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Fattore di riempimento nel fotovoltaico

1960
Test di laboratorio sulle celle solari con particolare attenzione alla misurazione del fattore di riempimento in ingegneria elettrica.

(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

Tipo

Performance Metric

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

  • quality control 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

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