ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. № 4
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.4.15
УДК 681.518.3
Особенности измерения теплового сопротивления мощных солнечных батарей
В. И. Смирнов 1,2, В. А. Сергеев 1,2, А. А. Гавриков 1
1 Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова Российской академии наук, 432071, Ульяновск, ул. Гончарова д.48/2
2 Ульяновский государственный технический университет, 432027, Ульяновск, ул. Северный венец, 32
Статья поступила в редакцию 15 апреля 2021 г.
Аннотация. Представлены результаты измерений теплового сопротивления мощных солнечных батарей. Отличительной особенностью таких батарей является большая теплоемкость полупроводникового материала, а также высокая суммарная электрическая емкость p-n-переходов. Это усложняет процесс измерения теплового сопротивления, основанного на нагреве объекта импульсами греющего тока и измерении в паузах между импульсами температуры p-n-перехода. В работе для измерения теплового сопротивления мощной батареи использовался модуляционный метод, в котором ее нагрев осуществлялся импульсами тока с изменяющейся по гармоническому закону длительностью. В паузах между импульсами измерялся отклик на это воздействие – переменная составляющая температуры p-n-перехода. Для выявления компоненты теплового сопротивления «переход-корпус» производились измерения зависимости теплового импеданса батареи от частоты модуляции греющей мощности. В измеренной зависимости обнаружен диапазон частот, в котором значение вещественной части теплового импеданса остается практически постоянным. Это позволило определить компоненту теплового сопротивления «переход-корпус». Произведены оценки продолжительности однократного измерения теплового сопротивления и сделан вывод о возможности реализации выборочного технологического контроля данного параметра при производстве мощных солнечных батарей.
Ключевые слова: мощная солнечная батарея, тепловое сопротивление, модуляционный метод, продолжительность измерения, технологический контроль.
Abstract. The results of power solar batteries' thermal resistance measurements are described. A distinctive feature of such batteries is the high heat capacity of the semiconductor material, as well as the high total electrical capacity of p-n-junctions. This complicates the thermal resistance of the measuring process, based on heating the object by the heating current pulses and measuring the temperature of the p-n-junction in the pauses between pulses. To measure the thermal resistance of power solar battery the modulation method was used, a device under test (DUT) heated with current pulses with duration modulated harmonically. The response to the heat (a variable component of the p-n-junction temperature) is measured in the pauses between the pulses. To detect the thermal resistance component junction-to-case, the dependence of the thermal impedance on heating power modulation frequency was measured. In the measured dependence, a frequency range is found when the real part of the thermal impedance value remains constant. This allows the determining of the "junction-to-case" thermal resistance component. Were made estimates of the duration of a single measurement of thermal resistance and a conclusion about the possibility of implementing selective technological control of this parameter in the production of powerful solar cells.
Keywords: power solar battery, thermal resistance, modulation method, measurement time, technological control.
Литература
1. ГОСТ Р 56124.7.1-2014. Возобновляемая энергетика. Гибридные электростанции на основе возобновляемых источников энергии, предназначенные для сельской электрификации. Рекомендации. Часть 7-1. Генераторы. Фотоэлектрические батареи. Москва, Стандартинформ. 2015. 68 с.
2. ОСТ 11 0944-96. Микросхемы интегральные и приборы полупроводниковые. Методы расчета, измерения и контроля теплового сопротивления. Москва, ГУП НПП Пульсар. 1997. 110 с.
3. Test Methods for Semiconductor Devices. MIL–STD–750–3. Department of Defense, 2012.
4. Siegal B. Solar Photovoltaic Cell thermal measurement issue. 26th Annual IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium (SEMI-THERM). 2010. P.132-135.
5. Сергеев В.А., Смирнов В.И., Гавриков А.А., Фролов И.В. Измерение теплового импеданса мощных светодиодов c применением широтно-импульсной модуляции мощности. Известия вузов. Электроника. 2012. №3. С.64–68.
6. Смирнов В.И., Гавриков А.А., Шорин А.М. Метод измерения компонент теплового сопротивления полупроводниковых приборов и его практическая реализация. Автоматизация процессов управления. 2017. №2. С.98–105.
7. Смирнов В.И., Сергеев В.А., Гавриков А.А. Аппаратно-программный комплекс для измерения теплового сопротивления солнечных батарей. Автоматизация процессов управления. 2018. №4. С.118–126.
8. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Москва, Бином. 2014. 704 с.
Для цитирования:
Смирнов В.И., Сергеев В.А., Гавриков А.А. Особенности измерения теплового сопротивления мощных солнечных батарей. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.4.15