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Factor de llenado en energía fotovoltaica

1960
Pruebas de laboratorio de células solares centradas en la medición del factor de llenado en ingeniería eléctrica.

(generate image for illustration only)

The Fill Factor (FF) is a key parameter that determines the quality of a solar cell. It is the ratio of the maximum power a cell can produce ([latex]P_{max}[/latex]) to the theoretical power if it were an ideal voltage and current source ([latex]V_{oc} \times I_{sc}[/latex]). A higher fill factor indicates lower parasitic resistance losses and a more ‘square’ I-V curve.

The Fill Factor (FF) is a crucial figure of merit for a solar cell, providing a quick measure of its overall performance and quality, independent of its size or the light intensity. It is defined by the equation: [latex]FF = \frac{P_{max}}{V_{oc} \times I_{sc}} = \frac{V_{mp} \times I_{mp}}{V_{oc} \times I_{sc}}[/latex]. Here, [latex]V_{oc}[/latex] is the open-circuit voltage (the voltage across the cell with no load), and [latex]I_{sc}[/latex] is the short-circuit current (the current through the cell when the terminals are shorted). The product [latex]V_{oc} \times I_{sc}[/latex] represents the theoretical maximum power the cell could deliver if its I-V curve were a perfect rectangle.

In reality, the I-V curve is curved due to the diode characteristics and parasitic resistances. The point on this curve where the product of voltage and current ([latex]V \times I[/latex]) is at its maximum is the Maximum Power Point (MPP). The voltage and current at this point are [latex]V_{mp}[/latex] and [latex]I_{mp}[/latex], respectively. The Fill Factor essentially measures how ‘square’ the I-V curve is. An ideal cell would have an FF of 1 (or 100%), but practical values for commercial silicon cells are typically in the range of 0.75 to 0.85 (75% to 85%).

The Fill Factor is highly sensitive to the parasitic series ([latex]R_s[/latex]) and shunt ([latex]R_{sh}[/latex]) resistances. A high series resistance reduces the current at the maximum power point and ‘softens’ the knee of the I-V curve, lowering the FF. A low shunt resistance provides a leakage path for current, reducing [latex]I_{mp}[/latex] and the slope of the I-V curve near [latex]I_{sc}[/latex], which also lowers the FF. Therefore, monitoring the Fill Factor is an effective way to diagnose degradation or manufacturing defects in solar cells.

UNESCO Nomenclature: 3307
– Electrical engineering

Tipo

Performance Metric

Disrupción

Incremental

Utilización

Uso generalizado

Precursores

  • Comprensión de las características de corriente-voltaje (iv) de los dispositivos electrónicos
  • Desarrollo del modelo de circuito equivalente de célula solar
  • invención de las primeras células solares prácticas

Aplicaciones

  • quality control in panel solar fabricación
  • Caracterización de nuevos materiales y arquitecturas de células solares
  • Diagnosticar problemas de rendimiento como alta resistencia en serie o baja resistencia en derivación
  • Comparando el rendimiento de diferentes tecnologías fotovoltaicas

Patentes:

NA

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