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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.

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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.

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[ \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)
  • ohm’s law
  • kirchhoff’s circuit laws
  • 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

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