Ontwerp van een instelbare stroombron voor het gebruik als zonnecel-simulator

Probleemstelling:

Zonnepanelen hebben de voorbije jaren een flinke opmars gekend en zullen ook de komende jaren een grote rol spelen in de zoektocht naar een efficiënte, groene, herbruikbare energiebron. De efficiëntie van de veelgebruikte en wijdverspreide polykristallijne siliciumzonnecellen zelf heeft bijna zijn theoretisch maximum bereikt. Er is echter nog veel verbetering mogelijk als we kijken naar hoe die energie uit het zonnepaneel kan worden gehaald. Één van de problemen die de totale efficiëntie sterk naar beneden kan halen is het gevolg van bijvoorbeeld een lokale schaduw. Het probleem vormt zich omdat in een zonnepaneel verschillende cellen in serie geschakeld zijn. Als één cel om één of andere reden een lagere stroom genereert, wordt de volledige uitgangsstroom gereduceerd, wat dramatische gevolgen heeft voor de efficiëntie. Dit wordt nu opgelost door de cellen in groepen (substrings) te verdelen waarover een bypass-diode geplaatst wordt. Zo kan de stroomreductie beperkt worden tot 1 substring. Ook dit is niet ideaal, aangezien het vermogen van die substring verloren gaat en er nog eens extra vermogen gedissipeerd wordt in de bypass diode. Één van de projecten die lopen doet onderzoek naar een ‘intelligente bypass’ om het vermogenverlies in de bypass te reduceren. Een ander ontwerp beoogt het in serie/parallel schakelen van verschillende substrings of cellen zodat men, afhankelijk van de huidige belichtingssituatie, het paneel in een optimale configuratie kan schakelen.

Doelstelling:

In het ideale geval zouden we deze ontwerpen kunnen testen met behulp van een groot aantal zonnepanelen met verschillende eigenschappen en onder verschillende belichtingssituaties. Aangezien de chips werken op het niveau van één of meerdere cellen, zouden deze al geïntegreerd moeten worden in het zonnepaneel zelf, wat voor een testopstelling niet realistisch is. De bedoeling van deze masterproef is om een testopstelling te voorzien die toelaat de ontwerpen op zo’n realistisch mogelijke manier te testen. Concreet houdt dit in dat er een stroombron zal moeten ontworpen worden die (digitaal) instelbaar is (bv 50mA-5A), en zich elektrisch gedraagt als een zonnecel of een serie van zonnecellen (ook instelbaar). Bovendien zal deze stroombron ook modulair moeten te gebruiken zijn om zo verschillende in serie of parallel te kunnen plaatsen. 

Trefwoorden:

Zonne-energie, fotovoltaische systemen, analoog ontwerp, digitaal ontwerp, software ontwerp, stroombron, modulaire testopstelling

Locatie:

Ardoyen CMST + thuis.