Эффективное функционирование

Окамото и др., базируясь на другой концепции неосновных носителей, присущей солнечным элементам на основе a-Si, вывели основные соотношения для эффективности собирания носителей, темновой и световой ВАХ в зависимости от приложенного напряжения смещения YU и от спектра падающего света [13]. Физическими параметрами в этих соотношениях являются: произведения подвижности на время жизни для электронов (Иптп) и дырок (МрТр); параметры эффективной поверхностной рекомбинации 3„ и Sp, определенные как скорости эффективных поверхностных рекомбинаций на рЦ (S'p/j)- и i\n (S,•/„)-границах раздела, деленные на подвижность электронов и дырок соответственно; внутреннее электрическое поле в пределах г-слоя Е(х). Такое теоретическое рассмотрение учитывает как диффузионную, так и дрейфовую компоненты потока заряда в процессе собирания носителей. В этом смысле такая теория является общей для свойств перехода и может быть применена не" только к солнечным элементам на основе a-Si, но с некоторым видоизменением и к солнечным элементам на основе кристаллического материала.

Изменения фотовольтаических характеристик в зависимости от отношения ^птп!^ртр (пунктирные линии) и параметра эффективной. поверхностной рекомбинации $п (сплошные линии) на лицевой стороне представлены на 5.1.8. Как видно из рисунка, чем меньше отношение ^птп/^ртр, тем больше плотность тока короткого замыкания Jsc и коэффициент заполнения (КЗ) и тем ниже ожидаемая величина напряжения холостого хода Voc. Уменьшение параметра эффективной поверхностной рекомбинации на границе раздела лицевой стороны приводит к улучшению фотовольтаических характеристик. Таким образом, фотовольтаические характеристики в большей степени определяются параметром эффективной поверхностной рекомбинации, чем отношением произведений подвижности на время жизни Иптп1^рТр- При Sn = 102 В/см КЗ изменяется немонотонно с изменением коэффициента поглощения. В области реальных коэффициентов поглощения нелегированных a-Si : Н пленок, способных генерировать фотоносители при освещении в условиях АМ-1, КЗ несколько увеличивается с увеличением коэффициента поглощения, т.е. с уменьшением длины волны падающего света. Таким образом, такая тенденция наблюдалась бы, если можно было производить солнечные элементы на основе a-Si : He очень хорошими свойствами на границе раздела.

' В солнечных элементах на основе кристаллического материала напряжение холостого хода Voc изменяется с плотностью тока короткого замыкания по логарифмической зависимости. В противоположность этому такое соотношение не является обязательным для солнечных элементов на основе аморфного кремния, поскольку фототок изменяется с приложенным напряжением смещения, а также потому, что диодный ток сам по себе будет определяться условиями освещения. На 5.1.8 можно видеть, что коэффициенты поглощения, которые дают максимальный Jsc, не всегда соответствуют коэффициентам поглощения для максимального Voc. Дальнейшие расчеты выявили, что кривая Jsc - Voc всегда лежит ниже темновой вольт-амперной кривой, а коэффициент идеальности диода п для первого случая немного меньше, чем для второго. Эти теоретически предсказанные тенденции наблюдались экспериментально на солненых элементах различного типа на основе a-Si [15]. Результаты расчетов, приведенные выше, получены для случая освещения р-слоя. Однако для случая освещения n-слоя результаты могут быть получены простой заменой индексов п и р на 5.1.8 на противоположные. В этом случае, как отмечается в следующем разделе, наблюдается, что параметр эффективной поверхностной рекомбинации на ('/«-границе по величине примерно на два порядка меньше, чем на р/('-границе. Следовательно, независимо от отношения мпт„/дртр, достижение более высоких фотовольтаических показателей возможно при освещении элементов со стороны n-слоя. Однако было также установлено, что более высокие фотовольтаи-ческие характеристики достигаются при освещении легированного слоя с более низкой проводимостью. Принимая во внимание сказанное, конструктивное решение солнечных элементов на основе a-Si должно выбираться с учетом этих двух конкурирующих факторов, так как проводимость л-слоя как правило больше, чем проводимость р-слоя, а параметр поверхностной рекомбинации на ('/«-границе обычно меньше, чем на р/('-границе.

Теория, описанная в предыдущем разделе, может быть использована не только для объяснения характерных особенностей солнечных элементов на основе a-Si, но и для оценки произведений подвижности на время жизни (^птп, МрТр) и параметров эффективной поверхностной рекомбинации (Sn, 5p) в реальных элементах. Вычисление этих физических параметров осуществляется на основе анализа спектров эффективности собирания носителей Tj(a, Va), как функции приложенного напряжения смещения Va. На практике лучше обрабатывать нормализованные спектры эффективности собирания 7j(a, Ka)/7j(a, 0), поскольку такая нормализация компенсирует спектральные зависимости оптической системы. Детальный анализ спектров т? (а, ^а)/т?(а, 0) показал, что со стороны низкого поглощения они главным образом определяются величинами M«rn + + грТр и Sn X Sp, а в области более высокого поглощения — отношением ИпТп/ИрТр и параметром эффективной поверхностной рекомбинации на лицевой стороне [11, 13]. Если получены экспериментальные зависимости *?(<*, Ka)/7?(a, 0) по крайней мере для двух приложенных напряжений в областях низкого и высокого поглощения, то могут быть подсчитаны значения ^птп, ^рТр, $п и 5р. Пример такой процедуры показан на 5.1.10 [12]. Для приведенных диаграмм свет падает нар-слой и предполагается, что диффузионный потенциал Vb составляет 0,9 В, а приложенное напряжение смещения Va для измерения нормализованной эффективности собирания носителей равны — 1,0 и 0,4 В. Подобные графики для случая падения света на n-слой можно легко получить только перестановкой индексов п и р на 5.1.10, б. Прежде всего, как можно видеть из 5.1.10, а, экспериментально полученные величины г)(а, Ka)/7j(a,0) в области более слабого поглощения (где a = 1,0 • 104 см'1) используют да определения ИпТп + ИрТр и Sn X5p. Затем, как указывается на< 5.1.10, а рассчитываются значения цптп + МрТр и Sn путем сравнения экспериментальных данных TJ(a, Ka)/7j(a, 0) в области более высокого

В табл. 5.1.2 сведены фотоволыаические характеристики и физические параметры для различных видов солнечных элементов, различающихся структурой р- /-«-перехода в a-Si и содержанием примеси в /-слое. Определенные параметры эффективной поверхностной рекомбинации на границах раздела р a-Si// a-Si и i a-Si/n a-Si составляют величины порядка 104

и 102 В/см соответственно. При использовании легированных слоев a-SiC или мк-Si параметр эффективной поверхностной рекомбинации на соответствующей границе раздела увеличивается на один или два порядка по сравнению с величинами для p\i- или //n-границ раздела в a-Si. Это может быть связано с влиянием гетероперехода или обусловлено дефектами, создаваемыми электронами и (или) ионами в процессе осаждения пленки. Сумма произведений подвижности на время жизни (мптп + МрТр) изменяется в пределах от 1СГ8 до 10~7см2/В, что соответствует диффузионной длине носителей 1500—5000 А. В табл. 5.1.2 показано влияние примесей, присутствующих в /-слое. Незначительное введение бора (8 • • 10~4 %) и фосфора (4 • 10~3 %) в /-слой понижает значения произведений подвижности на время жизни, поскольку бор и фосфор уменьшают значения этих произведений для дырок и электронов соответственно. Изменение произведений подвижности на время жизни при облучении светом и отжиге солнечного элемента со структурой p-i a-Si/n мк-Si приведено на 5.1.13. Из рисунка следует, что величина произведения дт уменьшается на 1/4 своего первоначального значения после воздействия света, поглощающегося в объеме (X = 6328 А), интегральным потоком падающих фотонов 2- 1021 фотон/см2. Фотопроводимость нелегированных пленок a-Si при тех же условиях светового облучения снижалась аналогичным образом. Наблюдаемые ухудшения свойств элементов при изменении величины произведения цт могут быть предотвращены проведением соответствующего отжига после светового облучения. На 5.1.13 показано восстановление значений произведений цт. В процессе последующего отжига все физические параметры практически достигли своих первоначальных значений. На 5.1.13 показано также влияние отжига при 150 °С на значения произведений ц т в элементах, которые не подвергались никакому другому воздействию. Небольшое увеличение д г наблюдается после отжига в течение 30 мин. Никакого заметного изменения других физических параметров не наблюдалось.

Окамото и др., базируясь на другой концепции неосновных носителей, присущей солнечным элементам на основе a-Si, вывели основные соотношения для эффективности собирания носителей, темновой и световой ВАХ в зависимости от приложенного напряжения смещения Уд и от спектра падающего света [13]. Физическими параметрами в этих соотношениях являются: произведения подвижности на время жизни для электронов (Иптп) и дырок (МрТр); параметры эффективной поверхностной рекомбинации Sn и Sp, определенные как скорости эффективных поверхностных рекомбинаций на рЦ (S'p/j)- и //« (5,•/„)-границах раздела, деленные на подвижность электронов и дырок соответственно; внутреннее электрическое поле в пределах /-слоя Е(х). Такое теоретическое рассмотрение учитывает как диффузионную, так и дрейфовую компоненты потока заряда в процессе собирания носителей. В этом смысле такая теория является общей для свойств перехода и может быть применена не" только к солнечным элементам на основе a-Si, но с некоторым видоизменением и к солнечным элементам на основе кристаллического материала.

Изменения фотовольтаических характеристик в зависимости от отношения ^птп!^ртр (пунктирные линии) и параметра эффективной. поверхностной рекомбинации $п (сплошные линии) на лицевой стороне представлены на 5.1.8. Как видно из рисунка, чем меньше отношение м^м/Мртр, тем больше плотность тока короткого замыкания Jsc и коэффициент заполнения (КЗ) и тем ниже ожидаемая величина напряжения холостого хода Voc. Уменьшение параметра эффективной поверхностной рекомбинации на границе раздела лицевой стороны приводит к улучшению фотовольтаических характеристик. Таким образом, фотовольтаические характеристики в большей степени определяются параметром эффективной поверхностной рекомбинации, чем отношением произведений подвижности на время жизни Иптп1^рТр- При Sn = 102 В/см КЗ изменяется немонотонно с изменением коэффициента поглощения. В области реальных коэффициентов поглощения нелегированных a-Si : Н пленок, способных генерировать фотоносители при освещении в условиях АМ-1, КЗ несколько увеличивается с увеличением коэффициента поглощения, т.е. с уменьшением длины волны падающего света. Таким образом, такая тенденция наблюдалась бы, если можно было производить солнечные элементы на основе a-Si : He очень хорошими свойствами на границе раздела.

' В солнечных элементах на основе кристаллического материала напряжение холостого хода Voc изменяется с плотностью тока короткого замыкания по логарифмической зависимости. В противоположность этому такое соотношение не является обязательным для солнечных элементов на основе аморфного кремния, поскольку фототок изменяется с приложенным напряжением смещения, а также потому, что диодный ток сам по себе будет определяться условиями освещения. На 5.1.8 можно видеть, что коэффициенты поглощения, которые дают максимальный Jsc, не всегда соответствуют коэффициентам поглощения для максимального Voc. Дальнейшие расчеты выявили, что кривая Jsc - Voc всегда лежит ниже темновой вольт-амперной кривой, а коэффициент идеальности диода п для первого случая немного меньше, чем для второго. Эти теоретически предсказанные тенденции наблюдались экспериментально на солненых элементах различного типа на основе a-Si [15]. Результаты расчетов, приведенные выше, получены для случая освещения р-слоя. Однако для случая освещения л-слоя результаты могут быть получены простой заменой индексов п и р на 5.1.8 на противоположные. В этом случае, как отмечается в следующем разделе, наблюдается, что параметр эффективной поверхностной рекомбинации на ('/«-границе по величине примерно на два порядка меньше, чем на р/(-границе. Следовательно, независимо от отношения мпт„/дртр, достижение более высоких фотовольтаических показателей возможно при освещении элементов со стороны n-слоя. Однако было также установлено, что более высокие фотовольтаи-ческие характеристики достигаются при освещении легированного слоя с более низкой проводимостью. Принимая во внимание сказанное, конструктивное решение солнечных элементов на основе a-Si должно выбираться с учетом этих двух конкурирующих факторов, так как проводимость л-слоя как правило больше, чем проводимость р-слоя, а параметр поверхностной рекомбинации на (/и-границе обычно меньше, чем на р/('-границе.

Теория, описанная в предыдущем разделе, может быть использована не только для объяснения характерных особенностей солнечных элементов на основе a-Si, но и для оценки произведений подвижности на время жизни (^птп, МрТр) и параметров эффективной поверхностной рекомбинации (?„, 5Р) в реальных элементах. Вычисление этих физических параметров осуществляется на основе анализа спектров эффективности собирания носителей Tj(a, Va), как функции приложенного напряжения смещения Va. На практике лучше обрабатывать нормализованные спектры эффективности собирания 7j(a, Ka)/7j(a, 0), поскольку такая нормализация компенсирует спектральные зависимости оптической системы. Детальный анализ спектров TJ (a, Ka)/7j(a, 0) показал, что со стороны низкого поглощения они главным образом определяются величинами цптп + + r-рТр и Sn X Sp, а в области более высокого поглощения — отношением '^nTnl^pTp и параметром эффективной поверхностной рекомбинации на лицевой стороне [11, 13]. Если получены экспериментальные зависимости *?(<*, Ka)/7?(a, 0) по крайней мере для двух приложенных напряжений в областях низкого и высокого поглощения, то могут быть подсчитаны значения ^птп, ^рТр, $п и 5р. Пример такой процедуры показан на 5.1.10 [12]. Для приведенных диаграмм свет падает нар-слой и предполагается, что диффузионный потенциал V^ составляет 0,9 В, а приложенное напряжение смещения Va для измерения нормализованной эффективности собирания носителей равны — 1,0 и 0,4 В. Подобные графики для случая падения света на n-слой можно легко получить только перестановкой индексов п и р на 5.1.10, б. Прежде всего, как можно видеть из 5.1.10, а, экспериментально полученные величины т?(а, Кд)/77(а,0) в области более слабого поглощения (где a = 1,0 • 104 см'1) используют да определения ИпТп + ИрТр и $п Х5р. Затем, как указывается на- 5.1.10, а рассчитываются значения цптп + МрТр и Sn путем сравнения экспериментальных данных TJ(a, Va)lr)(a, 0) в области более высокого

В табл. 5.1.2 сведены фотоволыаические характеристики и физические параметры для различных видов солнечных элементов, различающихся структурой р- /-«-перехода в а-Si и содержанием примеси в /-слое. Определенные параметры эффективной поверхностной рекомбинации на границах раздела р a-Si// a-Si и i a-Si/n a-Si составляют величины порядка 104

и 102 В/см соответственно. При использовании легированных слоев a-SiC или мк-Si параметр эффективной поверхностной рекомбинации на соответствующей границе раздела увеличивается на один или два порядка по сравнению с величинами для р//- или //п-границ раздела в a-Si. Это может быть связано с влиянием гетероперехода или обусловлено дефектами, создаваемыми электронами и (или) ионами в процессе осаждения пленки. Сумма произведений подвижности на время жизни (МпТп + Mpfp) изменяется в пределах от 1СГ8 до 10~7см2/В, что соответствует диффузионной длине носителей 1500-5000 А. В табл. 5.1.2 показано влияние примесей, присутствующих в /-слое. Незначительное введение бора (8 • • 10~4 %) и фосфора (4 • 10~3 %) в /-слой понижает значения произведений подвижности на время жизни, поскольку бор и фосфор уменьшают значения этих произведений для дырок и электронов соответственно. Изменение произведений подвижности на время жизни при облучении светом и отжиге солнечного элемента со структурой p-i a-Si/n мк-Si приведено на 5.1.13. Из рисунка следует, что величина произведения дт уменьшается на 1/4 своего первоначального значения после воздействия Света, поглощающегося в объеме (X = 6328 А), интегральным потоком падающих фотонов 2- 1021 фотон/см2. Фотопроводимость нелегированных пленок a-Si при тех же условиях светового облучения снижалась аналогичным образом. Наблюдаемые ухудшения свойств элементов при изменении величины произведения цт могут быть предотвращены проведением соответствующего отжига после светового облучения. На 5.1.13 показано восстановление значений произведений дт. В процессе последующего отжига все физические параметры практически достигли своих первоначальных значений. На 5.1.13 показано также влияние отжига при 150 °С на значения произведений ц т в элементах, которые не подвергались никакому другому воздействию. Небольшое увеличение д т наблюдается после отжига в течение 30 мин. Никакого заметного изменения других физических параметров не наблюдалось.

Эффективность АСУ ТП (ТС). Автоматизированная система управления ТП (ТС) является многофункциональной системой и множества выполняемых ею функций подчинены единой цели — обеспечить эффективное функционирование объекта управления. Качество функционирования АСУ ТП можно оценивать с помощью показателей эффективности, отражающих степень выполнения поставленных перед системой задач. Требование достаточно полной характеристики качества функционирования АСУ ТП обязывает в показателе эффективности учитывать все основные особенности и свойства системы, а также условия ее функционирования и взаимодействия с внешней средой. Показатель эффективности должен отображать характеристики структуры системы,

Эффективное функционирование ЭВМ общего назначения в различных режимах, их техническое обслуживание, работа пользователей по подготовке программ и их отладке, различные формы взаимодействия пользователей с ЭВМ обеспечиваются и поддерживаются комплексом системных программных средств ( 13.6).

'количественно. Наряду с устоявшимися терминами и понятиями введем определение электрического хозяйства промышленных предприятий представляющего совокупность генерирующих, преобразующих, передающих электроустановок, .посредством которых осуществляется снабжение предприятия электроэнергией и эффективное использование ее в процессе производства. Электрическое хозяйство включает в себя собственно электроснабжение, силовое электрооборудование и автоматизацию, электроосвещение, эксплуатацию и ремонт электрооборудования. Эффективное функционирование электрического хозяйства предприятий невозможно без планиро-. вания и прогнозирования развития и решения задач экономии электрической энергии.

Общая оценка защиты. Рассмотренная схема учитывает многие факторы, которые должны обеспечивать ее эффективное функционирование. Однако она получилась достаточно сложной и имеющей все же некоторые недостатки, к которым можно отнести по данным опыта эксплуатации: иногда недостаточно полноценную отстройку от переходных г'Нб при сквозных КЗ, обусловленную тем, что она осуществляется способом, предназначенным в ос-

Современные энергосистемы оснащены комплексом как относительно простых, так и достаточно сложных релейных защит, обеспечивающих их эффективное функционирование. С учетом профиля подготовки студентов-энергетиков и электромехаников ниже рассматриваются только наиболее массовые виды релейных защит элементов энергосистем. При необходимости более сложные и специфические виды защит (например, дистанционные и высокочастотные защиты электрических линий) могут быть изучены по рекомендуемой литературе.

Система управления сетью ПДС представляет собой комплекс организационных и технических средств и служб, обеспечивающих эффективное функционирование сети в изменяющихся условиях. Объектами управления и контроля являются центры коммутации, каналообразующая аппаратура, пучки дискретных каналов магистральной, внутризоновых и местных сетей, каналы первичной сети, оборудование ОП. В настоящее время создается автоматизированная система управления сетью ПДС (АСУС ПДС), в число основных задач которой входят: эффективное использование аппаратного и программного обеспечения сети ПДС; обеспечение требуемых показателей качества обслуживания пользователей (в первую очередь — по значениям среднего времени доставки сообщений и верности передачи информации); повышение живучести и надежности сети.

В одиннадцатой пятилетке в части автоматизации регулирования режимов ЕЭС СССР по частоте и перетокам активной мощности предусматривается: продолжить совершенствование и обеспечить эффективное функционирование Центральной 'Координирующей системы АРЧМ СССР; продолжить совершенствование действующих централизованных систем АРЧМ в -ОЭС в части перехода от аналоговых регуляторов к управляющим вычислительным комплексам; завершить создание

Современные энергосистемы оснащены комплексом как относительно простых, так и достаточно сложных релейных защит, обеспечивающих их эффективное функционирование. С учетом профиля подготовки студентов-энергетиков и электромехаников ниже рассматриваются только наиболее массовые виды релейных защит элементов энергосистем. При необходимости более сложные и специфические виды защит (например, дистанционные и высокочастотные защиты электрических линий) могут быть изучены по рекомендуемой литературе.

Общая оценка защиты. Рассмотренная схема учитывает многие факторы, которые должны обеспечивать ее эффективное функционирование. Однако она получилась достаточно сложной и имеющей все же некоторые недостатки, к которым можно отнести по данным опыта эксплуатации: иногда недостаточно полноценную отстройку от переходных гНб при сквозных КЗ, обусловленную тем, что она осуществляется способом, предназначенным в ос-

Измерительные органы регулятора. Измерительный орган напряжения обеспечивает эффективное функционирование АРВ-СДМ. Быстродействие достигается фиксированием положительных амплитудных мгновенных значений напряжений трех фаз. Производится вычисление среднего значения амплитуды, которое сравнивается (путем вычитания) с заданным (предписанными) значением — определяется ее отклонение. На основе численного дифференцирования вычисляется производная амплитуды. Указанные операции производятся за время, не превышающее одной третьей части длительности периода промышленной частоты.