Sistemas de caracterização de elementos sensores para radiômetros fotovoltaicos

• Ano de defesa: 2012
• Autor(a) principal: Tiago Franca Paes
• Orientador(a): Antônio Fernando Beloto, Luiz Angelo Berni
• Banca de defesa: Nelson Veissid, Manuel Cid Sánchez
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores
• País: BR
• Resumo em Inglês: The study of solar radiation inside and outside the earth`s atmosphere is considered of fundamental importance for the understanding of the climate change on the planet and the energy optimization of power generation systems. Works on sensor elements characterization for use in satellite or radiometers have been developed in the Group of Solar Cells (CELSOL) at Associate Laboratory of Sensors and Materials (LAS) of the National Institute for Space Research (INPE). The objective of this study was to improve the characterization systems for analysis and studies of the sensor elements from photovoltaic radiometers developed in the laboratory. The Group has three characterization systems for photovoltaic devices. A current versus voltage system composed by a solar simulator class CBA from Oriel that operates with a high pressure Xenon 1000 Watt arc-lamp, reproduces the solar spectrum outside (AM0) and inside the atmosphere (AM 1.5G), which enables to determine the parameters related to the performance of the photovoltaic sensors such as short circuit current, open circuit voltage, maximum power current, maximum power voltage, efficiency and fill factor. An optical bench for measurement of the angular response in respect of the incident light which gives the answer to the cosines law of the detector, consisting of electric discharge lamps sources with Hg(Xe) and filament (W) of 500 and 1000 Watts respectively, a beam collimator tube of 2.85 with 6 apertures, being the last one adjustable between 1 and 40 and a support cell that allows to adjust the angle of incidence of light from $0°$ to $180°$. A system for measuring spectral responsivity, consisting of a filament lamp (W) 250 Watts, an Oriel monochromator, a \textit{Lock-in} amplifier and a chopper. The measurements of the output current and incident power [A/W] for each wavelength make possible to determine the spectral response curve. To validate the laboratory measurement systems were characterized, according to technical standards, different samples of sensor elements facing the radiometer developed in the CELSOL such as space and terrestrial, national and imported solar cells, silicon photodiodes that responds in the visible and near infrared spectral range and titanium dioxide photodiodes that responds only on ultraviolet radiation. The measured results were analyzed and compared with data reported by the manufacturers of photovoltaic devices, confirming the ability of the CELSOL laboratory for characterization and calibration of photovoltaic sensors.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2012/02.06.12.50

O estudo da radiação solar tanto no âmbito terrestre quanto fora da atmosfera é de fundamental importância para a compreensão das mudanças climáticas do planeta e otimização de sistemas de geração de energia. Trabalhos de caracterização de elementos sensores para uso em satélites ou em radiômetros vêm sendo desenvolvidos no Grupo de Células Solares (CELSOL) do Laboratório Associado de Sensores e Materiais (LAS) localizado no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). O objetivo deste trabalho foi de aprimorar os sistemas de caracterização para análise e estudos dos elementos sensores dos radiômetros fotovoltaicos desenvolvidos no laboratório. O Grupo dispõe de três sistemas de caracterização de dispositivos fotovoltaicos. Um sistema de curva de corrente por tensão (IxV) composto por um simulador solar da Oriel classe CBA que opera com lâmpada de alta pressão de xenônio de 1000 Watts que reproduz o espectro solar fora da atmosfera (AM0) e terrestre na superfície (AM 1.5G) que, associado à outros equipamentos, possibilita a determinação de parâmetros relacionados ao desempenho de sensores fotovoltaicos tais como corrente de curto-circuito, tensão de circuito aberto, corrente de máxima potência, tensão de máxima potência, eficiência e o fator de preenchimento. Uma bancada óptica para medida da resposta angular por luz incidente que permite obter a resposta à lei dos cossenos, composto por fontes com lâmpadas de descarga elétrica de Hg(Xe) e de filamento (W) de 500 e 1000 Watts respectivamente, um tubo colimador de feixe de 2,85m com 6 íris, sendo a sua última ajustável entre 1 à 40mm e um suporte da célula que permite ajustar o ângulo de incidência da luz de $0°$ à $180°$. Um sistema de medida de responsividade espectral, composto por uma fonte com lâmpada de filamento (W) de 250 Watts, um monocromador Oriel, um amplificador \textit{Lock-in} e um chopper. A partir das medidas de corrente por potência incidente [A/W], para cada comprimento de onda, é possível determinar a curva de resposta espectral dos detectores. Para validar os sistemas de medidas do laboratório foram caracterizadas de acordo com normas técnicas, diferentes amostras de elementos sensores voltados para os radiômetros desenvolvidos no laboratório tais como: células solares espaciais e terrestres, nacionais e importadas, fotodiodos de silício, que respondem na faixa espectral do visível e do infravermelho próximo, e fotodiodos de dióxido de titânio, que respondem somente à radiação ultravioleta. Os resultados medidos foram analisados e comparados com os dados informados pelos fabricantes dos dispositivos fotovoltaicos confirmando a capacidade do laboratório do CELSOL para caracterização e calibração de sensores fotovoltaicos.