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Modèle de circuit équivalent de cellule solaire

1950
Analyse du modèle de circuit équivalent d'une cellule solaire dans un laboratoire d'électronique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Une cellule solaire peut être modélisée par un circuit électrique équivalent. Le modèle le plus simple comprend une source de courant représentant le courant photogénéré ([latex]I_L[/latex]), en parallèle avec une diode représentant la jonction p-n. Un modèle plus précis ajoute une résistance parallèle shunt ([latex]R_{sh}[/latex]) pour les courants de fuite et une résistance série ([latex]R_s[/latex]) pour la résistance du contact et du matériau.

Le modèle de circuit équivalent est un outil puissant pour comprendre et analyser le comportement électrique d'une cellule solaire. Il simplifie la physique complexe des semi-conducteurs en un schéma de circuit simple comportant quelques composants clés. Le cœur du modèle est une source de courant idéale qui produit un courant, IL, directement proportionnel à l'intensité lumineuse incidente. Ceci représente la génération de paires électron-trou par les photons.

En parallèle avec cette source de courant se trouve une diode. Cette diode simule le comportement de la jonction pn. Dans l'obscurité, la cellule solaire se comporte comme une simple diode, et sa caractéristique courant-tension (I-V) suit l'équation de la diode idéale. Sous illumination, une partie du courant photogénéré est dérivée à travers cette diode interne, un processus appelé recombinaison, qui ne contribue pas au courant de sortie. Le courant de sortie total I est donc égal au courant photogénéré moins le courant de la diode : I = IL - ID.

Pour une représentation plus réaliste, deux résistances parasites sont ajoutées. Une résistance en série, [latex]R_s[/latex], représente la résistance des contacts métalliques, de l'émetteur et du matériau semi-conducteur. Elle provoque une chute de tension qui réduit la tension aux bornes et la tension de seuil. facteur de remplissageUne résistance shunt, Rsh, est placée en parallèle avec la diode et la source de courant. Elle représente les chemins de fuite du courant à travers la jonction pn, souvent dus à des défauts de fabrication. Une faible résistance shunt offre un chemin alternatif au courant photogénéré, réduisant ainsi le courant fourni à la charge. L'équation régissant ce modèle à une diode est : I = IL - I0 [exp((V + IRs)/(nkBT/q)) - 1] - (V + IRs/Rsh), où I0 est le courant de saturation de la diode et n le facteur d'idéalité.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Électronique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • développement de la théorie des diodes (équation de la diode de Shockley)
  • La loi d'Ohm
  • Lois de circuit de Kirchhoff
  • invention de la cellule solaire à jonction pn

Applications

  • prédire les performances des cellules solaires dans des conditions variables
  • caractérisation des panneaux solaires en production (tracé de courbe IV)
  • conception d'algorithmes de suivi du point de puissance maximale (MPPT)
  • simuler le comportement de grands parcs photovoltaïques

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • self-diagnosing solar panels that use impedance spectroscopie to monitor rs and rsh in real-time
  • Contrôleurs MPPT basés sur l'IA qui apprennent le circuit équivalent précis d'un panneau pour un meilleur suivi
  • circuits intégrés sur puce qui compensent dynamiquement les variations de résistances parasites
  • modèles de circuits quantiques pour les cellules solaires à points quantiques de nouvelle génération
  • modèles d'épices distribués pour simuler de grands panneaux solaires partiellement ombragés avec une grande précision
  • modèles de circuits bio-inspirés pour cellules photovoltaïques organiques
  • modèles basés sur des memristors pour prendre en compte les effets d'hystérésis dans les cellules solaires à pérovskite
  • jumeau numérique of a solar farm using real-time equivalent circuit parameter extraction
En lien avec : circuit équivalent, modèle de cellule solaire, résistance série, résistance parallèle, diode, photocourant, courbe IV, facteur de remplissage.

Contexte historique

Modèle de circuit équivalent de cellule solaire

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(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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