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
2019, № 11 · RADIO ELECTRONICS RELATED PROBLEMS

Distribution commutation of photovoltaic arrays for tasks of wireless optical energy

A.V. Blank1,2, S.D. Bogdanov1,2, N.A. Suhareva1,2, B.L. Eydelman3,4

1 Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, Moscow, Russia
2 M.V.Lomonosov Moscow State University, Leninskie Gory, Russia
3 АО «Телеком-СТВ», Moscow, Russia
4 Telecom-STV Co., Ltd, Georgievsky Prospect, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.11.16 UDC 53.083.8 537.9 EDN ZRAEJH

Abstract

Results of experimental studies of matrix photovoltaic converters determine the rules for the synthesis of switching circuits that are effective when working with powerful collimated energy-carrying laser beams is presented. Features of working with a collimated energy-carrying beam consist firstly in limiting the aperture of the beam and the need to keep its size and position on the photoconverting array, secondly, - in the thermal effect of a powerful collimated beam on the surface of the array, accompanied by a change in the photovoltaic characteristics of the "hot" elements and thirdly, - in the heterogeneity of the beam intensity distribution profile on the array surface, which reduces the photoconversion efficiency relative to beams with a uniform profile. In some cases, forced stochastization of the intensity distribution over the surface solves the problem of increasing the efficiency of photoconversion. Partial and global testing methods for switching circuits of photoconverter arrays are discussed. Distribution switching schemes for collimated beams of various profiles are proposed.

  • фотовольтаический массив
  • коллимированный пучок
  • тепловые режимы
  • вольт-амперные характеристики
  • оптимальная коммутация
  • photovoltaic array
  • collimated beam
  • thermal conditions
  • current-voltage characteristics
  • optimal switching
Аннотация (на русском)

Распределяющая коммутация фотовольтаических массивов для задач беспроводной оптической энергетики

Представленные результаты экспериментальных исследований матричных фотовольтаических преобразователей определяют правила синтеза коммутационных схем, эффективных при работе с мощными коллимированными энергонесущими лазерными пучками. Особенности работы с коллимированным энергонесущим пучком состоят во-первых в ограничении апертуры пучка и необходимости удержания его размера и положения на фотопреобразующем массиве, во-вторых в тепловом действии мощного коллимированного пучка на поверхность массива, сопровождающимся изменением фотовольтаических характеристик "горячих" элементов, в-третьих в неоднородности профиля распределения интенсивности пучка на поверхности массива, снижающей эффективность фотопреобразования относительно пучков с однородным профилем. В ряде случаев принудительная стохастизация распределения интенсивности по поверхности решает задачу повышения эффективности фотопреобразования. Обсуждаются методы парциального и глобального тестирования коммутационных схем массивов фотопреобразователей. Предложены схемы распределяющей коммутации для коллимированных пучков различного профиля.

For citation

Blank A.V., Bogdanov S.D., Suhareva N.A., Eydelman B.L. Distribution commutation of photovoltaic arrays for tasks of wireless optical energy // Journal of Radio Electronics. – 2019. – No. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.11.16

References

  1. Ju X., Pan X., Xu C. Multi-physics effects on the performance of Dense-array Concentrator Photovoltaic System. Energy Procedia. 2019. Vol.158. P.388-393.
  2. Krishna G. S., Moger T. Reconfiguration strategies for reducing partial shading effects in photovoltaic arrays: State of the art. Solar Energy. 2019. Vol. 82. P.429-452.
  3. Allmen M., Blatter A. Laser-beam interactions with materials: physical principles and applications. Berlin, Springer Science & Business Media. 2013. 196 p.
  4. Gruber M., Jovanov V., Wagner V. Modeling of photoactive area spreading in unstructured photovoltaic cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2019. Vol.200. P.1-6.
  5. Fahrenbruch A., Bube R. Fundamentals of Solar Cells. Photovoltaic Solar Energy Conversion. Academic Press. 1983. 580 p.
  6. Ranga S., Kirei B., Topa M. Numerical modeling of cascaded photovoltaic cells in open source simulation environment. Acta Technica Napocensis. 2017. Vol.58. P. 6.
  7. Diaz-Dorado E., Cidras J., Carrillo C. Discretized model for partially shaded PV arrays composed of PV panels with overlapping bypass diodes. Solar Energy. 2017. Vol.157. P.103-115.
  8. Baka M., Manganiello P., Soudris D., et al. A cost-benefit analysis for reconfigurable PV modules under shading. Solar Energy. 2019. Vol.178. P.69-78.
  9. Zhang Z., Yao M., Li X., et al. Simultaneous functional and structural imaging for photovoltaic devices. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2019. Vol.193. P.101-106.
  10. Abd El-Hameed A. Analytical study of pulsed laser irradiation on some materials used for photovoltaic cells on satellites. NRIAG Journal of Astronomy and Geophysics. 2015. Vol.4. P.256-265.
  11. Tatsi E., Griffini G. Polymeric materials for photon management in photovoltaics. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2019. Vol.196. P.43-56.
  12. Abdin Z., Webb C., Gray E. Simulation of large photovoltaic arrays. Solar Energy. 2018. Vol.161. P.163-179.
  13. Katsaounis T., Kotsovos K., Gereige I., et al. 2D simulation and performance evaluation of bifacial rear local contact c-Si solar cells under variable illumination conditions. Solar Energy. 2017. Vol.158. P.34-41.
  14. Wu C., Peng Q., Huang C. Thermal analysis on multijunction photovoltaic cell under oblique incident laser irradiation. Energy. 2017. Vol.134. P.248-255.
  15. El-Adawi M., Abdel-Naby M., Shalaby S. Laser heating of a two-layer system with constant surface absorption: an exact solution. International Journal of Heat and Mass Transfer. 1995. Vol.38. P.947-952.
  16. Shah N., Patel H. Maximizing Power Output of a Partially Shaded Total-Cross-Tied Photovoltaic array. Transactions on Environment and Electrical Engineering. 2017. Vol.2. P.10-18.
  17. Rakesh N., Madhavaram T. Performance enhancement of partially shaded solar PV array using novel shade dispersion technique. Frontiers in Energy. 2016. Vol.10. P.227-239.
  18. Chaibi Y., Salhi M., El-jouni A., et al. A new method to extract the equivalent circuit parameters of a photovoltaic panel. Solar Energy. 2018. Vol.163. P.376-386.
  19. Fadhel S., Delpha C., Diallo D., et al. PV shading fault detection and classification based on IV curve using principal component analysis: Application to isolated PV system. Solar Energy. 2019. Vol.179. P.1-10.
  20. Xinyu P., Xing J., Chao X., et al. A novel rotational symmetry (RS) connection approach for dense-array concentrator photovoltaic (DA-CPV) modules. Energy conversion and management. 2019. Vol.181. P.359-371.