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Fattore di riempimento nel fotovoltaico

1960
Prove di laboratorio sulle celle solari incentrate sulla misurazione del fattore di riempimento nell'ingegneria elettrica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Il fattore di riempimento (FF) è un parametro chiave che determina la qualità di una cella solare. È il rapporto tra la potenza massima che una cella può produrre (Pmax) e la potenza teorica che produrrebbe se fosse una sorgente ideale di tensione e corrente (Voc × Isc). Un fattore di riempimento più elevato indica minori perdite per resistenza parassita e una curva I-V più regolare.

Il fattore di riempimento (FF) è cruciale figura di merito per una cella solare, fornisce una misura rapida delle sue prestazioni e qualità complessive, indipendentemente dalle sue dimensioni o dall'intensità luminosa. È definita dall'equazione: [latex]FF = frac{P_{max}}{V_{oc} times I_{sc}} = frac{V_{mp} times I_{mp}}{V_{oc} times I_{sc}}[/latex]. Qui, [latex]V_{oc}[/latex] è la tensione a circuito aperto (la tensione ai capi della cella senza carico) e [latex]I_{sc}[/latex] è la corrente di cortocircuito (la corrente che attraversa la cella quando i terminali sono in cortocircuito). Il prodotto [latex]V_{oc} times I_{sc}[/latex] rappresenta la potenza massima teorica che la cella potrebbe erogare se la sua curva I-V fosse un rettangolo perfetto.

In realtà, la curva I-V è curva a causa delle caratteristiche del diodo e delle resistenze parassite. Il punto su questa curva in cui il prodotto di tensione e corrente (V × I) è al suo massimo è il Punto di Massima Potenza (MPP). La tensione e la corrente in questo punto sono rispettivamente Vmp e Imp. Il fattore di riempimento (Fill Factor) misura essenzialmente quanto "quadrata" sia la curva I-V. Una cella ideale avrebbe un FF pari a 1 (o 100%), ma i valori pratici per le celle al silicio commerciali sono in genere compresi tra 0,75 e 0,85 (dal 75% all'85%).

Il fattore di riempimento (Fill Factor) è altamente sensibile alle resistenze parassite in serie (R_s) e in parallelo (R_sh). Un'elevata resistenza in serie riduce la corrente nel punto di massima potenza e "ammorbidisce" il ginocchio della curva I-V, abbassando il FF. Una bassa resistenza in parallelo fornisce un percorso di dispersione per la corrente, riducendo I_mp e la pendenza della curva I-V in prossimità di I_sc, il che abbassa ulteriormente il FF. Pertanto, il monitoraggio del fattore di riempimento è un metodo efficace per diagnosticare il degrado o i difetti di fabbricazione nelle celle solari.

UNESCO Nomenclature: 3307
- Ingegneria elettrica

Tipo

Metrica delle prestazioni

Interruzione

Incrementale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • comprensione delle caratteristiche corrente-tensione (iv) dei dispositivi elettronici
  • sviluppo del modello di circuito equivalente della cella solare
  • invenzione delle prime celle solari pratiche

Applicazioni

  • controllo qualità in pannello solare produzione
  • caratterizzazione di nuovi materiali e architetture per celle solari
  • diagnosticare problemi di prestazioni come elevata resistenza in serie o bassa resistenza di shunt
  • confrontare le prestazioni di diverse tecnologie fotovoltaiche

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • materiali con resistenza in serie intrinsecamente bassa per conduttori trasparenti
  • polimeri auto-riparanti in grado di riparare le microfratture che causano percorsi di resistenza di shunt
  • processi di produzione basati sul laser che riducono al minimo la resistenza al contatto
  • algoritmi di intelligenza artificiale che prevedono il fattore di riempimento dall'imaging della luminescenza durante la produzione
  • celle solari con circuiti micro-mppt integrati per mantenere un elevato fattore di riempimento efficace in caso di ombreggiamento parziale
  • perovskite ink formulations designed to minimize defects that lower shunt resistance
  • tracciamento della curva iv senza contatto mediante luce modulata per uno screening rapido delle cellule con fattore di riempimento elevato
  • dispositivi multiterminali in cui ogni giunzione ha il proprio fattore di riempimento ottimizzato
Argomenti correlati: fattore di riempimento, cella solare, curva I-V, punto di massima potenza, tensione a circuito aperto, corrente di cortocircuito, resistenza parassita, efficienza.

Contesto storico

Fattore di riempimento nel fotovoltaico

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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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