Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2018, № 8 · SOLID STATE ELECTRONICS

Измерение теплового сопротивления солнечных модулей модуляционным методом

V.I. Smirnov1,2, V.A. Sergeev1,2, A.A. Gavrikov1

1 Ulyanovsk Branch of Kotelnikov IRE RAS, Ulianovsk, Russia
2 Ульяновский государственный технический университет 432027, Ульяновск, ул. Северный венец, 32, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2018.8.14 UDC 681.518.3 EDN YASRDV

Abstract

The paper describes the modulation method of measuring the thermal impedance of solar cells. Subject to measurements was the 50-watt solar module from polycrystalline silica with the surface area 700 × 550 mm2, of idling 23.6 B and current by operation on loading 2,55 A. The measurements were performed using heating power varying harmonically and measuring a response - variable component of the junction temperature. Feature of the modulation method is the possibility of determination of the components of thermal resistance connected to construction features of the solar module. Determination of components of thermal resistance of the solar module is based on measurement and the subsequent analysis of dependence of thermal impedance on modulation frequency of the heating power. It is experimentally found out that the amplitude of the variable component of the junction temperature mostly does not depend on the value of the heating power. This is explained by «current crowding» - the nonuniform distribution of the current through the junction and the formation of local regions of heating of the semiconductor of solar module. The formation of local regions of heating is confirmed by the experimentally detected thermal resistance component, which is due to the temperature difference between local heated regions and other part of semiconductor of solar cell. Formation of local hot regions was confirmed by a sharp thermal resistance decrease with an increase of the heating current.

  • тепловое сопротивление
  • измерение
  • модуляционный метод
  • солнечный модуль
  • локализация тока
  • thermal resistance
  • measurement
  • modulation method
  • solar module
  • Current localization
Аннотация (на русском)

Измерение теплового сопротивления солнечных модулей модуляционным методом

Представлены результаты измерений теплового сопротивления солнечных модулей. Измерения осуществлялись с использованием модуляции греющей мощности по гармоническому закону и измерении отклика на это воздействие - переменной составляющей температуры p-n -перехода. Анализ зависимости теплового импеданса от частоты модуляции греющей мощности позволил определить компоненты теплового сопротивления, связанные с особенностями конструкции модуля. Экспериментально установлено, что амплитуда переменной составляющей температуры перехода практически не зависит от величины греющей мощности, что объясняется неоднородным распределением тока через переход и образованием локальных областей разогрева материала полупроводника. Образование локальных областей разогрева подтверждается экспериментально обнаруженной компонентой теплового сопротивления, которая обусловлена разностью температур между локальными областями разогрева и остальной частью полупроводникового материала солнечного модуля. Подтверждением образования областей локального разогрева является также сильное уменьшение теплового сопротивления модуля с увеличением величины греющего тока.

For citation

Smirnov V.I., Sergeev V.A., Gavrikov A.A. Измерение теплового сопротивления солнечных модулей модуляционным методом // Journal of Radio Electronics. – 2018. – No. 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.8.14

References

  1. Войцеховский А.В., Григорьев Д.В., Пчеляков О.П., Никифоров А.И. Эффективность преобразования солнечной энергии солнечным элементом на основе Si с квантовыми точками Ge // Прикладная физика. - 2010. - № 2. - С. 96-102.
  2. Бакиров М.Я. Фотоэлектрические и радиационные характеристики кремниевых солнечных элементов при повышенных освещенностях и температурах // Физика и техника полупроводников. - 1997. - №5. - С. 520-522.
  3. B. Siegal. Solar Photovoltaic Cell thermal measurement issues // 26th Annual IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium (SEMI-THERM). 21-25 Feb. 2010, DOI: 10.1109/STHERM.2010.5444302.
  4. JEDEC standard JESD51 1-14. Methodology for the thermal measurement of component packages (single semiconductor device). JEDEC Solid State Technology Association, 2005-2010.
  5. J. Zhang, Y. Gao, Y. Lu, L. Zhu, Z. Guo, G. Chen, Z. Chen. Transient Thermal Resistance Test of Single-Crystal-Silicon Solar Cell // IEEE Transactions on Electron Devices, 2012, Vol.59, No. 9, pp. 2345-2349.
  6. B. Plesz, S. Ress, P.G. Szabó, G. Hantos and D. Dudola. Issues of Thermal Transient Testing on Photovoltaic Modules // 20th International Workshop on Thermal investigations of IC's and Systems Greenwich, London, 24-26 Sept. 2014, DOI: 10.1109/THERMINIC.2014.6972511.
  7. T3Ster - Thermal Transient Tester - Technical information. Mentor Graphics. https://www.mentor.com/products/mechanical/micred/.
  8. V.I. Smirnov, V.A. Sergeev, A.A. Gavrikov, A.M. Shorin. Modulation method for measuring thermal impedance components of semiconductor devices // Microelectronics Reliability, 2018, Vol.80, pp. 205-212.
  9. V.I. Smirnov, V.A. Sergeev, A.A. Gavrikov. Apparatus for Measurement of Thermal Impedance of High-Power Light-Emitting Diodes and LED Assemblies // IEEE Trans. Electron Devices, 2016, Vol.63, No. 6, pp. 2431- 2435.
  10. Смирнов В.И., Сергеев В.А., Гавриков А.А., Шорин А.М. Измерения теплового импеданса мощных транзисторов // Радиотехника. - 2017. - № 6. - С. 83-90.
  11. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Кн.1. - М.: Мир. - 1984. - 456 с.