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Modello di circuito equivalente della cella solare

1950
Analisi del modello di circuito equivalente delle celle solari in un laboratorio di elettronica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Una cella solare può essere modellata da un circuito elettrico equivalente. Il modello più semplice include una sorgente di corrente che rappresenta la corrente fotogenerata ([latex]I_L[/latex]), in parallelo con un diodo che rappresenta la giunzione p-n. Un modello più accurato aggiunge una resistenza di shunt in parallelo ([latex]R_{sh}[/latex]) per le correnti di dispersione e una resistenza in serie ([latex]R_s[/latex]) per la resistenza di contatto e del materiale.

Il modello a circuito equivalente è un potente strumento per comprendere e analizzare il comportamento elettrico di una cella solare. Esso astrae la complessa fisica dei semiconduttori in un semplice schema circuitale con pochi componenti chiave. Il nucleo del modello è un generatore di corrente ideale che produce una corrente, [latex]I_L[/latex], direttamente proporzionale all'intensità della luce incidente. Questo rappresenta la generazione di coppie elettrone-lacuna da parte dei fotoni.

In parallelo a questa sorgente di corrente si trova un diodo. Questo diodo simula il comportamento della giunzione pn stessa. Al buio, la cella solare si comporta semplicemente come un diodo e la sua caratteristica corrente-tensione (I-V) segue l'equazione del diodo ideale. Quando illuminata, parte della corrente fotogenerata viene deviata attraverso questo diodo interno, un processo noto come ricombinazione, che non contribuisce alla corrente di uscita. La corrente di uscita totale [latex]I[/latex] è quindi la corrente fotogenerata meno la corrente del diodo: [latex]I = I_L – I_D[/latex].

Per una rappresentazione più realistica, vengono aggiunte due resistenze parassite. Una resistenza in serie, [latex]R_s[/latex], tiene conto della resistenza dei contatti metallici, dell'emettitore e del materiale semiconduttore di massa. Provoca una caduta di tensione che riduce la tensione del terminale e la fattore di riempimentoUna resistenza di shunt, [latex]R_{sh}[/latex], è posta in parallelo con il diodo e il generatore di corrente. Essa rappresenta i percorsi di dispersione per la corrente attraverso la giunzione pn, spesso dovuti a difetti di fabbricazione. Una bassa resistenza di shunt fornisce un percorso alternativo per la corrente fotogenerata, riducendo la corrente erogata al carico. L'equazione che governa questo modello a singolo diodo è: [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], dove [latex]I_0[/latex] è la corrente di saturazione del diodo e [latex]n[/latex] è il fattore di idealità.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Elettronica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • sviluppo della teoria dei diodi (equazione del diodo di Shockley)
  • legge di Ohm
  • leggi di circuito di Kirchhoff
  • invenzione della cella solare a giunzione pn

Applicazioni

  • prevedere le prestazioni delle celle solari in condizioni variabili
  • caratterizzazione dei pannelli solari nella produzione (tracciamento della curva iv)
  • progettazione di algoritmi di inseguimento del punto di massima potenza (mppt)
  • simulazione del comportamento di grandi pannelli fotovoltaici

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • self-diagnosing solar panels that use impedance spettroscopia to monitor rs and rsh in real-time
  • regolatori MPPT basati sull'intelligenza artificiale che apprendono il circuito equivalente preciso di un pannello per un migliore tracciamento
  • circuiti integrati on-chip che compensano dinamicamente le variazioni delle resistenze parassite
  • modelli di circuiti quantistici per celle solari a punti quantici di prossima generazione
  • modelli di spezie distribuiti per la simulazione di grandi pannelli solari parzialmente ombreggiati con elevata precisione
  • modelli di circuiti bio-ispirati per celle fotovoltaiche organiche
  • modelli basati su memristor per tenere conto degli effetti di isteresi nelle celle solari a perovskite
  • gemello digitale of a solar farm using real-time equivalent circuit parameter extraction
Argomenti correlati: circuito equivalente, modello di cella solare, resistenza in serie, resistenza in parallelo, diodo, fotocorrente, curva I-V, fattore di riempimento.

Contesto storico

Modello di circuito equivalente della cella solare

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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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