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Modelo de circuito equivalente de célula solar

1950
Análise de modelo de circuito equivalente de célula solar em um laboratório de eletrônica.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Uma célula solar pode ser modelada por um circuito elétrico equivalente. O modelo mais simples inclui uma fonte de corrente representando a corrente fotogerada ([latex]I_L[/latex]), em paralelo com um diodo representando a junção pn. Um modelo mais preciso adiciona uma resistência de derivação em paralelo ([latex]R_{sh}[/latex]) para correntes de fuga e uma resistência em série ([latex]R_s[/latex]) para a resistência de contato e do material.

O modelo de circuito equivalente é uma ferramenta poderosa para compreender e analisar o comportamento elétrico de uma célula solar. Ele abstrai a complexa física dos semicondutores em um diagrama de circuito simples com alguns componentes-chave. O núcleo do modelo é uma fonte de corrente ideal que produz uma corrente, [latex]I_L[/latex], diretamente proporcional à intensidade da luz incidente. Isso representa a geração de pares elétron-buraco por fótons.

Em paralelo com esta fonte de corrente, há um diodo. Este diodo simula o comportamento da própria junção pn. No escuro, a célula solar comporta-se apenas como um diodo, e sua característica corrente-tensão (I-V) segue a equação do diodo ideal. Quando iluminada, parte da corrente fotogerada é desviada através deste diodo interno, um processo conhecido como recombinação, que não contribui para a corrente de saída. A corrente de saída total [latex]I[/latex] é, portanto, a corrente fotogerada menos a corrente do diodo: [latex]I = I_L × I_D[/latex].

Para uma representação mais realista, duas resistências parasitas são adicionadas. Uma resistência em série, [latex]R_s[/latex], representa a resistência dos contatos metálicos, do emissor e do material semicondutor. Ela causa uma queda de tensão que reduz a tensão terminal e a corrente de curto-circuito. fator de preenchimentoUma resistência de derivação, [latex]R_{sh}[/latex], é colocada em paralelo com o diodo e a fonte de corrente. Ela representa os caminhos de fuga para a corrente através da junção pn, frequentemente devido a defeitos de fabricação. Uma baixa resistência de derivação fornece um caminho alternativo para a corrente fotogerada, reduzindo a corrente fornecida à carga. A equação que rege este modelo de diodo único é: [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], onde [latex]I_0[/latex] é a corrente de saturação do diodo e [latex]n[/latex] é o fator de idealidade.

UNESCO Nomenclature: 2205
Eletrônicos

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Desenvolvimento da teoria do diodo (equação do diodo de Shockley)
  • lei de Ohm
  • leis de circuito de Kirchhoff
  • invenção da célula solar de junção pn

Aplicações

  • Previsão do desempenho de células solares sob condições variáveis
  • Caracterização de painéis solares na fabricação (traçado de curvas IV)
  • Projeto de algoritmos de rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT)
  • simulando o comportamento de grandes conjuntos fotovoltaicos

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • self-diagnosing solar panels that use impedance espectroscopia to monitor rs and rsh in real-time
  • ai-based mppt controllers that learn the precise equivalent circuit of a panel for better tracking
  • on-chip integrated circuits that dynamically compensate for changes in parasitic resistances
  • quantum circuit models for next-generation quantum-dot solar cells
  • distributed spice models for simulating large, partially shaded solar arrays with high accuracy
  • bio-inspired circuit models for organic photovoltaic cells
  • memristor-based models to account for hysteresis effects in perovskite solar cells
  • gêmeo digital of a solar farm using real-time equivalent circuit parameter extraction
Relacionado a: circuito equivalente, modelo de célula solar, resistência em série, resistência em paralelo, diodo, fotocorrente, curva IV, fator de preenchimento.

Contexto histórico

Modelo de circuito equivalente de célula solar

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(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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