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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].

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
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

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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)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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