Aurinkopaneelin toiminta osittain varjostettuna: Laboratoriomittausten ja matemaattisen mallin vertailu

Thumbnail Image

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-11-29

Department

Major/Subject

Energia- ja konetekniikka

Mcode

ENG4000

Degree programme

Insinööritieteiden kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

22

Series

Abstract

With the ongoing green transition, renewable energy sources are more important than ever. Solar cells are among the most prevalent renewable energy sources, and a significant amount of resources have been invested into their development. Over the years, system efficiencies have improved, and prices have decreased. Despite these advancements, the energy production of solar cells is hindered by several factors, one of the most significant being shading. This thesis studies the effects of partial shading on the performance of solar cells. The study is conducted through a combination of a literature review and experimental measurements. The measurements will be complemented by some MATLAB code. The MATLAB code calculated theoretical values for the experiment. The measurements were done at the Aalto University Renewable Energy Learning Lab. The setup for the measurements was as follows: four solar cells connected in series were connected to a variable resistor as well as current and voltage meters. The solar cells were illuminated with a lamp positioned directly above them. The current flowing through the circuit was adjusted with the variable resistor until short-circuit current was achieved. Readings from the current and voltage meters were recorded at specific points. This process was repeated under different levels of shading: 0%, 50% 75% and 100%. The data was logged into Microsoft Excel and MATLAB for graphical analysis. The aim of the literature review is to complement the experimental portion of the thesis by researching the phenomena observed during the experiment. The primary source of information used in this thesis is Martin Green’s book Solar Cells (1982), which provided most of the fundamental information related to photovoltaics. Multiple articles about photovoltaics are also used as sources of information. Key topics discussed in the literature review include an introduction to semiconductors, the structure of a solar cell, and the effects caused by shading. The experimental measurements yielded high-quality data that aligned with expectations. The relationship between the level of shading and the current and voltage values of a solar cell is clearly demonstrated in the Excel and MATLAB graphs. The most significant discrepancy between the experimental and mathematical results was observed in the fully shaded cell. The experiment successfully reached the goals set beforehand, and this thesis can serve as a learning tool for understanding the fundamentals of photovoltaics.

Vihreän siirtymän myötä uusiutuvat energialähteet ovat tärkeässä asemassa. Aurinkokennot ovat yksi tärkeimmistä uusiutuvista energialähteistä ja niiden kehitykseen on panostettu merkittävästi. Järjestelmien hyötysuhteet ovat kasvaneet ja hinnat laskeneet vuosien saatossa. Tästä huolimatta aurinkokennojen energiantuotantoa haittaavat useat tekijät, joista yksi merkittävimmistä on varjostus. Tässä työssä tutkitaan osittaisen varjostuksen vaikutusta aurinkokennojen toimintaan. Tutkimus suoritetaan kirjallisuustutkimuksen ja kokeellisten mittausten avulla. Lisäksi kokeellisten mittausten tulkinnassa käytetään apuna MATLAB koodia. MATLAB koodi laskee teoreettiset arvot kokeen mittauksille. Mittaukset suoritettiin Aalto-yliopiston Renewable Energy Learning Labissa. Laboraoriomittausten asettelu oli seuraavanlainen: neljä aurinkokennoa kytkettynä sarjaan kytketään säädettävään vastukseen ja virta- sekä jännitemittariin. Aurinkokennoja valaistiin lampulla, joka viritettiin suoraan kennojen yläpuolelle. Kytkennän virtaa muutettiin säätämällä vastusta, kunnes saavutettiin oikosulkuvirta. Virta- ja jännitemittarin lukemat kirjattiin ylös tietyissä pisteissä. Tämä toimenpide toistettiin eri varjostusasteilla: 0%, 50%, 75% ja 100%. Mittausarvot syötettiin sekä Microsoft Exceliin että MATLABiin graafista esitystä ja analyysiä varten. Kirjallisuustutkimuksen tarkoituksena on täydentää työn kokeellista osuutta tutkimalla kokeessa tapahtuvia ilmiöitä. Merkittävin työssä käytetty lähde on Martin Greenin teos Solar Cells (1982) -kirja, jota käytetään aiheeseen liittyvien perustietojen käsittelyssä. Lisäksi lähteenä käytetään useita eri aurinkokennojen varjostusta käsitteleviä tieteellisiä artikkeleita. Tärkeitä alakohtia kirjallisuustutkimuksessa ovat puolijohteiden esittely, aurinkokennon rakenne ja varjostuksen aiheuttamat ilmiöt. Kokeellisessa osuudessa saadut mittausarvot ovat laadukkaita ja ne vastaavat oletettuja tuloksia. Varjostusasteen suhde aurinkokennojen virta- ja jännitearvoihin tulee esiin Excel ja MATLAB kuvaajissa. Suurin eroavaisuus kokeellisten ja matemaattisten tulosten välillä on täysin peitetyn kennon kuvaajassa, koska koodin laskemat arvot eivät vastanneet mittausarvoja. Kokeella päästiin tavoitteisiin ja tämä työ voi toimia oppimistyökaluna aurinkokennojen perusteiden oppimiselle.

Description

Supervisor

Holmberg, Henrik

Thesis advisor

Järvinen, Mika

Keywords

photovoltaics, partial shading conditions, MATLAB

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202501281965

Collections

[kand] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG