Применение самовосстанавливающихся элементов для электрической защиты солнечных батарей

Abstract

Проанализированы возможности применения самовосстанавливающихся предохранителей на основе полимерных композитов с наноуглеродными наполнителями для электрической изоляции «перегретых» фотоэлектрических элементов солнечных батарей. Исследования вольт-амперной и ватт-амперной характеристик проведены с использованием модели структуры, представляющей собой параллельное соединение нескольких последовательно включенных фотоэлектрических элементов и указанных предохранителей. Рассмотрено влияние температуры окружающей среды и дрейфа сопротивления предохранителей в проводящем состоянии в процессе их многократного срабатывания. Установлено, что предложенные элементы защиты не влияют на работу солнечных батарей в рабочем диапазоне температур и могут применяться для электрической изоляции локальных областей и компонентов солнечных батарей с повышенной температурой.

У даній роботі пропонується використовувати додаткові пристрої для ізоляції перегрітих елементів (і/або компонентів) сонячних батарей — самовідновлювані запобіжники типу “PolySwith”. Ці структури являють собою полімерні композити з нанорозмірними вуглецевими наповнювачами. Їх базова функціональна властивість — стрибкоподібне збільшення електричного опору на кілька порядків за досягнення деякої граничної температури і повернення у вихідний високопровідний стан при зниженні температури. Досліджено можливості застосування запобіжників указаного типу для ізоляції «перегрітих» фотоелектричних елементів. Основну увагу приділено вивченню впливу запобіжників на роботу сонячної батареї в робочому діапазоні температур та їхньої функціональної придатності в позаштатних ситуаціях, пов'язаних з перегрівом.

In this work additional devices for insulation of overheating cells (and/or components) of solar batteries such as «PolySwith» resettable fuses are proposed to be used as a perspective solution of such problems. These structures are polymer composites with nanosized carbon fillers. Electrical resistance of such a fuse increases abruptly by several orders of magnitude when certain threshold temperature is reached, and when the temperature decreases the fuse returns to its initial high-conductivity state. This study investigates the possibilities of using the specified type of fuses for electrical insulation of «overheated» photovoltaic cells. Particular attention is paid to the research of the effect of fuses on the working of the solar batteries in the operating temperature range and their functional applicability in emergency situations associated with overheating. The studies were carried out using a model structure of several series of parallel connected photovoltaic cells and specified fuses. Attention is paid to the influence of such factors as the ambient temperature and the drift of the fuses resistance in the conducting state in the process their multiple switching.