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सौर सेल समतुल्य परिपथ मॉडल

1950
Solar cell equivalent circuit model analysis in an electronics lab.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

सौर सेल को एक समतुल्य विद्युत परिपथ द्वारा प्रतिरूपित किया जा सकता है। सबसे सरल मॉडल में प्रकाश-जनित धारा (I_L) को दर्शाने वाला एक धारा स्रोत, pn जंक्शन को दर्शाने वाले डायोड के समानांतर होता है। अधिक सटीक मॉडल में रिसाव धाराओं के लिए एक समानांतर शंट प्रतिरोध (R_sh) और संपर्क तथा थोक पदार्थ प्रतिरोध के लिए एक श्रृंखला प्रतिरोध (R_s) जोड़ा जाता है।

The equivalent circuit model is a powerful tool for understanding and analyzing the electrical behavior of a solar cell. It abstracts the complex semiconductor physics into a simple circuit diagram with a few key components. The core of the model is an ideal current source that produces a current, [latex]I_L[/latex], directly proportional to the incident light intensity. This represents the generation of electron-hole pairs by photons.

In parallel with this current source is a diode. This diode models the behavior of the p-n junction itself. In the dark, the solar cell is just a diode, and its current-voltage (I-V) characteristic follows the ideal diode equation. When illuminated, some of the photogenerated current is shunted through this internal diode, a process known as recombination, which does not contribute to the output current. The total output current [latex]I[/latex] is therefore the photogenerated current minus the diode current: [latex]I = I_L – I_D[/latex].

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[ expleft(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
– इलेक्ट्रॉनिक्स

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

संतोषजनक

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • डायोड सिद्धांत का विकास (शॉकली डायोड समीकरण)
  • ohm’s law
  • kirchhoff’s circuit laws
  • पीएन जंक्शन सौर सेल का आविष्कार

आवेदन

  • विभिन्न परिस्थितियों में सौर सेल के प्रदर्शन का पूर्वानुमान लगाना
  • विनिर्माण में सौर पैनलों की विशेषताओं का निर्धारण (iv वक्र अनुरेखण)
  • अधिकतम शक्ति बिंदु ट्रैकिंग (एमपीपीटी) एल्गोरिदम का डिजाइन तैयार करना
  • बड़े फोटोवोल्टिक सरणियों के व्यवहार का अनुकरण करना

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • self-diagnosing solar panels that use impedance स्पेक्ट्रोस्कोपी to monitor rs and rsh in real-time
  • एआई-आधारित एमपीपीटी नियंत्रक जो बेहतर ट्रैकिंग के लिए पैनल के सटीक समतुल्य सर्किट को सीखते हैं
  • ऑन-चिप एकीकृत परिपथ जो परजीवी प्रतिरोधों में परिवर्तन के लिए गतिशील रूप से क्षतिपूर्ति करते हैं
  • अगली पीढ़ी के क्वांटम-डॉट सौर सेल के लिए क्वांटम सर्किट मॉडल
  • बड़े, आंशिक रूप से छायांकित सौर पैनलों को उच्च सटीकता के साथ अनुकरण करने के लिए वितरित स्पाइस मॉडल
  • जैविक फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के लिए जैव-प्रेरित परिपथ मॉडल
  • पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं में हिस्टैरेसिस प्रभावों को ध्यान में रखने के लिए मेमरिस्टर-आधारित मॉडल
  • डिजिटल ट्विन of a solar farm using real-time equivalent circuit parameter extraction
Related to: equivalent circuit, solar cell model, series resistance, shunt resistance, diode, photocurrent, i-v curve, fill factor.

ऐतिहासिक संदर्भ

Laboratory scene with chemist measuring thermate composition for incendiary applications.

Thermate Composition

थर्मेट एक ज्वलनशील पदार्थ है जो मानक थर्मिट की शक्ति को बढ़ाता है। यह आमतौर पर थर्मिट, बेरियम नाइट्रेट (Ba(NO₃)₂) और सल्फर का मिश्रण होता है। बेरियम नाइट्रेट ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करता है, जिससे तापीय उत्पादन बढ़ता है और अभिक्रिया वायुमंडलीय ऑक्सीजन पर कम निर्भर करती है। सल्फर मुख्य रूप से प्रज्वलन तापमान को कम करने के लिए मिलाया जाता है, जिससे मिश्रण को प्रज्वलित करना आसान और अधिक विश्वसनीय हो जाता है।
Metal forming workshop demonstrating plasticity theory applications in mechanics.

प्लास्टिसिटी सिद्धांत

प्लास्टिसिटी वह सिद्धांत है जो किसी ठोस पदार्थ के आकार में होने वाले अपरिवर्तनीय परिवर्तनों का वर्णन करता है, जो लगाए गए बलों के परिणामस्वरूप होते हैं। प्रत्यास्थता के विपरीत, जहाँ बल हटाने पर विरूपण वापस अपनी मूल स्थिति में आ जाता है, प्लास्टिक विरूपण स्थायी होता है। इस सिद्धांत में प्लास्टिसिटी की शुरुआत को परिभाषित करने के लिए एक यील्ड क्राइटेरियन, प्लास्टिक स्ट्रेन के विकास का वर्णन करने के लिए एक फ्लो रूल और एक हार्डनिंग रूल शामिल हैं।
Bathtub Curve graph in a systems engineering office illustrating product life phases.

बाथटब वक्र

बाथटब वक्र एक ग्राफिकल मॉडल है जो उत्पाद के जीवनकाल के तीन चरणों को विफलता दर के संदर्भ में दर्शाता है। इसकी शुरुआत उच्च लेकिन घटती हुई 'शिशु मृत्यु दर' से होती है, उसके बाद कम और स्थिर 'उपयोगी जीवन' दर आती है, और अंत में बढ़ती हुई 'घिसावट' दर के साथ समाप्त होती है। स्थिर विफलता दर ([latex]lambda[/latex]) का उपयोग करके की गई MTBF गणनाएँ आमतौर पर केवल मध्य 'उपयोगी जीवन' चरण के दौरान ही मान्य होती हैं।

सौर सेल समतुल्य परिपथ मॉडल

Researcher measuring thermoelectric materials in a solid state physics laboratory.

थर्मोइलेक्ट्रिक फिगर ऑफ मेरिट (ZT)

थर्मोइलेक्ट्रिक गुणधर्म "ZT" एक आयामहीन मात्रा है जो थर्मोइलेक्ट्रिक अनुप्रयोगों के लिए किसी पदार्थ की दक्षता को मापती है। इसे [latex]ZT = frac{S^2 sigma T}{kappa}[/latex] के रूप में परिभाषित किया जाता है, जहाँ S सीबेक गुणांक है, [latex]sigma[/latex] विद्युत चालकता है, T परम तापमान है, और [latex]kappa[/latex] तापीय चालकता है। ZT का उच्च मान अधिक कुशल थर्मोइलेक्ट्रिक पदार्थ को दर्शाता है।
Laboratory experiment on superconductors illustrating Ginzburg-Landau Theory applications.

गिन्ज़बर्ग-लैंडौ सिद्धांत

विटाली गिन्ज़बर्ग और लेव लैंडौ द्वारा 1950 में विकसित यह एक घटनात्मक सिद्धांत है जो चरण संक्रमण के निकट अतिचालकता का वर्णन करता है। यह अतिचालक इलेक्ट्रॉनों के घनत्व को दर्शाने के लिए एक जटिल क्रम पैरामीटर, [latex]Psi[/latex], प्रस्तुत करता है। यह सिद्धांत मेसनर प्रभाव जैसे प्रभावों का सफलतापूर्वक वर्णन करता है और एक ही पैरामीटर, [latex]kappa[/latex], के आधार पर टाइप I और टाइप II अतिचालकों के बीच अंतर की भविष्यवाणी करता है।
Laboratory research on thermodynamic efficiency of fuel cells with scientists and equipment.

ईंधन सेल की ऊष्मागतिकीय दक्षता

ईंधन सेल की अधिकतम सैद्धांतिक दक्षता विद्युत रासायनिक अभिक्रिया की गिब्स मुक्त ऊर्जा (ΔG) में परिवर्तन और एन्थैल्पी (ΔH) में परिवर्तन के अनुपात द्वारा निर्धारित होती है। इसे Δथर्मो = ΔG/ΔH के रूप में व्यक्त किया जाता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि ईंधन सेल ऊष्मा इंजन नहीं होते हैं और इसलिए कार्नोट दक्षता सीमा से बाधित नहीं होते हैं, जिससे सैद्धांतिक रूपांतरण दक्षता काफी अधिक हो सकती है।
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P-N junction in a solar cell demonstrating semiconductor physics.

पीएन जंक्शन फोटोवोल्टिक सिद्धांत

सौर सेल का कोर एक पीएन जंक्शन होता है, जो पी-टाइप और एन-टाइप अर्धचालक पदार्थों के बीच का इंटरफ़ेस होता है। यह जंक्शन एक रिक्तीकरण क्षेत्र में अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है। जब पर्याप्त ऊर्जा वाले फोटॉन अर्धचालक से टकराते हैं, तो वे इलेक्ट्रॉन-होल युग्म बनाते हैं। विद्युत क्षेत्र इन आवेश वाहकों को अलग करता है, जिससे इलेक्ट्रॉन एन-साइड की ओर और होल पी-साइड की ओर चले जाते हैं, और इस प्रकार वोल्टेज उत्पन्न होता है।
Researcher demonstrating the Weissenberg Effect with viscoelastic fluid in a laboratory.

वीसेनबर्ग प्रभाव (तरल पदार्थ)

वीसेनबर्ग प्रभाव एक ऐसी घटना है जो श्यानता-लोचदार तरल पदार्थों में देखी जाती है, जिसमें तरल पदार्थ उसमें डाली गई घूर्णनशील छड़ पर चढ़ जाता है। यह न्यूटोनियन तरल पदार्थों के व्यवहार के विपरीत है, जो अपकेंद्रीय बल द्वारा बाहर की ओर धकेले जाते हैं और एक भंवर बनाते हैं। यह प्रभाव अपरूपण बल के तहत तरल पदार्थ में उत्पन्न होने वाले सामान्य तनाव अंतरों के कारण होता है।
Combinational and sequential logic circuits in a modern electronics lab.

संयोजनात्मक और अनुक्रमिक तर्क परिपथ

डिजिटल परिपथों को दो मुख्य प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है: संयोजनात्मक और अनुक्रमिक तर्क। संयोजनात्मक तर्क में, आउटपुट केवल वर्तमान इनपुट मानों का एक शुद्ध फलन होता है (उदाहरण के लिए, एक योजक)। अनुक्रमिक तर्क में, आउटपुट न केवल वर्तमान इनपुट पर बल्कि इनपुट के पिछले अनुक्रम पर भी निर्भर करता है, क्योंकि इन परिपथों में मेमोरी तत्व होते हैं (उदाहरण के लिए, एक फ्लिप-फ्लॉप)।
Pourbaix diagram detailing electrochemical stability of metals in aqueous systems.

विभव-पीएच आरेख (पोरबैक्स आरेख)

पोरबैक्स आरेख, जिसे विभव/पीएच आरेख भी कहा जाता है, एक ऊष्मागतिकीय चार्ट है जो जलीय विद्युत रासायनिक प्रणाली की स्थिर संतुलन अवस्थाओं को दर्शाता है। यह ग्राफिक रूप से विभव (E_H) और पीएच की उन स्थितियों को दर्शाता है जिनके अंतर्गत कोई धातु प्रतिरोधी (ऊष्मगतिकीय रूप से स्थिर), निष्क्रिय (स्थिर सुरक्षात्मक परत बनाती है), या संक्षारण के प्रति संवेदनशील (घुलनशील आयन बनाती है) होती है।
Thermal lance cutting through steel in industrial thermodynamics application.

उच्च तापमान काटने की क्रियाविधि

थर्मल लांस 3,500°C से 4,500°C तक का तापमान प्राप्त कर सकता है, जो पारंपरिक टॉर्चों से कहीं अधिक है। यह तीव्र ऊष्मा न केवल लक्ष्य सामग्री को पिघलाती है, बल्कि शुद्ध ऑक्सीजन की धारा सामग्री का तीव्र ऑक्सीकरण भी करती है, जिससे वह प्रभावी रूप से ईंधन का हिस्सा बन जाती है। पिघलने और जलने की इस संयुक्त क्रिया के कारण यह मोटी स्टील, कंक्रीट और चट्टान को भी काट सकता है।
Nuclear reprocessing facility utilizing the PUREX process for uranium and plutonium extraction.

प्यूरेक्स प्रक्रिया

PUREX, जिसका पूरा नाम प्लूटोनियम और यूरेनियम रिकवरी बाय एक्सट्रैक्शन है, प्रयुक्त परमाणु ईंधन के पुनर्संसाधन की प्रमुख औद्योगिक विधि है। यह अत्यधिक रेडियोधर्मी विखंडन उत्पादों से यूरेनियम और प्लूटोनियम को अलग करने के लिए तरल-तरल निष्कर्षण (LLE) का उपयोग करती है। इस प्रक्रिया में नाइट्रिक अम्ल से यू(VI) और प्लूटोनियम(IV) को चुनिंदा रूप से निकालने के लिए हाइड्रोकार्बन तनुकारक में ट्राइब्यूटाइल फॉस्फेट (TBP) के 30% विलयन का उपयोग किया जाता है।
Controlled explosion demonstrating energy release quantified in tonnes of TNT in an industrial setting.

टन टीएनटी (ऊर्जा की इकाई)

"टन टीएनटी" ऊर्जा की एक इकाई है जिसका उपयोग बड़े पैमाने पर ऊर्जा उत्सर्जन, विशेष रूप से विस्फोटों से होने वाले उत्सर्जन को मापने के लिए किया जाता है। अंतर्राष्ट्रीय समझौते के अनुसार इसे परंपरागत रूप से 4.184 गीगाजूल (जीजे) के रूप में परिभाषित किया गया है। यह मान विस्फोट के समय टीएनटी के परिकलित ऊर्जा घनत्व पर आधारित है, जो लगभग 4,184 जूल/ग्राम है। यह परमाणु हथियारों और अन्य विस्फोटक घटनाओं की ऊर्जा क्षमता की तुलना करने के लिए एक मानक संदर्भ के रूप में कार्य करता है।
Gas laser apparatus demonstrating atomic population inversion in laser physics.

परमाणु जनसंख्या व्युत्क्रमण

परमाणुओं या अणुओं की प्रणाली में जनसंख्या व्युत्क्रमण एक ऐसी अवस्था है जहाँ निम्न ऊर्जा अवस्था की तुलना में उच्च, उत्तेजित ऊर्जा अवस्था में अधिक सदस्य होते हैं। यह असंतुलन अवस्था उत्तेजित उत्सर्जन द्वारा प्रकाश प्रवर्धन के लिए एक पूर्वापेक्षा है। इसके बिना, अवशोषण हावी हो जाएगा और कोई शुद्ध लाभ प्राप्त नहीं होगा, जिससे लेजर क्रिया असंभव हो जाएगी।

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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