводах фотоеле-
Рис. 2. Електрична модель напівпровідникового лазера
Fig. 2. Electrical model of semiconductor laser
40
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Сонячна енергетика
мента або панелі. Амплітудні та частотні значення
містяться на фотозображеннях осцилограм (внизу та
вгорі фотографій).
Рис. 5. Імпульси на лазері та фотоелементі
Fig. 5. Pulses on laser and pv-cell
Рис. 6. Імпульси на лазері та фотопанелі 10 Вт при
концентрованому промені
Fig. 6. Pulses on laser and on pv-panel 10 W and concen-
trated beam
Рис. 7. Імпульси на лазері та фотопанелі 10 Вт при
розсіяному промені
Fig. 7. Pulses on laser and on pv-panel 10 W and dispersed
beam
Рис. 8. Імпульси на лазері та фотопанелі 70 Вт при
концентрованому промені
Fig. 8. Pulses on laser and on pv-panel 70 W and concen-
trated beam
Рис. 4. Приклади фотоелемента (зліва) та панелей
(посередині та справа), з якими проводились дослі-
дження
Fig. 4. Examples of PV-cell (left) and PV-panels (center and
right) to research
41
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Сонячна енергетика
Рис. 9. Імпульси на лазері та фотопанелі 70 Вт при
розсіяному промені
Fig. 9. Pulses on laser and on pv-panel 70 W and dispersed
beam
Висновок. Базуючись на вищевикладеному теоретич-
ному підґрунті та на отриманих експериментальних ре-
зультатах, можна зробити такі висновки. По-перше, на-
явність накопичувальних та релаксаційних процесів у
напівпровідниковому лазері та фотоелементі, що моде-
люється наявністю конденсаторів та резисторів у елек-
тричних моделях, приводять до появи фронтів на імпуль-
сах. Осцилограма імпульсу на фотоелементі (рис. 5),
саме й показує обидва ці процеси разом. По-друге,
зміна опромінення одиночного фотоелемента з концен-
трованого на розсіяне по всьому елементу не привела
до змін форми імпульсів. По-третє, при опроміненні фо-
топанелей концентрованим променем (рис. 6, рис. 8)
форма електричного імпульсу на виводах фотопанелі не
є такою вираженою порівняно з імпульсом при опромі-
ненні всієї панелі розсіяним променем (рис. 7, рис. 9), а
саме зріз імпульсу затягується приблизно на 200 мкс. Та-
кий ефект поясненюється тим, що при розсіяному опро-
міненні всієї панелі всі її елементи беруть участь у гене-
рації та не є додатковим навантаженням, як було у ви-
падку опромінення концентрованим променем тільки
одного елемента в панелі й затіненням інших. Підтвер-
дженням такої ідеї є те, що при додатковому
опроміненні фотопанелі традиційним сонячним світлом
форма імпульсу також є більше вираженою, і зріз імпуль-
су коротший на ті самі 200 мкс. Це позитивно впливає
на демодуляцію вихідного сигналу сонячної панелі та
детектування інформаційного потоку з послідовності ім-
пульсів (рис. 10). Зазначимо, що на рис. 10 ціна поділки
напруги сигналу на фотоелементі ‒ 500 мВ, а не 200 мВ,
як на попередніх рисунках.
По-четверте, при концентрованому опроміненні вели-
ких фотопанелей значний вплив на форму імпульсу по-
чинають створювати паразитні елементи самої фотопа-
нелі [11], що значно погіршує таку форму в частині затя-
гування переднього і заднього фронтів. А саме 70 % ам-
плітуди вихідного сигналу досягається через 200 мкс та
300 мкс, відповідно, в залежності від конструкції фото-
панелі (рис. 6, рис. 8). Такі паразитні елементи відобра-
жаються на електричній моделі фотоелемента чи фото-
батареї (рис. 11), що дає змогу проводити повне моде-
лювання таких панелей.
Таким чином, отримані результати динамічної пове-
дінки фотоелементів і фотопанелей дозволять прово-
дити розробку та впровадження пристроїв в енерге-
тиці та електроніці з використанням когерентного
Рис. 10. Імпульси на лазері та фотопанелі 70 Вт (при
концентрованому промені та додатковому соняч-
ному опроміненні)
Fig. 10. Pulses on laser and on pv-panel 70 W
(concentrated beam and additional solar irradiation)
Рис. 11. Електрична модель сонячного фотоелемента з паразитними елементами
Fig. 11. Electrical model of solar PV-cell with parasitic elements
42
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Сонячна енергетика
випромінювання, що актуально з огляду на проблеми,
зазначені у вступній частині.
ПОСИЛАННЯ
1. Бондаренко Д. В. Сонячні фотоелектричні модулі під
дією когерентного опромінення. Відновлювана
енергетика. 2017. № 2. С. 59‒62.
2. Бондаренко Д. В. Моделирование динамического
поведения инжекционного лазера при проектирова-
нии оптических систем связи. Технология и конс-
труирование в электронной аппаратуре. 1999. № 5-
6. С. 44‒45.
3. Ривлин Л. А., Семенов А. Т., Якубович С. Д. Дина-
мика и спектры излучения полупроводниковых ла-
зеров/ Под ред. Л. А. Ривлина. М.: Радио и связь.
1983. 208 с.
4. Елисеев П. Г. Введение в физику инжекционных ла-
зеров. М.: Наука. 1983. 294с.
5. Крюков П. Г., Летохов В. С. Распространение им-
пульса света в резонансно усиливающей (погло-
щающей) среде. Успехи физических наук 1969. Т. 99.
Вып. 2. С. 169‒227.
6. Полупроводниковые инжекционные лазеры: дина-
мика, модуляция, спектры. Пер. с англ. / Под ред.
У. Тсанга. М.: Радио и связь. 1990. 320 с.
7. Фаренбрух А., Бьюб Р. Солнечные элементы: Теория
и эксперимент / Пер. з англ. Под ред. М. М. Колтуна.
М.: Энергоатомиздат. 1987. 280 с.
8. Katz J., Margalit S., Harder C., Wilt D., Yariv A. The intrinsic
electrical equivalent circuit of a laser diode. IEEE Jornal of
Quantum Electronics. 1982. Vol. QE-18. P. 4‒7.
9. Dmitry V Bondarenko Use of electrical equivalent
circuits at simulation optoelectronic systems. 5th
International Workshop on Laser and Fiber-Optical
Networks Modeling (Proceedings of LFNM), 2003.
Р. 72‒74.
10. Green M. A., Keevers M. J., Optical properties of
intrinsic silicon at 300 K, Progress in Photovoltaics:
Research and Applications. 1995. Vol. 3. Р. 189‒192.
11. Солнечные энергосистемы космических аппаратов.
Физическое и математическое моделирование /
К. В. Безручко, Н. В. Белан, Д. Г. Белов, С. В. Губин,
В. И. Драновский, В. С. Кравцов, И. Т. Перекопский,
И. Б. Туркин / Под ред. акад. НАН Украины С. Н.Конюхова.
Харьков: Государственный аэрокосмический универ-
ситет «ХАИ». 2000. 515 с.
REFERENCES
1. Bondarenko D. V. Soniachni fotoelektrychni moduli pid
dieyu kogerentnogo oprominennia [Solar photocells
irradiated by coherent radiation]. Renewable energy.
2017. No. 2. Р. 59‒62 [in Ukrainian].
2. Bondarenko D. V. Modelirovanie dinamicheskogo
povedenia injektsionnogo lasera pri proektirovanii
opticheskih system sviazi [Simulation dynamic behavior
of injection laser in the design of optical communication
systems]. Technology and design in electronic
equipment, 1999. No. 5-6. Р. 44‒45 [in Russian].
3. Rivlin L. A., Semenov A. T., Yakubovich S. D. Dinamika I
spektry izluchenia poluprovodnikovyh laserov [Dyna-
mics and emission spectra of semiconductor lasers]
/Moskow. 1983. 208 р. [in Russian].
4. Eliseev P. G. Vvedenie v fiziku injektsionnyh laserov
[Introduction to the physics of injection lasers].
Moskow. 1983 [in Russian].
5. Kryukov P. G., Letokhov V. S. Raspostranenie impulse
sveta v pezonansno usilivayushchey (pogloshcha-
yushchey) srede [Propagation of a light pulse in a
resonantly amplifying (absorbing) medium]. Uspekhi
fizicheskikh nauk 1969 Vol. 99, Issue 2. Р. 169‒227 [in
Russian].
6. Tsang W. Poluprovodnikovie injektsionnye lasery:
dynamika, modulatsia, spektry [Semiconductor
injection laser. Dinamics, modulation, spectrum].
Moscow. 1990 [in Russian].
7. Fahrenbruch A., Bube R. Fundamentals of solar cells.
Photovolaic solar energy convertion. New York, 1983.
8. Katz J., Margalit S., Harder C., Wilt D., Yariv A. The intrinsic
electrical equivalent circuit of a laser diode // IEEE Jornal of
Quantum Electronics. 1982. Vol. QE-18. P. 4-7.
9. Dmitry V Bondarenko Use of electrical equivalent
circuits at simulation optoelectronic systems. 5th
International Workshop on Laser and Fiber-Optical
Networks Modeling (Proceedings of LFNM). 2003.
Р. 72‒74.
10. Green M. A., Keevers M. J. Optical properties of intrinsic
silicon at 300 K. Progress in Photovoltaics: Research and
Applications. 1995. Vol. 3. Р. 189‒192.
11. Bezruchko K. etc. Solnechnye energosistemy
kosmicheskih apparatov. Fizicheskoe I
matematicheskoe modelirovanie [Solar energy system
of space devices. Physical and mathematical modeling].
Kharkov: State space univ.“KhAI”, 2000. 515 р. [in
Russian].
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1246077/
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1246077/
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1246077/
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1246077/
|
| id | veorgua-article-370 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:10:20Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/7b/d3465c47b29941977b97e1e11aec187b.pdf |
| spelling | veorgua-article-3702026-07-18T06:32:17Z DYNAMIC BEHAVIOR OF PV-CELLS AND PV-PANELS UNDER PULSE COHERENT RADIATION ДИНАМІЧНА ПОВЕДІНКА ФОТОЕЛЕМЕНТІВ ТА ФОТОПАНЕЛЕЙ ПІД ДІЄЮ ІМПУЛЬСНОГО КОГЕРЕНТНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ Bondarenko , D. dynamic behavior, pv-panel, pv-element, coherent irradiation, laser. динамічна поведінка, фотопанель, фотоелемент, когерентне випромінювання, лазер. The goal of the work is to research the dynamic behavior of photocells and photopanels under the action of pulsed coherent radiation, namely under the action of semiconductor injection laser radiation. The rate equations for the concentration of charge carriers and the density of photons in a semiconductor are presented, which describe the dynamic behavior of a semiconductor laser and a photocell. The parameters of rate equations are described. The paper also shows electrical models (equivalent circuits) of a semiconductor laser and a photocell for modeling electrical circuits and conducting theoretical analysis of processes in such circuits. The equations for equivalent circuits in electric values and parameters of electric circuits are written. Equipment has been developed for conducting an experimental research of the dynamic behavior of photocells and photopanels under the action of pulsed coherent radiation. For what power supplies, modulator, laser, analysator of electrical signals were used. An experimental research of a photocell and two photo-panels of different power under the action of laser radiation with different beam concentrations (concentrated beam and dispersed beam) was done. The oscillograms of transients in the photocell and photopanels are obtained. The analysis is carried out, which shows that due to relaxation processes and accumulation processes in the researchied semiconductor devices there is a change in the shape of the fronts of electrical pulses at the output of the photocell and photopanels. It can be seen that when the total area of photovoltaic panels is irradiated, the shape of the output electric pulse is clearer for detecting the pulse signal in the demodulator. It is concluded, in particular, that the parasitic elements of photovoltaic panels cause a significant delay in the transient process under co-herent irradiation, and that to avoid increasing the time of the front of pulse , it is desirable to irradiate the photopanel as a total. Мета роботи – дослідження динамічної поведінки фотоелементів і фотопанелей під дією імпульсного когерентного випромінювання, а саме під дією випромінювання напівпровідникового інжек-ційного лазера. В роботі показані швидкісні рівняння для концентрації носіїв зарядів та густини фотонів у напівпровіднику, які описують динамічну поведінку напівпровідникового лазера та фотоелемента. Описані параметри швидкісних рівнянь. Також в роботі показані електричні моделі (еквівалент-ні схеми) напівпровідникового лазера і фотоелемента для проведення моделювання електричних кіл та проведення теоретичного аналізу процесів в таких колах. Надані рівняння для еквівалентних схем в електричних величинах та параметрах електричних кіл. Розроблене устаткування для проведення експериментального дослідження динамічної поведінки фотоелементів і фотопанелей під дією імпульсного когерентного випромінювання, для чого були використані блоки живлення, модуляції, випромінення, аналізу електричних сигналів. Проведене експериментальне дослідження фотоелемента і двох фотопанелей різної потужності під дією лазерного випромінювання з різною концентрацією променя (концентрований промінь та розсіяний). Отримані осцилограми перехідних процесів у фотоелементі та фотопанелях. Проведений аналіз, з якого видно, що завдяки релаксаційним процесам та процесам накопичення в досліджуваних напівпровідникових пристроях відбувається зміна форми фрон-тів електричних імпульсів на виході фотоелемента та фотопанелей. Видно, що при опроміненні всієї площі фотоелектричних панелей форма вихідного електричного імпульсу є чіткішою для детек-тування імпульсного сигналу в демодуляторі. Зроблені висновки, зокрема, що паразитні елементи фотоелектричних панелей спричиняють суттєве затягування перехідного процесу при когерентному опроміненні і що для уникнення збільшення часу фронту імпульсу бажано опромінювати фотопанель в цілому. Бібл. 11, рис. 11. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2022-12-30 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/370 10.36296/1819-8058.2022.4(71).37-42 Vidnovluvana energetika ; No. 4(71) (2022): Scientific and applied Journal renewable energy ; 37-42 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 4(71) (2022): Scientific and applied Journal renewable energy ; 37-42 Відновлювана енергетика; № 4(71) (2022): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 37-42 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2022.4(71) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/370/289 Copyright (c) 2022 D. Bondarenko https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | dynamic behavior pv-panel pv-element coherent irradiation laser. Bondarenko , D. DYNAMIC BEHAVIOR OF PV-CELLS AND PV-PANELS UNDER PULSE COHERENT RADIATION |
| title | DYNAMIC BEHAVIOR OF PV-CELLS AND PV-PANELS UNDER PULSE COHERENT RADIATION |
| title_alt | ДИНАМІЧНА ПОВЕДІНКА ФОТОЕЛЕМЕНТІВ ТА ФОТОПАНЕЛЕЙ ПІД ДІЄЮ ІМПУЛЬСНОГО КОГЕРЕНТНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ |
| title_full | DYNAMIC BEHAVIOR OF PV-CELLS AND PV-PANELS UNDER PULSE COHERENT RADIATION |
| title_fullStr | DYNAMIC BEHAVIOR OF PV-CELLS AND PV-PANELS UNDER PULSE COHERENT RADIATION |
| title_full_unstemmed | DYNAMIC BEHAVIOR OF PV-CELLS AND PV-PANELS UNDER PULSE COHERENT RADIATION |
| title_short | DYNAMIC BEHAVIOR OF PV-CELLS AND PV-PANELS UNDER PULSE COHERENT RADIATION |
| title_sort | dynamic behavior of pv-cells and pv-panels under pulse coherent radiation |
| topic | dynamic behavior pv-panel pv-element coherent irradiation laser. |
| topic_facet | dynamic behavior pv-panel pv-element coherent irradiation laser. динамічна поведінка фотопанель фотоелемент когерентне випромінювання лазер. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/370 |
| work_keys_str_mv | AT bondarenkod dynamicbehaviorofpvcellsandpvpanelsunderpulsecoherentradiation AT bondarenkod dinamíčnapovedínkafotoelementívtafotopanelejpíddíêûímpulʹsnogokogerentnogovipromínûvannâ |