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Modelo de circuito equivalente de célula solar

1950
Análisis de modelos de circuitos equivalentes de células solares en un laboratorio de electrónica.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Una célula solar puede modelarse mediante un circuito eléctrico equivalente. El modelo más sencillo incluye una fuente de corriente que representa la corriente fotogenerada ([latex]I_L[/latex]), en paralelo con un diodo que representa la unión p-n. Un modelo más preciso añade una resistencia en derivación paralela ([latex]R_{sh}[/latex]) para las corrientes de fuga y una resistencia en serie ([latex]R_s[/latex]) para la resistencia de los contactos y del material.

El modelo de circuito equivalente es una herramienta poderosa para comprender y analizar el comportamiento eléctrico de una celda solar. Abstrae la compleja física de los semiconductores en un diagrama de circuito simple con unos pocos componentes clave. El núcleo del modelo es una fuente de corriente ideal que produce una corriente, [latex]I_L[/latex], directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente. Esto representa la generación de pares electrón-hueco por fotones.

En paralelo con esta fuente de corriente hay un diodo. Este diodo modela el comportamiento de la unión pn. En la oscuridad, la celda solar es simplemente un diodo, y su característica corriente-tensión (I-V) sigue la ecuación del diodo ideal. Cuando se ilumina, parte de la corriente fotogenerada se desvía a través de este diodo interno, un proceso conocido como recombinación, que no contribuye a la corriente de salida. Por lo tanto, la corriente de salida total [latex]I[/latex] es la corriente fotogenerada menos la corriente del diodo: [latex]I = I_L – I_D[/latex].

Para una representación más realista, se agregan dos resistencias parásitas. Una resistencia en serie, [latex]R_s[/latex], representa la resistencia de los contactos metálicos, el emisor y el material semiconductor a granel. Provoca una caída de voltaje que reduce el voltaje en los terminales y la factor de llenado. Se coloca una resistencia de derivación, [latex]R_{sh}[/latex], en paralelo con el diodo y la fuente de corriente. Representa las rutas de fuga para la corriente a través de la unión pn, a menudo debido a defectos de fabricación. Una resistencia de derivación baja proporciona una ruta alternativa para la corriente fotogenerada, reduciendo la corriente entregada a la carga. La ecuación que rige este modelo de diodo único es: [latex]I = I_L – I_0 left[ expleft(frac{V+IR_s}{n k_B T/q}right) – 1 right] – frac{V+IR_s}{R_{sh}}[/latex], donde [latex]I_0[/latex] es la corriente de saturación del diodo y [latex]n[/latex] es el factor de idealidad.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Electrónica

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Sustancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Desarrollo de la teoría de diodos (ecuación del diodo Shockley)
  • Ley de Ohm
  • Leyes de circuitos de Kirchhoff
  • invención de la célula solar de unión pn

Aplicaciones

  • Predicción del rendimiento de las células solares en diferentes condiciones
  • Caracterización de paneles solares en la fabricación (trazado de curvas iv)
  • Diseño de algoritmos de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT)
  • Simulación del comportamiento de grandes instalaciones fotovoltaicas

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • self-diagnosing solar panels that use impedance espectroscopia to monitor rs and rsh in real-time
  • Controladores MPPT basados ​​en IA que aprenden el circuito equivalente preciso de un panel para un mejor seguimiento
  • circuitos integrados en chip que compensan dinámicamente los cambios en las resistencias parásitas
  • Modelos de circuitos cuánticos para células solares de puntos cuánticos de próxima generación
  • Modelos de especias distribuidas para simular grandes paneles solares parcialmente sombreados con alta precisión
  • Modelos de circuitos bioinspirados para células fotovoltaicas orgánicas
  • Modelos basados ​​en memristores para tener en cuenta los efectos de histéresis en células solares de perovskita
  • gemelo digital of a solar farm using real-time equivalent circuit parameter extraction
Relacionado con: circuito equivalente, modelo de celda solar, resistencia en serie, resistencia en paralelo, diodo, fotocorriente, curva I-V, factor de llenado.

Contexto histórico

Modelo de circuito equivalente de célula solar

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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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