ANALYSIS OF THE INTERDEPENDENCES OF THE PARAMETERS OF PV MODULES AND THEIR CHANGES AT DIFFERENT LEVELS OF SOLAR RADIATION
It had been investigated the characteristics and parameters of photovoltaic modules (PVM), which obtained by fast scanning of I-V characteristics by an automated measurement system on the Rasberry Pi microcomputer platform. A theoretical model and a data processing algorithm have been developed for...
Saved in:
| Date: | 2023 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2023
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/412 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Vidnovluvana energetika |
| Download file: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103660256133120 |
|---|---|
| author | Gaevskii, O. Ivanchuk, V. Gaevska, A. |
| author_facet | Gaevskii, O. Ivanchuk, V. Gaevska, A. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "O. Gaevskii",
"institution": "NTUU «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, Ukraine. Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine."
},
{
"author": "V. Ivanchuk",
"institution": "NTUU «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, Ukraine. Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine."
},
{
"author": "A. Gaevska",
"institution": "NTUU «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, Ukraine."
}
] |
| author_sort | Gaevskii, O. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:18Z |
| description | It had been investigated the characteristics and parameters of photovoltaic modules (PVM), which obtained by fast scanning of I-V characteristics by an automated measurement system on the Rasberry Pi microcomputer platform. A theoretical model and a data processing algorithm have been developed for the analysis of changes in FM parameters with voltage and obtaining their mutual dependencies. Numerical determining of these parameters allows characterize an electrical losses and recombination processes in PV cells under various external conditions. It had been shown that in some areas of the voltage near the maximum power point, the non-ideality factor of the pn-junction A can take a large values (up to 4-5), which is typical for PVM manufactured using modern technologies. The changes of the series resistance Rs and factor A in the vicinity of the open circuit voltage under various solar radiation level were analyzed. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2023.3(74).59-65 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:39:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
59
Відновлювана енергетика. №3/2023 | Сонячна енергетика
УДК 620.92:621.311.243 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.3(74)59-65
АНАЛІЗ ВЗАЄМОЗАЛЕЖНОСТЕЙ ПАРАМЕТРІВ ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ МОДУЛІВ ТА ЇХ ЗМІНЕННЯ
ПРИ РІЗНИХ РІВНЯХ СОНЯЧНОЇ РАДІАЦІЇ
Отримано 11 вер. 2023 р.; рекомендовано до публікації 20 вер. 2023 р.
Доступно онлайн 30 вер. 2023 р.
О. Ю. Гаєвський1, В. Ю. Іванчук2, Г. М. Гаєвська3
Автор для кореспонденції: Олександр Гаєвський,
e-mail: a.gaevskii@kpi.ua
Анотація. Досліджено характеристики та параметри
фотоелектричних модулів (ФМ), які отримані шляхом
швидкого сканування вольт-амперних характеристик
(ВАХ) за допомогою автоматизованої вимірювальної
системи на мікрокомп’ютерній платформі Rasberry Pi.
Розроблено теоретичну модель та алгоритм обробки
даних для аналізу змінення параметрів ФМ з напругою
й отримання їх взаємозалежностей. Чисельне визначення цих параметрів дає змогу охарактеризу-
вати електричні втрати й процеси рекомбінації в фотоелементах при різних зовнішніх умовах. По-
казано, що в окремих областях напруги поблизу точки максимальної потужності коефіцієнт неідеа-
льності pn-переходу А може набувати великих значень (до 4-5), що характерно для ФМ, виготовлених
за сучасними технологіями. Проаналізовано змінення послідовного опору Rs і фактора A поблизу на-
пруги холостого ходу залежно від рівня сонячної радіації.
Ключові слова: фотоелектричний модуль, вольт-амперна характеристика, фактор неідеальності,
послідовний опір, рекомбінація, електричні втрати.
ANALYSIS OF THE INTERDEPENDENCES OF THE PARAMETERS OF PV MODULES AND THEIR
CHANGES AT DIFFERENT LEVELS OF SOLAR RADIATION
Received Sept. 11, 2023; accepted Sept. 20, 2023
Available online Sept. 30, 2023
O. Gaevskii1, V. Ivanchuk2, A. Gaevska3
Author for correspondence: Oleksandr Gaevskii,
e-mail: a.gaevskii@kpi.ua
Summary. It had been investigated the characteristics and
parameters of photovoltaic modules (PVM), which obtained
by fast scanning of I-V characteristics by an automated
measurement system on the Rasberry Pi microcomputer
platform. A theoretical model and a data processing
algorithm have been developed for the analysis of changes in
FM parameters with voltage and obtaining their mutual dependencies. Numerical determining of these
parameters allows characterize an electrical losses and recombination processes in PV cells under various
external conditions. It had been shown that in some areas of the voltage near the maximum power point, the
non-ideality factor of the pn-junction A can take a large values (up to 4-5), which is typical for PVM
1 д-р фіз.-мат. наук, професор, пров. наук. співр.
http://orcid.org/0000-0003-1632-9735
2 аспірант, молод. наук. співроб.
http://orcid.org/0000-0002-0585-9610
3 старш. викладач.
http://orcid.org/0000-0001-7760-6789
1,2, 3 НТУУ «Київський політехнічний інститут ім.
Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна.
1,2 Інститут відновлюваної енергетики НАН
України, м. Київ, Україна.
1 Dr. of Phys. Math. Sci., Prof., Lead. Sci. Assoc.
http://orcid.org/0000-0003-1632-9735
2 PhD student, Res. Assist.
http://orcid.org/0000-0002-0585-9610
3 Senior Teacher.
http://orcid.org/0000-0001-7760-6789
1,2, 3 NTUU «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic
Institute», Kyiv, Ukraine.
1,2 Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine,
Kyiv, Ukraine.
60
Відновлювана енергетика. №3/2023 | Сонячна енергетика
manufactured using modern technologies. The changes of the series resistance Rs and factor A in the vicinity of
the open circuit voltage under various solar radiation level were analyzed.
Key words: PV module, current-voltage characteristic, non-ideality factor, series resistance, recombination,
electrical losses.
Вступ і постановка задачі. Ефективність фотоелектрич-
них модулів (ФМ) безпосередньо пов’язана з їхніми па-
раметрами, що характеризують генерувальну здатність
і електричні втрати, а також вплив зовнішніх умов. Най-
важливіші параметри ФМ зазвичай розраховують на ос-
нові навантажувальних вольт-амперних характеристик
(ВАХ) при різних рівнях сонячної радіації й температури.
Найпоширенішими теоретичними моделями для визна-
чення параметрів ФМ є однодіодна та двохдіодна мо-
делі (див., наприклад, огляди [1–4]), що подаються у ви-
гляді схем заміщення. Ці схеми складаються з джерела
струму Iph, одного або двох діодів Шоклі, що описують
pn-перехід, а також послідовного Rs та паралельного Rp
опорів, які враховують електричні втрати (рис. 1, а, б).
б
Рис. 1. Еквівалентні схеми заміщення ФМ: а – однодіо-
дна (1D); б – двохдіодна (2D)
Fig. 1. Equivalent cirrcuit of the PV module: a – single
diode (1D); – two diode (2D)
Проблеми, які розглядатимемо в цій статті, характерні
для обох моделей, тому основну увагу приділимо одно-
діодній моделі (1D-модель на рис. 1, а). Навантажува-
льна ВАХ I(V) для неї описується з використанням класи-
чної моделі pn-переходу Шоклі – Ріда [5] у вигляді, на-
приклад, такого рівняння [6]:
01 1 0
s
s T
V IR
An Vs
ph
p p
R VF I I I e
R R
+
= + − + + − =
, (1)
де Iph – струм фотогенерації, I0 – зворотний струм наси-
чення діода, Rs і Rp – послідовний і паралельний опори
електричних втрат, A – фактор неідеальності діода, ns –
кількість послідовно з’єднаних фотоелектричних комі-
рок у ФМ.
В (1) введено температуро-залежну величину
T
kTV
q
= («теплова» напруга),
k – постійна Больцмана, T – температура, q – заряд еле-
ктрона.
Серед даних літератури [2–4] існують деякі протиріччя,
особливо щодо параметрів, пов’язаних з процесами еле-
ктричних втрат та рекомбінації. Наприклад, чисельні зна-
чення Rs, Rp, які отримані для того самого модуля різними
методами, можуть різнитися у кілька разів, а I0 – навіть на
кілька порядків. Це свідчить, на нашу думку, або про не-
доліки вибраних оптимізаційних процедур, або про неа-
декватність діодних моделей з постійними значеннями
шуканих параметрів на всьому діапазоні відліків.
Конструкція ФМ (наприклад, виготовлених за техноло-
гією PERC або PERL) включає різні резистивні внески в
сумарні електричні втрати: омічні об’ємні опори напівп-
ровідників, контактні опори, опори витоку. В простих ек-
вівалентних схемах заміщення на рис. 1 для опису
об’ємних опорів шарів матеріалів і контактних опорів у
конструкції ФМ введено послідовний опір втрат Rs. Від
нього залежить положення точки максимальної потуж-
ності (Maximum Power Point, MPP) на кривій ВАХ і, що
найважливіше, – ефективність ФМ, тобто відношення
електричної потужності одиничної площі модуля до ін-
тегральної інтенсивності падаючого сонячного випромі-
нювання. При збільшенні Rs робоча точка (MPP) зміщу-
ється в бік меншої напруги і, відповідно, падає потуж-
ність у навантаженні [6]. У процесі тривалої експлуатації
фотоелектричних станцій відбувається поступове збіль-
шення електричних і теплових втрат у ФМ, тому велике
значення має розробка ефективного оперативного ме-
тоду визначення параметра Rs.
Значення Rs не може бути виміряне безпосередньо і, по
суті, являє собою окрему проблему, різні методи
розв’язання якої пропонувалися на різних етапах розви-
тку фотоелектрики [7–9]. Всі методи, відомі на той час, в
роботі [8] розбито на три категорії: методи, що оперу-
ють з даними ВАХ; методи, в яких використовують похі-
дні від функції ВАХ, і, нарешті, методи, пов’язані із засто-
суванням інтегралів або комбінацій інтегралів із похід-
ними та функціями ВАХ. Частина методів, крім освітле-
ної ВАХ, вимагає вимірювання темнової ВАХ, тобто кри-
вої I(V) за відсутності освітлення. Деякі методи вимага-
ють графічної побудови ще й третьої кривої ВАХ при
змінній освітленості [9]. Процедуру визначення Rs про-
писано також у стандарті IEC 60891:2021 Міжнародної
електротехнічної комісії [10].
61
Відновлювана енергетика. №3/2023 | Сонячна енергетика
Параметрами, які обумовлені процесами рекомбінації
носіїв заряду, в діодних схемах заміщення є I0 та А. У цій
роботі ми розглядаємо параметри, які можуть змінюва-
тись з напругою зміщення на діоді, тобто з напругою на-
вантаження. Зворотний струм насичення I0 згідно з відо-
мими механізмами рекомбінації Оже, Шоклі – Ріда –
Холла залежить від концентрації носіїв (ступеня легу-
вання напівпровідників і температури) та геометричних
розмірів (товщини шару матеріалу) [11]. Оскільки I0 ха-
рактеризує струм насичення при замкненому pn-пере-
ході, його можна вважати практично незалежним від
напруги прямого зміщення V.
Інша ситуація з фактором неідеальності А: відповідно до
класичних моделей [5] він може змінюватись з напру-
гою V в інтервалі від 1 до 2. Для ідеального діода Шоклі
без урахування рекомбінаційного струму А = 1, а в обла-
сті низької напруги, коли суттєва рекомбінація, вели-
чина А може досягати 2. Обмеження, які накладаються
на цей параметр при підганянні параметрів під експери-
ментальні дані 1D-моделі, – вважається А постійним у
всьому інтервалі напруги, в 2D-моделі кожен діод має
свої постійні параметри А в інтервалі (1, 2). У роботах [1–
4] подається дуже докладний огляд сучасних оптиміза-
ційних методів розрахунку цього параметра, а також ін-
ших параметрів схем заміщення 1D, 2D.
На відміну від згаданих вище дещо формальних підхо-
дів є низка статей (наприклад, [12–14]), в яких описано
ефект змінення А з напругою або струмом через pn-пе-
рехід, досліджуваний протягом багатьох років. Фактор
неідеальності на деяких інтервалах напруги може бути
значно вищий, досягаючи 4 і 5. У цій роботі розгляда-
ються можливості використання змінних параметрів А і
Rs при інтерпретації характеристик ФМ.
Нами використовуються результати швидкісного скану-
вання ВАХ модулів у реальних (польових) умовах за до-
помогою мікроконтролерних систем отримання та об-
робки даних. Опис конструкції приладу для автоматизо-
ваних вимірювань ВАХ наведено в наших роботах [15,
16]. Метод дає змогу оперативно обчислювати рівень
електричних втрат ФМ в умовах їх експлуатації на
фотоелектричних станціях. Завдяки особливостям алго-
ритму і способу вимірювань можливе досить точне ви-
значення ВАХ в умовах змінної сонячної радіації й тем-
ператури, а також оперативна діагностика поточного
стану фотомодулів.
Опис моделі. Найбільший вплив Rs на форму ВАХ фото-
модуля спостерігається при великих напругах V на нава-
нтаженні, особливо в області холостого ходу (Open
Circuit, OC) [5, 6]. Будемо знаходити Rs через диференці-
альну провідність Goc, тобто нахил кривої ВАХ на цій ді-
лянці, що визначається частковими похідними від уяв-
ної функції F (1) за напругою при V = Voc , коли I = 0:
1
1
oc
p
oc
soc
s ococ p
QF RdI VG
F RdV R QI R
+∂
∂= = − =
∂ + +∂
, (2)
де, як і в роботі [17], введена величина
0
oc
s T
V
An V
oc
s T
IQ e
An V
= . (3)
Формула (2) дає можливість розрахувати Rs, якщо відомі
нахил ВАХ у точці холостого ходу та значення інших па-
раметрів А, I0, Rp. Але цей набір параметрів можна ско-
ротити завдяки певним чисельним оцінкам, для яких
треба розглянути вихідні дані. Експериментальні дані,
наведені в цій роботі, отримані для монокристалічного
кремнієвого ФМ потужністю 300 Вт, виготовленого за
технологією PERC з кількістю послідовних комірок ns =
60. Температура повітря при вимірюваннях складала
приблизно 25 °С, відповідне значення «теплової» на-
пруги VT = 0,0256 В. Якщо А лежить в інтервалі (1,2), пос-
тійний коефіцієнт 1( )s TAn V − в (3), що залежить тільки
від конструкції ФМ і температури, має значення від 0,65
до 0,33. Для обчислення добутку дуже малої величини
I0 і дуже великої експоненти в (3) скористаємося рівнян-
ням (1) для точки OC і запишемо вираз для струму через
діод Id:
0 01
oc oc
s T s T
V V
An V An Voc
d ph phoc
p
VI I I e I e I
R
≡ − = − ≈ ≈
. (4)
Оскільки oc
ph
p
V I
R
, для Qoc отримуємо з точністю до
~10-2 оцінку
ph
oc
s T
I
Q
An V
≈ , (5)
що для модулів зазначеного типу при освітленні, напри-
клад, ~ 900 Вт/м2 (Iph ~ 8А), становить 5,2 ÷ 2,6 при змі-
ненні А в інтервалі (1,2).
Якщо крім наведених значень врахувати реальні зна-
чення параметрів для розглянутого типу ФМ, а саме,
Voc~35 В, Iph~8 A, фактор A~1,5, Rp~300 Ом, Rs < 1 Ом і
Rs / Rp << 1, то можна зробити спрощення у виразі (2).
У результаті отримуємо з відносною похибкою ~10-2
формулу для послідовного опору Rs [17]:
1
s oc
oc
R R
Q
= − , (6)
де введено позначення 1
oc ocR G −= для диференціаль-
ного опору в точці ОС. Величина поправки 1
ocQ − , як ви-
пливає з (3), істотно залежить від коефіцієнта
62
Відновлювана енергетика. №3/2023 | Сонячна енергетика
неідеальності pn-переходу А, тобто від внеску процесів
рекомбінації в результуючий струм.
У цій роботі величину А оцінюватимемо за експеримен-
тальними даними таким чином. Продиференціюємо за
напругою логарифм виразу (4) для струму через діод Id і
виразимо фактор неідеальності через отриману похідну:
1
ln d
s T
oc
d IA n V
dV
−
=
, (7)
де Id обчислюємо як різницю між струмом генерації й
струмом у навантаженні: d phI I I≈ − .
Експериментальні дані та обробка результатів. У цій
роботі досліджувались монокристалічні кремнієві ФМ
Risen потужністю 285 Вт, встановлені з орієнтацією на пі-
вдень під кутом нахилу 𝛽𝛽 = 35° над горизонтальною по-
верхнею. Для вимірювання ВАХ і автоматизованого
опрацювання даних використовували метод заря-
джання конденсатора, реалізований на платформі
Raspberry Pi [16]. Завдяки малому часу сканування пов-
ної ВАХ (менш ніж 1 с.) рівень сонячної радіації й темпе-
ратуру модуля під час вимірювання можна було вва-
жати незмінними.
Далі отримані дані відповідно до моделі (див. поперед-
ній розділ) опрацьовували на ПК у пакеті MATLAB. Алго-
ритм обробки складався з таких етапів:
1. Завантаження експериментальних даних {Vi, Ii}
(I = 1,...N, N – кількість відліків), очищення від зна-
чень, що повторюються, сортування за зростанням.
2. Кусково-поліноміальна апроксимація згідно з ра-
ніше розробленою схемою [18].
3. Отримання рівномірно розподілених точок уздовж
апроксимаційної кривої ВАХ, які вносили б однакову
вагу в подальші обчислювальні процедури згідно з
теоретичною моделлю.
4. Обчислення характеристик і параметрів ФМ, напри-
клад величин Rs (6) та А(7).
Первинні дані вимірювань, виконаних за допомогою
розробленого нами приладу, виводяться на сенсорний
екран та передаються на ПК у послідовний порт. Прик-
лад обробки цих даних на першому етапі наведено на
рис. 2, а, на якому кожна крива ВАХ відповідає певній
інтенсивності радіації (в одиницях Вт/м2).
Подальша обробка отриманих ВАХ (етапи 2, 3) полягає в
згладжуванні первинних даних і апроксимації їх спеціа-
льними модельними функціями (рис. 2, б). Для точного
отримання необхідних параметрів та характеристик
процесів, що протікають у модулі при зміні наванта-
ження, на отриманій апроксиманті (синя лінія) з однако-
вим інтервалом по довжині кривої розміщуються точки
нових відліків (червоні), що використовуються при по-
дальших розрахунках. На основі цих відліків викону-
ється визначення (припасування) п’яти параметрів
однодіодної моделі Iph, I0, Rs, Rp, А фотомодуля (етап 4).
Вольт-амперна характеристика, яка розрахована з вико-
ристанням одержаних параметрів, показана на рис. 2, б
пунктирною лінією.
а
б
Рис. 2. Приклад вольт-амперних характеристик на
послідовних етапах їх обробки: а – первинні (необроб-
лені) дані при різних рівнях сонячної радіації; б – ре-
зультуюча крива ВАХ (суцільна синя) з рівномірно роз-
поділеними відліками (червоні крапки) та припасо-
вана крива 1D-моделі (пунктирна)
Fig. 2. An example of current-voltage characteristics at
processing stages: a – primary (unprocessed) data
at different levels of solar radiation; b – the resulting I-V
curve (solid blue) with evenly distributed readings (red
dots) and the fitted curve for 1D model (dashed)
Результати розрахунків за формулами (2) – (7) показані
на рисунках нижче. Графік на рис. 3, а для залежності
ln dd I
dV
демонструє тенденцію до суттєвого змінення
63
Відновлювана енергетика. №3/2023 | Сонячна енергетика
параметра А з напругою – від 1 до 6. Найбільші значення
А досягаються в інтервалі напруги (0,3 В, 0,4 В) на
комірці, або (18 В, 24 В) – на фотомодулі. Як приклад на
рис. 3 наведено залежність фактора неідеальності A в
області, близькій до режиму холостого ходу. Як бачимо,
на невеликому інтервалі напруги поблизу Voc значення
А зростає до 2 і більше. Така поведінка, що спостеріга-
ється також на графіках статей [19, 20], пояснювалась ав-
торами цих робіт рекомбінацією в приповерхневій об-
ласті у торців фотоелектричних комірок (або модулів) та
у борозенок лицьової поверхні, в яких розміщені нитки
металевих контактів.
Рис. 3. Графіки залежності від напруги V: а – лога-
рифм струму Id; б – фактор неідеальності А
Fig. 3. Plots for dependences on the voltage V: a – ln(Id);
b – nonideality factor A
Значення А в області холостого ходу дозволяють обчис-
лити послідовний опір Rs за формулами (5), (6). У цій об-
ласті нахил ВАХ дуже суттєво залежить від інтенсивності
радіації, як видно з кривих на рис. 2, а: зі зменшенням
рівня радіації зменшується нахил і відповідно зростає
величина Rос, через яку виражається Rs (6). Поправка до
Rос у формулі (6) залежить від фактора неідеальності А.
Останній, як випливає з (7), обернено пропорційний по-
хідний від логарифму фотоструму Iph, тобто слід очіку-
вати зменшення А зі зменшенням Iph. Графічно ці залеж-
ності Rос (Iph) і A (Iph) відображені на рис. 4. Вказані різні
тенденції змінення Rос і A взаємно компенсуються, в ре-
зультаті послідовний опір втрат Rs повільніше зміню-
ється з радіацією. Так при зростанні Iph від 2,3 до 8,5 А
величина Rs зменшується від 0,28 до 0,17 Ом.
Рис. 4. Графіки змінення фактора неідеальності А
(синя крива), опорів Rос і Rs (пунктирна
та червона криві) при V = Voc зі зміною фотоструму Iph
(діапазон сонячної радіації 250–700 Вт/м2)
Fig. 4. Plots for changes of the nonideality factor A (blue
curve), resistances Roc and Rs (dashed and red curves) at V
= Voc with a photocurrent Iph change (solar radiation
range 250–700 W/m2)
Висновки. Модель та алгоритм, що розроблені в цій ро-
боті, дозволяють визначити параметри ФМ та змінення
їх з напругою на модулі та з рівнем сонячної радіації.
Експериментальні дослідження були проведені на мо-
нокристалічному кремнієвому ФМ при різних рівнях со-
нячної радіації. В результаті обробки даних з ВАХ були
розраховані параметри модуля, проаналізовані їх взає-
мні залежності, а також залежності від напруги та рівня
фотогенерації.
Для параметрів, що характеризують електричні втрати
та рекомбінаційні процеси в фотоелектричних комірках,
можна зробити такі висновки:
− фактор неідеальності А при підвищенні напруги (зро-
станні опору R активного навантаження) поступово
змінюється від значень класичної моделі Шоклі –
Ріда до 4-5 в області МРР, потім спадає до малих зна-
чень і при наближенні до напруги Voc знову зростає
до 2 і більше;
− в області холостого ходу послідовний опір Rs зростає
при зниженні рівня радіації й відповідно зниженні Iph.;
− отримані значення Rs поблизу точки Voc лежать в діа-
пазоні 0,17–0,49 при інтенсивності радіації 900–
250 Вт/м2.
64
Відновлювана енергетика. №3/2023 | Сонячна енергетика
ПОСИЛАННЯ
1. Ali M. Humada, M. Hojabri, S. Mekhilef, H. Hamada.
Solar cell parameters ex-traction based on single and
double-diode models: A review. Renewable and
Sustainable Energy Reviews. 2016. Vol. 56. P. 494–509.
http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2015.11.051.
2. R. Venkateswari, N. Rajasekar. Review on parameter
estimation techniques of solar photovoltaic systems //
Electrical Energy Systems, 2021. Vol. 31. N 11, 13113.
https://doi.org/10.1002/2050-7038.13113.
3. А. M. Shaheen, R. A. El-Seheimy, G. Xiong et al.
Parameter identification of solar photovoltaic cell and
module models via supply demand optimizer/ Ain
Shams Engineering Journal. 2022. Vol. 13. N 4, 101705.
https://doi.org/10.1016/j.asej.2022.101705.
4. Abhishek Sharma, Abhinav Sharma, M. Averbukh et al.
Performance investigation of state-of-the-art
metaheuristic techniques for parameter extraction of
solar cells/module. Nature. Scientific Reports. 2023.
Vol. 13. https://doi.org/10.1038/s41598-023-37824-4.
5. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Пер. с
англ. 2 изд. М.: Мир. 1984. 458 с.
6. Гаєвський О. Ю. Фотоенергетика. Частина І. Сонячна
радіація і фотоелектричні модулі [Електронний ре-
сурс]: підручник. Київ : КПІ імені Ігоря Сікорського,
2023. 150 с.
7. M. Wolf, H. Rauschenbach. Series Resistance Effects on
Solar Cell Measurements. Advanced Energy Conversion.
Pergamon Press. 1963. Vol. 3. P. 455–479.
8. G.M.M.W. Bissels, J.J. Schermer, M.A.H. Asselbergs et
al. Theoretical review of series resistance determination
methods for solar cells. Review // Solar Energy
Materials & Solar Cells 2014. Vol. 130. p. 605–614.
http://dx.doi.org/10.1016/j.solmat.2014.08.003.
9. D. Pysch, A. Mette, S.W. Glunz A review and comparison
of different methods to determine the series resistance
of solar cells // Solar Energy Materials and Solar Cells.
2007. Vol. 91. N 18. P. 1698–1706.
10. IEC 60891:2021. Photovoltaic devices - Procedures for
temperature and irradiance corrections to measured I-
V characteristics.
https://webstore.iec.ch/publication/61766.
11. А. Cuevas.The recombination parameter J0/ Energy
Proce-dia. 2014. Vol. 55. P. 53–62.
12. H. J. Queisser. Forward Characteristics and Efficien-
cies of Silicon Solar Cells. Solid-State Electronics.
1962. Vol. 5. p. 1–10.
13. K.R. McIntosh, C.B. Honsberg: The Influence of Edge
Recombination on A Solar Cell 's I-V Curve // 16 European
Photovoltaic Solar Energy Conference, Glasgow, 2000.
https://www.researchgate.net/publication/247910506.
14. S. Steingrube, O. Breitenstein, K. Ramspeck et al.
Explanation of commonly observed shunt currents in c-
Si solar cells by means of recombination statistics
beyond the Shockley-Read-Hall approximation. Journ.
Appl. Phys. 2011. Vol. 110. 014515.
15. О. Ю. Гаєвський, В. Ю. Іванчук, І. О. Корнієнко та ін.
Алгоритм і програмне забезпечення для Arduino-си-
стеми тестування фотоелектричних модулів. Віднов-
лювана енергетика. 2021. № 1. С. 42–49.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2021.1(64).42–
49.
16. О. Ю. Гаєвський, В. Ю. Іванчук. Автономна система
вимірювання на основі мікрокомп’ютера для тесту-
вання фотоелектричних модулів. Відновлювана ене-
ргетика. 2022. № 3 (70). С. 54–61.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.3(70).54-
61.
17. A.Yu. Gaevskii. Method for determining parameters of
PV modules in field conditions // 2019 IEEE 6th
International Conference on Energy Smart Systems
(ESS). Kyiv, Ukraine. 2019. P. 205–208.
18. Гаєвська Г. М. Алгоритм апроксимації вольт-ампер-
них характеристик фотомодулів в умовах часткового
затінення. Відновлювана енергетика. 2019. № 3 (58).
С. 21–29. doi: 10.36296/1819-8058.2019.3(58).21-29.
19. S. Steingrube, O. Breitenstein, K. Ramspeck et al.
Explanation of commonly observed shunt currents in c-
Si solar cells by means of recombination statistics
beyond the Shockley-Read-Hall approximation. Journ.
Appl. Phys., 2011. Vol. 110, 014515.
20. S. Breitenstein, P. Altermatt, K. Ramspeck, M. A. Green
et al. Interpretation of the Commonly Observed I-V
Characteristics of C-SI Cells Having Ideality Factor Larger
Than Two // 2006 IEEE 4th World Conference on
Photovoltaic Energy Conference, Waikoloa, USA. 2006.
P. 879–884, doi: 10.1109/WCPEC.2006.279597.
REFERENCIES
1. Ali M. Humada, M. Hojabri, S. Mekhilef, H. Hamada.
Solar cell parameters ex-traction based on single and
double-diode models: A review. Renewable and
Sustainable Energy Reviews. 2016 Vol. 56. P. 494–509.
http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2015.11.051.
2. R. Venkateswari, N. Rajasekar. Review on parameter
estimation techniques of solar photovoltaic systems.
Electrical Energy Systems. 2021. Vol. 31. N 11. 13113.
https://doi.org/10.1002/2050-7038.13113.
3. A. M. Shaheen, R.A. El-Seheimy, G. Xiong et al.
Parameter identification of solar photovoltaic cell and
module models via supply demand optimizer. Ain
Shams Engineering Journal. 2022. Vol. 13. N 4. 101705.
https://doi.org/10.1016/j.asej.2022.101705.
http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2015.11.051
https://doi.org/10.1002/2050-7038.13113
https://doi.org/10.1016/j.asej.2022.101705
https://doi.org/10.1038/s41598-023-37824-4
http://dx.doi.org/10.1016/j.solmat.2014.08.003
https://www.researchgate.net/publication/247910506
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2021.1(64).42%E2%80%9349
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2021.1(64).42%E2%80%9349
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.3(70).54-61
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.3(70).54-61
http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2015.11.051
https://doi.org/10.1002/2050-7038.13113
https://doi.org/10.1016/j.asej.2022.101705
65
Відновлювана енергетика. №3/2023 | Сонячна енергетика
4. Abhishek Sharma, Abhinav Sharma, M. Averbukh et al.
Performance investigation of state-of-the-art meta-
heuristic techniques for parameter extraction of solar
cells/module. Nature. Scientific Reports. 2023.
Vol. 13. https://doi.org/10.1038/s41598-023-37824-4.
5. Sze S. Physics of semiconductor devices. 2 ed. 1984. 458 p.
6. Gaevskii A. Photovoltaics. Part I. Solar radiation and
photovoltaic modules. Textbook NTUU «Igor Sikorsky
Kyiv Polytechnic Institute». 2023. 150 p.
7. M. Wolf, H. Rauschenbach. Series Resistance Effects on
Solar Cell Measurements // Advanced Energy Conver-
sion. Pergamon Press. 1963. Vol. 3. P. 455–479.
8. G. M. M. W. Bissels, J. J. Schermer, M. A. H. Asselbergs
et al. Theoretical review of series resistance deter-
mination methods for solar cells. Review // Solar Energy
Materials & Solar Cells. 2014. Vol. 130. P.605–614.
http://dx.doi.org/10.1016/j.solmat.2014.08.003.
9. D. Pysch, A. Mette, S. W. Glunz A review and compari-
son of different methods to determine the series
resistance of solar cells // Solar Energy Materials and
Solar Cells. 2007. Vol. 91. N 18. P. 1698–1706.
10. IEC 60891:2021. Photovoltaic devices - Procedures for
temperature and irradiance corrections to measured I-
V characteristics.
https://webstore.iec.ch/publication/61766.
11. A. Cuevas.The recombination parameter J0. Energy Pro-
cedia. 2014. Vol. 55. P. 53 62.
12. H. J. Queisser. Forward Characteristics and Efficiencies
of Silicon Solar Cells. Solid-State Electronics. 1962. Vol.
5. P. 1–10.
13. K.R. McIntosh, C.B. Honsberg: The Influence of Edge
Recombination on A Solar Cell 's I-V Curve // 16 European
Photovoltaic Solar Energy Conference, Glasgow, 2000.
https://www.researchgate.net/publication/247910506.
14. S. Steingrube, O. Breitenstein, K. Ramspeck et al. Ex-
planation of commonly observed shunt currents in c-Si
solar cells by means of recombination statistics beyond
the Shockley-Read-Hall approximation. Journ. Appl.
Phys. 2011. Vol. 110, 014515.
15. A. Gaevskii, V. Ivanchuk, I. Kornienko, V. Bodnyak. Algorithm
and software for Arduino-based system for PV module
testing. Vidnovluvana Energetika. 2021. No 1. P. 42–49.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.3(70).54-61.
16. A. Gaevskii, V. Ivanchuk. Autonomous measurement system
based on microcomputer for testing photo-electric
modules. Vidnovluvana Energetika. 2022. No 3 (70). P. 54–
61. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.3(70).54–61.
17. A. Yu. Gaevskii. Method for determining parameters of
PV modules in field conditions // 2019 IEEE 6th
International Conference on Energy Smart Systems
(ESS). Kyiv, Ukraine. 2019. P. 205–208.
18. A. Gaevskaya (2019). Approximation algorithm for PV
modules current-voltage characteristics under shading
conditions. Vidnovluvana Energetika. 2019. No 3 (58). P. 21–
29. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.3(58).21-29.
19. S. Steingrube, O. Breitenstein, K. Ramspeck et al.
Explanation of commonly observed shunt currents in c-
Si solar cells by means of recombination statistics
beyond the Shockley-Read-Hall approximation. Journ.
Appl. Phys. 2011. Vol. 110, 014515.
20. S. Breitenstein, P. Altermatt, K. Ramspeck, M. A. Green
et al. Interpretation of the Commonly Observed I-V
Characteristics of C-SI Cells Having Ideality Factor Larger
Than Two // 2006 IEEE 4th World Conference on
Photovoltaic Energy Conference, Waikoloa, USA. 2006.
P. 879–884, doi: 10.1109/WCPEC.2006.279597.
https://doi.org/10.1038/s41598-023-37824-4
http://dx.doi.org/10.1016/j.solmat.2014.08.003
https://www.researchgate.net/publication/247910506
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.3(70).54-61
|
| id | veorgua-article-412 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:11:44Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/ad/e718cb9b9e5f925b0ab7161670ed46ad.pdf |
| spelling | veorgua-article-4122026-07-18T06:32:18Z ANALYSIS OF THE INTERDEPENDENCES OF THE PARAMETERS OF PV MODULES AND THEIR CHANGES AT DIFFERENT LEVELS OF SOLAR RADIATION АНАЛІЗ ВЗАЄМОЗАЛЕЖНОСТЕЙ ПАРАМЕТРІВ ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ МОДУЛІВ ТА ЇХ ЗМІНЕННЯ ПРИ РІЗНИХ РІВНЯХ СОНЯЧНОЇ РАДІАЦІЇ Gaevskii, O. Ivanchuk, V. Gaevska, A. PV module, current-voltage characteristic, non-ideality factor, series resistance, recombination, electrical losses. фотоелектричний модуль, вольт-амперна характеристика, фактор неідеальності, послідовний опір, рекомбінація, електричні втрати. It had been investigated the characteristics and parameters of photovoltaic modules (PVM), which obtained by fast scanning of I-V characteristics by an automated measurement system on the Rasberry Pi microcomputer platform. A theoretical model and a data processing algorithm have been developed for the analysis of changes in FM parameters with voltage and obtaining their mutual dependencies. Numerical determining of these parameters allows characterize an electrical losses and recombination processes in PV cells under various external conditions. It had been shown that in some areas of the voltage near the maximum power point, the non-ideality factor of the pn-junction A can take a large values (up to 4-5), which is typical for PVM manufactured using modern technologies. The changes of the series resistance Rs and factor A in the vicinity of the open circuit voltage under various solar radiation level were analyzed. Досліджено характеристики та параметри фотоелектричних модулів (ФМ), які отримані шляхом швидкого сканування вольт-амперних характеристик (ВАХ) за допомогою автоматизованої вимірювальної системи на мікрокомп’ютерній платформі Rasberry Pi. Розроблено теоретичну модель та алгоритм обробки даних для аналізу змінення параметрів ФМ з напругою й отримання їх взаємозалежностей. Чисельне визначення цих параметрів дає змогу охарактеризувати електричні втрати й процеси рекомбінації в фотоелементах при різних зовнішніх умовах. Показано, що в окремих областях напруги поблизу точки максимальної потужності коефіцієнт неідеальності pn-переходу А може набувати великих значень (до 4-5), що характерно для ФМ, виготовлених за сучасними технологіями. Проаналізовано змінення послідовного опору Rs і фактора A поблизу напруги холостого ходу залежно від рівня сонячної радіації. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2023-10-19 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/412 10.36296/1819-8058.2023.3(74).59-65 Vidnovluvana energetika ; No. 3(74) (2023): Scientific and applied Journal renewable energy ; 59-65 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 3(74) (2023): Scientific and applied Journal renewable energy ; 59-65 Відновлювана енергетика; № 3(74) (2023): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 59-65 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2023.3(74) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/412/322 Copyright (c) 2023 O. Gaevskii, V. Ivanchuk, A. Gaevska https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | PV module current-voltage characteristic non-ideality factor series resistance recombination electrical losses. Gaevskii, O. Ivanchuk, V. Gaevska, A. ANALYSIS OF THE INTERDEPENDENCES OF THE PARAMETERS OF PV MODULES AND THEIR CHANGES AT DIFFERENT LEVELS OF SOLAR RADIATION |
| title | ANALYSIS OF THE INTERDEPENDENCES OF THE PARAMETERS OF PV MODULES AND THEIR CHANGES AT DIFFERENT LEVELS OF SOLAR RADIATION |
| title_alt | АНАЛІЗ ВЗАЄМОЗАЛЕЖНОСТЕЙ ПАРАМЕТРІВ ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ МОДУЛІВ ТА ЇХ ЗМІНЕННЯ ПРИ РІЗНИХ РІВНЯХ СОНЯЧНОЇ РАДІАЦІЇ |
| title_full | ANALYSIS OF THE INTERDEPENDENCES OF THE PARAMETERS OF PV MODULES AND THEIR CHANGES AT DIFFERENT LEVELS OF SOLAR RADIATION |
| title_fullStr | ANALYSIS OF THE INTERDEPENDENCES OF THE PARAMETERS OF PV MODULES AND THEIR CHANGES AT DIFFERENT LEVELS OF SOLAR RADIATION |
| title_full_unstemmed | ANALYSIS OF THE INTERDEPENDENCES OF THE PARAMETERS OF PV MODULES AND THEIR CHANGES AT DIFFERENT LEVELS OF SOLAR RADIATION |
| title_short | ANALYSIS OF THE INTERDEPENDENCES OF THE PARAMETERS OF PV MODULES AND THEIR CHANGES AT DIFFERENT LEVELS OF SOLAR RADIATION |
| title_sort | analysis of the interdependences of the parameters of pv modules and their changes at different levels of solar radiation |
| topic | PV module current-voltage characteristic non-ideality factor series resistance recombination electrical losses. |
| topic_facet | PV module current-voltage characteristic non-ideality factor series resistance recombination electrical losses. фотоелектричний модуль вольт-амперна характеристика фактор неідеальності послідовний опір рекомбінація електричні втрати. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/412 |
| work_keys_str_mv | AT gaevskiio analysisoftheinterdependencesoftheparametersofpvmodulesandtheirchangesatdifferentlevelsofsolarradiation AT ivanchukv analysisoftheinterdependencesoftheparametersofpvmodulesandtheirchangesatdifferentlevelsofsolarradiation AT gaevskaa analysisoftheinterdependencesoftheparametersofpvmodulesandtheirchangesatdifferentlevelsofsolarradiation AT gaevskiio analízvzaêmozaležnostejparametrívfotoelektričnihmodulívtaíhzmínennâpriríznihrívnâhsonâčnoíradíacíí AT ivanchukv analízvzaêmozaležnostejparametrívfotoelektričnihmodulívtaíhzmínennâpriríznihrívnâhsonâčnoíradíacíí AT gaevskaa analízvzaêmozaležnostejparametrívfotoelektričnihmodulívtaíhzmínennâpriríznihrívnâhsonâčnoíradíacíí |