Nama : Cahyo TribuonoNIM: 125060301111013

Effects of DSSC configuration on power conversion efficiency

I. PENGENALANTujuan dari makalah ini adalah untuk menguraikan efek dari konfigurasi Dye-Sensitised Solar Cell (DSSC) pada keluaran yang bisa digunakan pada daya rendah, step-up DC-DC converter. Hal ini menunjukkan bahwa dengan menghubungkan DSSC dalam seri bukan di paralel, lebih tinggi efisiensi konversi daya dicapai karena peningkatan tegangan sel, dan ini pada gilirannya menghasilkan pengiriman daya yang lebih tinggi. Keterbatasan konfigurasi sel bervariasi dibahas dan tegangan masukan rendah dari DC-DC topologi diperiksa untuk menunjukkan berbagai solusi yang tersedia untuk sumber DSSC. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan hingga 6% dalam efisiensi sistem yang dicapai untuk rangkian seri atau pararel.Sejak dikembangkan oleh Grtzel pada tahun 1991, Dyesensitised Solar Cells (DSSC) telah berkembang dimana dapat bersaing. Dengan teknologi fotovoltaik yang lebih ramah lingkungan, khususnya kondisi di bawah pencahayaan dalam ruangan. Sebagai langkah pertama menuju mengembangkan sensor nirkabel berdaya DSSC, makalah ini menggambarkan bagaimana kombinasi DSSC sirkuit konfigurasi dan kekuasaan konversi dapat dioptimalkan untuk memaksimalkan energi DSSC tersedia di bawah kondisi pencahayaan yang umum dalam ruangan. Seperti semua sel fotovoltaik, DSSC dihasilkan level tegangan terbatas pada nilai-nilai yang relatif rendah sekitar 0,5 V untuk open circuit per sel. Oleh karena itu, ada tambahan untuk meningkatkan tegangan yang dihasilkan dengan nilai-nilai standar yang digunakan dalam analog dan sirkuit antarmuka sensor digital; yaitu 3 V, 5 V, dll. Berikut adalah rangkaian ekuivalen dari DSSC :

Gambar 1. Pemodelan rangkain ekuivalen DSSC

II. KARAKTERISTIK DSSCUntuk memahami bagaimana teknologi DSSC beroperasi di aplikasi yang berbeda, model sirkuit yang setara dengan Sumber DSSC diperlukan. Gambar 1 menunjukkan aliran elektron dalam DSSC terkena cahaya dengan setara Model sirkuit overlay. Aliranya elektronnya adalah sebagai berikut:1. Dari dye untuk titanium dioksida mengikuti paparan dari cahaya: diwakili oleh D secara paralel dengan C2 pada Gambar 1.2. Dari titanium menuju area kerja elektroda (WE)3. Dari area kerja elektroda, WE, melewati beban resistansi terhadap counter elektroda, CE: diwakili oleh Rh.4. Dari elektoroda counter, CE, untuk elektrolit: diwakili oleh R3 secara paralel dengan C3. Rshunt merupakan perlawanan sirkuit terbuka dari sistem, dan secara substansial lebih tinggi dari resistensi lainnya. Untuk kejelasan, rangkaian ekuivalen DSSC disajikan secara terpisah pada Gambar 2.

Gambar 2. Pemodelan rangkain ekuivalen DSSCUntuk kinerja sumber DSSC dalam sumber ini, kapasitor bertindak seperti sirkuit terbuka dan yang berfungsi hanya komponen resistif, R1 dan R3 yang paling sigfikan. R1 merupakan perlawanan dari jalur yang disediakan melalui elektrolit dan karena itu sebanding dengan ketebalan lapisan elektrolit, sementara berbanding terbalik dengan daerah sel aktif. Sementara itu, R3, mewakili perlawanan antara elektrolit dan counter elektroda (CE), berbanding terbalik dengan daerah antarmuka elektrolit-elektroda. Metode untuk mengurangi resistansi internal memiliki beberapa efek, masalah tegangan sel rendah dibandingkan dengan tegangan beban yang diperlukan masih membatasi kinerja.Gambar dibawah menujukkan kurva single-sel dengan luas aktif Daerah aktif 21,8 cm2 bawah sumber cahaya neon di 700 lux; dapat dilihat bahwa output daya pada power point maksimum (MPP) adalah sekitar 0,44 mW pada tegangan 0,42 V, yang menunjukkan bahwa resistensi sel internal yang dikombinasikan adalah sekitar 300 . Perlu dicatat bahwa 700 lux sedikit lebih tinggi dari pencahayaan dalam ruangan kantor tanpa sinar matahari eksternal, tetapi dengan efek lingkungan yang terkena sinar matahari , mungkin dianggap sebagai pendekatan yang baik dengan nilai rata-rata di lingkungan kantor.

Gambar 3. Kurva area aktif 21.8cm2 single-cell.

III. SOLUSI KONVERSI DAYA

Gambar 4. Rangkaian Konverter Beberapa IC controller komersial mendukung topologi ini untuk tegangan input yang lebih rendah dari konverter peningkatan biasa, tapi mereka membutuhkan sirkuit tambahan untuk memungkinkan operasi startup dalam kondisi daya rendah. Solusi start-up termasuk charge-pump, dan induktor digabungkan. Konverter peningkatana dapat beroperasi dalam dua mode yang berbeda, baik PWM atau PFM. PWM beroperasi dengan memperbaiki frekuensi switching dan berbagai siklus untuk mencapai peningkatan tegangan, sedangkan dengan PFM siklus adalah tetap dan frekuensi bervariasi. Konverter digunakan dalam pekerjaan ini, beroperasi menggunakan PFM; beroperasi dalam Discontinuos Mode (DCM) untuk mengurangi rugi daya dalam peningkatan konverter.Untuk lebih memahami sistem operasi kerugian converter ,di mana rumus berikut ini digunakan untuk menghitung komponen kerugian yang berbeda : Pcond = I2 on RDS(on) Duty (1) Pswitching= (tsw,on Vout Ion Fsw + tsw,off Vout Ion Fsw) / 2 (2) Pgate = Coss Vout Fsw (3) PInductor = I2 in RInductor (4)Beberapa asumsi yang dibuat dalam perhitungan berbagai komponen kerugian, karena banyak karakteristik yang diperlukan tidak tersedia; misalnya tsw, dan on tsw, off yang tidak ditentukan, dan karena itu dipilih sebagai 1% dari periode switching. Nilai-nilai ini dipilih berdasarkan MOSFET yang memiliki spesifikasi setara dengan MOSFET pingkatkan konverter.IV. VARIASI DARI KONFIGURASI DSSCTegangan output dan tingkatan arus saat ini dari sumber dapat dimanipulasi dengan menggunakan bagian sel yang lebih kecil dihubungkan seri. Dengan cara ini, tegangan output untuk daerah tertentu meningkat dengan jumlah koneksi sel seri. Masalah lain dengan koneksi seri bagian sel yang lebih kecil adalah bahwa ada lapisan sealant tambahan yang diperlukan antara setiap pasangan bagian sel untuk menghindari kebocoran antara sel-sel. Hal ini menyebabkan hilangnya area aktif dan kekuasaan karena itu output untuk daerah fisik yang diberikan ketika jumlah sel meningkat. Efek ini dapat dilihat pada Gambar 7 dimana daya maksimum power point di 700 lux dan daerah sel aktif keduanya diplot terhadap peningkatan jumlah bagian sel.

Gambar 7. Area aktif, keluaran sel daya dan keluaran konverter daya per bagian sel.Penurunan daya yang dihasilkan sesuai linier dengan penurunan luas sel aktif. Nilai yang sesuai dari daya output diperkirakan untuk konverter peningkatan DC / DC seperti BQ 25.504 termasuk disajikan pada Gambar 8. Hasil ini diproduksi dengan menggabungkan tegangan dan daya input DSSC dengan nilai efisiensi untuk converter peningkatan (seperti yang diekstrak dari DC / DC converter datasheet), untuk memprediksi efisiensi sistem secara keseluruhan dan daya output. Hasil disajikan untuk pembelahan sel hingga 10; yaitu sampai ke titik di mana konverter DC-DC diperlukan untuk langkah-up tegangan menjadi 4,1 V.

Gambar 8. Efisiensi converter dan output converter DC-DC vs jumlah sel.Hal ini terlihat bahwa secara keseluruhan ada penurunan daya output yang disebabkan oleh hilangnya di daerah aktif DSSC. Namun antara solusi 1 dan 2-sel ada peningkatan daya output, dan ini dapat dijelaskan dengan peningkatan yang signifikan dalam efisiensi sehubungan dengan jumlah sel. Peningkatan ini cukup signifikan untuk mengatasi kerugian di daerah aktif selama 2 sel seri. Hal ini jelas untuk melihat bahwa kecenderungan umum untuk koneksi serial adalah peningkatan efisiensi terhadap jumlah sel. Namun, perlu dicatat bahwa efisiensi tidak berbanding lurus dengan tegangan input. Grafik menunjukkan bahwa penurunan di daerah aktif yang disebabkan oleh tmbahan lapisan sealant, membatasi daya keluaran untuk sebagian besar kasus (kecuali 2 seri sel yang terhubung seperti yang dibahas). Itu adalah peningkatan efisiensi diberikan oleh tegangan input yang lebih tinggi tidak cukup untuk melawan penurunan daya input yang disebabkan oleh berkurangnya area aktif.