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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.

For a more realistic representation, two parasitic resistances are added. A series resistance, [latex]R_s[/latex], accounts for the resistance of the metal contacts, the emitter, and the bulk semiconductor material. It causes a voltage drop that reduces the terminal voltage and the fill factor. A shunt resistance, [latex]R_{sh}[/latex], is placed in parallel with the diode and current source. It represents leakage paths for the current across the p-n junction, often due to manufacturing defects. A low shunt resistance provides an alternate path for the photogenerated current, reducing the current delivered to the load. The governing equation for this single-diode model is: [latex]I = I_L – I_0 \left[ \exp\left(\frac{V+IR_s}{n k_B T/q}\right) – 1 \right] – \frac{V+IR_s}{R_{sh}}[/latex], where [latex]I_0[/latex] is the diode saturation current and [latex]n[/latex] is the ideality factor.

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

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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)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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