Швидкий старт: використання даних сонячного спектра в J–V моделюванні.
У цьому короткому посібнику ми використовуємо сонячні спектри, згенеровані за допомогою програми «Solar Spectrum Generator» від OghmaNano, і застосовуємо їх як вхідні дані для моделювання фотоелектричних пристроїв. Імпортуючи спектри в симулятор, ми можемо будувати криві залежності струму від напруги (J–V) і безпосередньо порівнювати, як пристрої поводяться за різних умов освітлення (наприклад, AM1.5G, забруднене повітря, сонце вранці та вдень).
1. Вступ:
У першій частині ми розглянули, як спектри змінюються залежно від часу доби, пори року, широти та якості повітря. У цьому розділі ми імпортуємо ці спектри в симулятор, щоб дослідити їхній вплив на характеристики пристрою. Оскільки помилку нормалізації було виправлено, кожен спектр тепер зберігає свою абсолютну інтенсивність випромінювання. Це означає, що як форма спектра (наприклад, зменшення ультрафіолетового випромінювання аерозолями, поглинання інфрачервоного випромінювання водяною парою), так і загальна інтенсивність впливають на результати J–V (криву залежності струму від напруги).
Завдяки такому підходу ми можемо знаходити відповіді на практичні запитання, наприклад:
- Як інтенсивне забруднення (висока оптична товщина аерозольного шару) впливає на фотострум?
- Які сезонні або добові зміни можна спостерігати на кривій залежності струму від напруги (J–V)?
- Наскільки чутлива органічна сонячна батарея до спектрального розподілу випромінювання порівняно з її загальною інтенсивністю?
Завдяки безпосередньому об’єднанню спектрів із моделюванням характеристик «струм–напруга» ми усуваємо розрив між моделюванням сонячної інтенсивності та аналізом характеристик пристрою, що дає змогу перевіряти реалістичні умови експлуатації, які виходять за межі стандартного показника AM1.5G.
2. Початок роботи:
Цей посібник є продовженням попереднього розділу ( див. Частина A). Будь ласка, переконайтеся, що ви завершили попередній посібник, перш ніж розпочинати роботу з цього. Ми припускатимемо, що ви вже створили новий спектр під назвою Example за допомогою генератора сонячного спектру. Відкрийте спектр example в редакторі оптичного спектру. У цій частині посібника наша мета — створити спектр, який значно відрізнятиметься від стандартного еталонного спектру AM1.5G. Для цього ви можете налаштувати будь-який із вхідних параметрів, наприклад, час доби, дату, широту, вміст водяної пари в атмосфері або оптичну глибину аерозолю. У наведеному нижче прикладі оптичну глибину аерозолю (AOD) встановлено на 7.0, що призводить до значно слабшого профілю Iglobal та Idiffuse порівняно з AM1.5G (див. ??).
Після того, як ви налаштуєте параметри та створите новий спектр, натисніть кнопку «Експортувати спектр», щоб зберегти його в моделі. Спектр автоматично буде імпортовано назад до редактора оптичного спектра, де він буде додано під назвою Example. Це можна побачити на ??.
3. Запуск базової моделі для проведення симуляції.
Перш ніж ми використаємо створений вами індивідуальний сонячний спектр, давайте проведемо базове електричне моделювання, щоб визначити поточні характеристики пристрою. Потім ми порівняємо результати з результатами моделювання, в якому використовується ваш новий спектр.
jv.csv або jv.csv, залежно від ваших налаштувань) і sim_info.dat. Занотуйте значення напруги розімкнутого кола (VOC), струму короткого замикання (JSC) і коефіцієнта заповнення, щоб використовувати їх як базові дані.4. Використання отриманих спектрів.
Тепер ми використаємо створений вами спектр (наприклад, Example) у моделюванні роботи пристрою. Відкрийте вкладку «Оптика» та натисніть «Джерела світла», щоб відкрити редактор джерел світла. Змініть спектр з AM1.5G на приклад, а потім повторно запустіть електричне моделювання. Нарешті, перегляньте jv.csv (або jv.csv) і sim_info.dat, щоб порівняти оновлені значення PCE, VOC і JSC з вашими початковими даними.
jv.csv (або jv.csv) і sim_info.dat на предмет змін у показниках PCE, VOC і JSC.📝 Спробуйте самі.
Використовуйте ваш Example спектр у генераторі сонячного спектра та змінюйте наведені нижче параметри. Після кожної зміни натисніть кнопку «Обчислити», потім «Експортувати спектр» і повторно запустіть симуляцію J–V. Порівняйте, як змінюються показники PCE, VOC і JSC порівняно з вашими початковими значеннями.
- Збільште оптичну товщину аерозольного шару з 0,1 до 2,0, а потім до 7,0.
- Змініть вміст водяної пари від сухого стану (0,1 см) до вологого (5 см).
- Перенесіть час доби з полудня на пізній післяобідній час.
- Змініть широту (наприклад, 0° – екватор, 50° – Лондон, 70° – Північне полярне коло).
- Змінюйте значення атмосферного тиску/висоти від рівня моря до 3000 метрів.
✅ Очікувані тенденції
- AOD: збільшення концентрації аерозолів призводить до більшого розсіювання та поглинання світла, що зменшує загальну інтенсивність випромінювання. Пряме випромінювання (Idirect) різко зменшується, а розсіяне випромінювання (Idiffuse) збільшується. Очікується загальне зниження показників струму короткого замикання (JSC) та коефіцієнта корисної дії (PCE).
- Водяна пара: спричиняє появу смуг поглинання в ближній інфрачервоній області спектру. Це впливає на ділянки спектру, важливі для органічних фотоелектричних перетворювачів, що призводить до незначного зниження струму короткого замикання та ефективності.
- Час доби: ранок/день (у цей час шар повітря над головою товстіший), що призводить до червоного зміщення спектра та зменшення загальної інтенсивності. Рівень шуму може дещо знизитися через меншу інтенсивність випромінювання.
- Широта: зі збільшенням широти зростає маса повітря (в середньому), що призводить до зменшення інтенсивності сонячного випромінювання та посилення сезонних коливань. Спектри в екваторіальній зоні є більш інтенсивними та збалансованими в різних діапазонах довжин хвиль.
- Висота: на більших висотах над рівнем моря над вами менше атмосфери. Це збільшує пряме сонячне випромінювання та зменшує втрати від розсіювання, тому загальне сонячне випромінювання збільшується порівняно з рівнем моря.
Ці ефекти демонструють, як умови навколишнього середовища безпосередньо впливають на ефективність роботи фотоелектричних пристроїв.
Що ви дізналися з цього навчального посібника.
- Як створити індивідуальні сонячні спектри за допомогою генератора сонячних спектрів у OghmaNano.
- Відмінності між спектрами AM1.5G, Iglobal, Idirect та Idiffuse.
- Як умови навколишнього середовища (аерозолі, водяна пара, забруднення, час доби, широта) впливають на спектр.
- Як експортувати спектр у редактор оптичного спектра та використовувати його як джерело світла в моделюванні.
- Як порівняти базові та індивідуальні результати вимірювань характеристики струм-напруга (J–V) і оцінити зміни в ефективності перетворення енергії (PCE), напрузі розімкнутого кола (VOC) та струмі короткого замикання (JSC).
🎯 Виконавши частину B, ви встановили зв’язок між моделюванням сонячної радіації та показниками роботи окремих пристроїв, перейшовши від фізичних спектрів до аналізу ефективності фотоелектричних елементів.