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Facteur de remplissage dans le photovoltaïque

1960
Essais en laboratoire de cellules solaires axés sur la mesure du facteur de remplissage dans le domaine de l'ingénierie électrique.

(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

Taper

Performance Metric

Perturbation

Incrémentale

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • compréhension des caractéristiques courant-tension (iv) des appareils électroniques
  • développement du modèle de circuit équivalent de cellule solaire
  • invention des premières cellules solaires pratiques

Applications

  • quality control in panneau solaire fabrication
  • caractérisation de nouveaux matériaux et architectures de cellules solaires
  • diagnostiquer des problèmes de performances tels qu'une résistance série élevée ou une faible résistance shunt
  • comparer les performances de différentes technologies photovoltaïques

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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