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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].

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[ \exp\left(\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
- 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

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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)

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