របៀបដែលកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យដំណើរការ

កោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ ស្រូបពន្លឺព្រះអាទិត្យដើម្បីបង្កើតមុខងាររបស់ថ្មធម្មតា។ ប៉ុន្តែមិនដូចថ្មធម្មតាទេ វ៉ុលលទ្ធផល និងថាមពលទិន្នផលអតិបរមានៃថ្មប្រពៃណីត្រូវបានជួសជុល ខណៈពេលដែលវ៉ុលលទ្ធផល ចរន្ត និងថាមពលនៃកោសិកាថាមពលពន្លឺព្រះអាទិត្យគឺទាក់ទងទៅនឹងលក្ខខណ្ឌភ្លើងបំភ្លឺ និងចំណុចប្រតិបត្តិការ។ អាស្រ័យហេតុនេះ ដើម្បីប្រើប្រាស់កោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យដើម្បីបង្កើតចរន្តអគ្គិសនី អ្នកត្រូវតែយល់អំពីទំនាក់ទំនងចរន្ត និងវ៉ុល និងគោលការណ៍ការងាររបស់កោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ។

ការបំភ្លឺនៃពន្លឺព្រះអាទិត្យ៖

ប្រភពថាមពលនៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យគឺពន្លឺព្រះអាទិត្យ ដូច្នេះអាំងតង់ស៊ីតេ និងវិសាលគមនៃពន្លឺថ្ងៃដែលជួបឧបទ្ទវហេតុកំណត់ចរន្ត និងវ៉ុលលទ្ធផលដោយកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ។ យើងដឹងហើយថា នៅពេលដែលវត្ថុមួយត្រូវបានដាក់នៅក្រោមព្រះអាទិត្យ វាទទួលពន្លឺព្រះអាទិត្យតាមពីរវិធី មួយគឺពន្លឺព្រះអាទិត្យដោយផ្ទាល់ និងមួយទៀតគឺពន្លឺថ្ងៃដែលសាយភាយបន្ទាប់ពីត្រូវបានខ្ចាត់ខ្ចាយដោយវត្ថុផ្សេងទៀតនៅលើផ្ទៃ។ នៅក្រោមកាលៈទេសៈធម្មតា ពន្លឺចៃដន្យផ្ទាល់មានប្រហែល 80% នៃពន្លឺដែលទទួលដោយកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ។ ដូច្នេះ ការពិភាក្សាខាងក្រោមរបស់យើងក៏នឹងផ្តោតលើការប៉ះពាល់ដោយផ្ទាល់ទៅនឹងពន្លឺព្រះអាទិត្យផងដែរ។

អាំងតង់ស៊ីតេ និងវិសាលគមនៃពន្លឺព្រះអាទិត្យអាចត្រូវបានបង្ហាញដោយការ irradiance វិសាលគម ដែលជាថាមពលពន្លឺក្នុងមួយឯកតា ប្រវែងរលកក្នុងមួយឯកតា (W/㎡um) ។ អាំងតង់ស៊ីតេនៃពន្លឺព្រះអាទិត្យ (W/㎡) គឺជាផលបូកនៃប្រវែងរលកទាំងអស់នៃការបំភ្លឺវិសាលគម។ ការបំភ្លឺវិសាលគមនៃពន្លឺព្រះអាទិត្យគឺទាក់ទងទៅនឹងទីតាំងវាស់វែង និងមុំនៃព្រះអាទិត្យទាក់ទងទៅនឹងផ្ទៃផែនដី។ នេះ​ក៏​ព្រោះ​តែ​ពន្លឺ​ថ្ងៃ​នឹង​ត្រូវ​បាន​ស្រូប និង​ខ្ចាត់ខ្ចាយ​ដោយ​បរិយាកាស​មុន​នឹង​ឈាន​ដល់​ផ្ទៃ​ផែនដី។ កត្តាទាំងពីរនៃទីតាំង និងមុំ ជាទូទៅត្រូវបានតំណាងដោយអ្វីដែលគេហៅថា ម៉ាស់ខ្យល់ (AM)។ សម្រាប់ការបំភ្លឺពីពន្លឺព្រះអាទិត្យ AMO សំដៅទៅលើស្ថានភាពនៅក្នុងលំហខាងក្រៅ នៅពេលដែលព្រះអាទិត្យកំពុងរះដោយផ្ទាល់។ អាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺរបស់វាគឺប្រហែល 1353 W/㎡ ដែលប្រហាក់ប្រហែលនឹងប្រភពពន្លឺដែលផលិតដោយវិទ្យុសកម្មរាងកាយខ្មៅដែលមានសីតុណ្ហភាព 5800K ។ AMI សំដៅទៅលើស្ថានភាពនៅលើផ្ទៃផែនដី នៅពេលដែលព្រះអាទិត្យកំពុងរះដោយផ្ទាល់ អាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺគឺប្រហែល 925 W/m2 ។ AMI.5 សំដៅទៅលើស្ថានភាពនៅលើផ្ទៃផែនដី នៅពេលដែលព្រះអាទិត្យកើតឡើងនៅមុំ 45 ដឺក្រេ អាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺគឺប្រហែល 844 W/m2 ។ AM 1.5 ជាទូទៅត្រូវបានប្រើដើម្បីតំណាងឱ្យការបំភ្លឺជាមធ្យមនៃពន្លឺព្រះអាទិត្យនៅលើផ្ទៃផែនដី។ គំរូសៀគ្វីថាមពលពន្លឺព្រះអាទិត្យ៖

នៅពេលដែលមិនមានពន្លឺ កោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យមានឥរិយាបទដូចជា pn junction diode ។ ទំនាក់ទំនងវ៉ុលបច្ចុប្បន្ននៃ diode ដ៏ល្អអាចត្រូវបានបញ្ជាក់ជា

កន្លែងដែលខ្ញុំតំណាងឱ្យចរន្ត V តំណាងឱ្យវ៉ុល Is គឺជាចរន្តឆ្អែត ហើយ VT = KBT/q0 ដែល KB តំណាងឱ្យថេរ BoItzmann q0 គឺជាបន្ទុកអគ្គីសនី ហើយ T គឺជាសីតុណ្ហភាព។ នៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ VT = 0.026v ។ គួរកត់សម្គាល់ថាទិសដៅនៃចរន្តឌីអេដ Pn ត្រូវបានកំណត់ឱ្យហូរពីប្រភេទ P ទៅប្រភេទ n នៅក្នុងឧបករណ៍ហើយតម្លៃវិជ្ជមាននិងអវិជ្ជមាននៃវ៉ុលត្រូវបានកំណត់ជាសក្តានុពលស្ថានីយប្រភេទ P ។ ដកសក្តានុពលស្ថានីយប្រភេទ n ។ ដូច្នេះប្រសិនបើនិយមន័យនេះត្រូវបានអនុវត្តនៅពេលដែលកោសិកាថាមពលព្រះអាទិត្យដំណើរការតម្លៃវ៉ុលរបស់វាគឺវិជ្ជមានតម្លៃបច្ចុប្បន្នរបស់វាគឺអវិជ្ជមានហើយខ្សែកោង IV ស្ថិតនៅក្នុងរង្វង់ទីបួន។ អ្នកអានត្រូវតែរំលឹកនៅទីនេះថា អ្វីដែលគេហៅថា diode ដ៏ល្អគឺផ្អែកលើលក្ខខណ្ឌរូបវន្តជាច្រើន ហើយ diodes ពិតប្រាកដនឹងមានកត្តា nonideal មួយចំនួនដែលជះឥទ្ធិពលដល់ទំនាក់ទំនងបច្ចុប្បន្ន-វ៉ុលរបស់ឧបករណ៍ ដូចជាជំនាន់-recombination current នៅទីនេះ យើងនឹង ' មិនពិភាក្សាច្រើន។ នៅពេលដែលកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យត្រូវបានប៉ះពាល់នឹងពន្លឺវានឹងមាន photocurrent នៅក្នុង pn diode ។ ដោយសារតែទិសដៅវាលអគ្គិសនីដែលភ្ជាប់មកជាមួយនៃប្រសព្វ pn គឺពីប្រភេទ n ទៅប្រភេទ p នោះគូរន្ធអេឡិចត្រុងដែលបង្កើតឡើងដោយការស្រូបនៃហ្វូតុងនឹងរត់ឆ្ពោះទៅរកចុងប្រភេទ n ខណៈពេលដែលរន្ធនឹងរត់ឆ្ពោះទៅរកទំ។ - ប្រភេទបញ្ចប់។ photocurrent ដែលបង្កើតឡើងដោយទាំងពីរនឹងហូរពី n-type ទៅ p-type ។ ជាទូទៅ ទិសដៅចរន្តទៅមុខនៃឌីយ៉ូត ត្រូវបានកំណត់ថាជាលំហូរពីប្រភេទ p ទៅប្រភេទ n។ នៅក្នុងវិធីនេះ បើប្រៀបធៀបទៅនឹង diode ដ៏ល្អមួយ photocurrent ដែលបង្កើតដោយកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យនៅពេលបំភ្លឺគឺជាចរន្តអវិជ្ជមាន។ ទំនាក់ទំនងវ៉ុលបច្ចុប្បន្ននៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យគឺជាឌីអេដដ៏ល្អ បូកនឹង IL photocurrent អវិជ្ជមាន ដែលទំហំរបស់វាគឺ៖

ម្យ៉ាងវិញទៀត នៅពេលដែលគ្មានពន្លឺ IL=0 កោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យគឺគ្រាន់តែជា diode ធម្មតាប៉ុណ្ណោះ។ នៅពេលដែលកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យមានចរន្តខ្លី នោះគឺ V=0 ចរន្តខ្លីគឺ Isc=-IL។ ពោល​គឺ​នៅ​ពេល​ដែល​កោសិកា​ថាមពល​ពន្លឺ​ព្រះ​អាទិត្យ​មាន​ចរន្ត​កាត់​ខ្លី ចរន្ត​ចរន្ត​ខ្លី​គឺ​ជា photocurrent ដែល​បង្កើត​ឡើង​ដោយ​ពន្លឺ​ឧបទ្ទវហេតុ។ ប្រសិនបើកោសិកាថាមពលព្រះអាទិត្យគឺជាសៀគ្វីបើកចំហ នោះគឺប្រសិនបើ I=0 វ៉ុលសៀគ្វីបើកចំហរបស់វាគឺ៖

រូបភាពទី 2. សៀគ្វីសមមូលនៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ: (a) ដោយគ្មាន, (b) ជាមួយស៊េរី និង shunt resistors ។ វាត្រូវតែត្រូវបានសង្កត់ធ្ងន់នៅទីនេះថាវ៉ុលសៀគ្វីបើកចំហនិងចរន្តសៀគ្វីខ្លីគឺជាប៉ារ៉ាម៉ែត្រសំខាន់ពីរនៃលក្ខណៈកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ។

ទិន្នផលថាមពលនៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យគឺជាផលិតផលនៃចរន្តនិងវ៉ុល:

ជាក់ស្តែង ទិន្នផលថាមពលដោយកោសិកាថាមពលពន្លឺព្រះអាទិត្យមិនមែនជាតម្លៃថេរនោះទេ។ វាឈានដល់តម្លៃអតិបរមានៅចំណុចប្រតិបត្តិការវ៉ុលបច្ចុប្បន្នជាក់លាក់មួយ ហើយថាមពលទិន្នផលអតិបរមា Pmax អាចត្រូវបានកំណត់ដោយ dp/dv=0 ។ យើងអាចសន្និដ្ឋានថាវ៉ុលលទ្ធផលនៅថាមពលទិន្នផលអតិបរមា Pmax គឺ:

ហើយចរន្តទិន្នផលគឺ៖

ថាមពលទិន្នផលអតិបរមានៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យគឺ៖

ប្រសិទ្ធភាពនៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យសំដៅលើសមាមាត្រនៃកោសិកាថាមពលពន្លឺព្រះអាទិត្យដែលបំលែងថាមពល Pin នៃពន្លឺឧបទ្ទវហេតុទៅជាថាមពលអគ្គិសនីទិន្នផលអតិបរមា នោះគឺ៖

ការវាស់វែងប្រសិទ្ធភាពកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យទូទៅប្រើប្រភពពន្លឺស្រដៀងនឹងពន្លឺព្រះអាទិត្យដែលមាន pin=1000W/㎡។

តាមការពិសោធន៍ ទំនាក់ទំនងចរន្ត-វ៉ុលនៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យមិនធ្វើតាមការពិពណ៌នាទ្រឹស្តីខាងលើទាំងស្រុងនោះទេ។ នេះគឺដោយសារតែឧបករណ៍ photovoltaic ខ្លួនវាត្រូវបានគេហៅថាភាពធន់ទ្រាំស៊េរីនិងភាពធន់ទ្រាំ shunt ។ សម្រាប់សម្ភារៈ semiconductor ណាមួយ ឬទំនាក់ទំនងរវាង semiconductor និងលោហៈធាតុ វានឹងជៀសមិនរួចនូវភាពធន់ធំជាង ឬតិចជាង ដែលនឹងបង្កើតជាស៊េរី Resistance របស់ឧបករណ៍ photovoltaic ។ ម៉្យាងវិញទៀត ផ្លូវបច្ចុប្បន្នណាមួយក្រៅពី Pn diode ដ៏ល្អរវាងអេឡិចត្រូតវិជ្ជមាន និងអវិជ្ជមាននៃឧបករណ៍ photovoltaic នឹងបណ្តាលឱ្យមានចរន្តលេចធ្លាយ ដូចជាចរន្តបង្កើតឡើងវិញនៅក្នុងឧបករណ៍។ , ចរន្តនៃការផ្សំផ្ទៃឡើងវិញ, ភាពឯកោគែមមិនពេញលេញនៃឧបករណ៍, និងប្រសព្វនៃការជ្រៀតចូលទំនាក់ទំនងលោហៈ។

ជាធម្មតា យើងប្រើភាពធន់ទ្រាំ shunt ដើម្បីកំណត់ចរន្តលេចធ្លាយនៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ នោះគឺ Rsh=V/Ileak។ ភាពធន់នឹង shunt កាន់តែធំ ចរន្តលេចធ្លាយកាន់តែតូច។ ប្រសិនបើយើងពិចារណាលើភាពធន់រួម Rs និងភាពធន់ទ្រាំ shunt Rsh ទំនាក់ទំនងវ៉ុលបច្ចុប្បន្ននៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យអាចត្រូវបានសរសេរជា:

យើងក៏អាចប្រើប៉ារ៉ាម៉ែត្រតែមួយ ដែលគេហៅថាកត្តាបំពេញ ដើម្បីសង្ខេបទាំងផលប៉ះពាល់នៃភាពធន់ទ្រាំស៊េរី និងធន់ទ្រាំនឹង shunt ។ បានកំណត់ថា:

វាច្បាស់ណាស់ថាកត្តាបំពេញគឺអតិបរមាប្រសិនបើមិនមាន resistor ស៊េរីហើយភាពធន់ទ្រាំ shunt គឺគ្មានកំណត់ (មិនមានចរន្តលេចធ្លាយ) ។ រាល់ការកើនឡើងនៃភាពធន់ទ្រាំស៊េរី ឬការថយចុះនៃភាពធន់ទ្រាំនឹង shunt នឹងកាត់បន្ថយកត្តាបំពេញ។ នៅក្នុងវិធីនេះ, ។ ប្រសិទ្ធភាពនៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យអាចត្រូវបានបញ្ជាក់ដោយប៉ារ៉ាម៉ែត្រសំខាន់បី: វ៉ុលសៀគ្វីបើកចំហ Voc ចរន្តសៀគ្វីខ្លី Isc និងកត្តាបំពេញ FF ។

ជាក់ស្តែង ដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃកោសិកាថាមពលព្រះអាទិត្យ វាចាំបាច់ក្នុងការបង្កើនវ៉ុលសៀគ្វីបើកចំហ ចរន្តសៀគ្វីខ្លី (នោះគឺ photocurrent) និងកត្តាបំពេញ (នោះគឺកាត់បន្ថយភាពធន់នៃស៊េរី និងចរន្តលេចធ្លាយ)។

វ៉ុលសៀគ្វីបើកចំហ និងចរន្តសៀគ្វីខ្លី៖ វិនិច្ឆ័យពីរូបមន្តមុន វ៉ុលសៀគ្វីបើកចំហនៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យត្រូវបានកំណត់ដោយ photocurrent និងកោសិកាឆ្អែត។ តាមទស្សនៈនៃរូបវិទ្យា semiconductor វ៉ុលសៀគ្វីបើកចំហគឺស្មើនឹងភាពខុសគ្នាថាមពល Fermi រវាងអេឡិចត្រុង និងរន្ធនៅក្នុងតំបន់បន្ទុកអវកាស។ សម្រាប់ចរន្តឆ្អែតនៃ Pn diode ដ៏ល្អ អ្នកអាចប្រើ៖

ដើម្បីបង្ហាញ។ ដែល q0 តំណាងឱ្យបន្ទុកឯកតា ni តំណាងឱ្យកំហាប់ក្រុមហ៊ុនបញ្ជូនខាងក្នុងនៃ semiconductor ND និង NA នីមួយៗតំណាងឱ្យកំហាប់នៃអ្នកបរិច្ចាគនិងអ្នកទទួល Dn និង Dp នីមួយៗតំណាងឱ្យមេគុណនៃការសាយភាយនៃអេឡិចត្រុង និងរន្ធ កន្សោមខាងលើត្រូវបានសន្មត់ថា n - ករណីដែលតំបន់ប្រភេទ និងតំបន់ p-type គឺធំទូលាយទាំងពីរ។ ជាទូទៅសម្រាប់កោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យដោយប្រើស្រទាប់ខាងក្រោម p-type ផ្ទៃ n-type គឺរាក់ខ្លាំង ហើយកន្សោមខាងលើត្រូវកែប្រែ។

យើងបាននិយាយមុននេះថា នៅពេលដែលកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យត្រូវបានបំភ្លឺ នោះ photocurrent ត្រូវបានបង្កើត ហើយ photocurrent គឺជាចរន្តបិទនៅក្នុងទំនាក់ទំនងបច្ចុប្បន្ន-voltage នៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ។ នៅទីនេះ យើងនឹងរៀបរាប់ដោយសង្ខេបអំពីប្រភពដើមនៃ photocurrent ។ អត្រានៃការបង្កើតក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនក្នុងបរិមាណឯកតាក្នុងមួយឯកតាពេលវេលា (ឯកតា m -3 s -1) ត្រូវបានកំណត់ដោយមេគុណស្រូបយកពន្លឺ នោះគឺ

ក្នុងចំនោមពួកគេ α តំណាងឱ្យមេគុណស្រូបយកពន្លឺ ដែលជាអាំងតង់ស៊ីតេនៃ photons ឧបទ្ទវហេតុ (ឬដង់ស៊ីតេលំហូរនៃ photon) ហើយ R សំដៅទៅលើមេគុណនៃការឆ្លុះបញ្ចាំង ដូច្នេះវាតំណាងឱ្យអាំងតង់ស៊ីតេនៃ photons ឧប្បត្តិហេតុដែលមិនត្រូវបានឆ្លុះបញ្ចាំង។ យន្តការសំខាន់ៗចំនួនបីដែលបង្កើត photocurrent គឺ៖ ចរន្តសាយភាយនៃអេឡិចត្រុងផ្ទុកភាគតិចនៅក្នុងតំបន់ p-type ចរន្តសាយភាយនៃរន្ធអ្នកផ្ទុកភាគតិចនៅក្នុងតំបន់ n-type និងការរសាត់នៃអេឡិចត្រុង និងរន្ធនៅក្នុងតំបន់បន្ទុកអវកាស។ នា​ពេល​បច្ចុប្បន្ន។ ដូច្នេះ photocurrent អាច​ត្រូវ​បាន​បង្ហាញ​ប្រមាណ​ជា៖

ក្នុងចំណោមពួកវា Ln និង Lp នីមួយៗតំណាងឱ្យប្រវែងនៃការសាយភាយនៃអេឡិចត្រុងនៅក្នុងតំបន់ p-type និងរន្ធនៅក្នុងតំបន់ n-type ហើយជាទទឹងនៃតំបន់បន្ទុកអវកាស។ ដោយសង្ខេបលទ្ធផលទាំងនេះ យើងទទួលបានកន្សោមសាមញ្ញមួយសម្រាប់វ៉ុលសៀគ្វីបើកចំហ៖

ដែល Vrcc តំណាងឱ្យអត្រានៃការផ្សំឡើងវិញនៃគូអេឡិចត្រុង-រន្ធក្នុងមួយឯកតា។ ជាការពិតណាស់នេះគឺជាលទ្ធផលធម្មជាតិមួយ ពីព្រោះវ៉ុលសៀគ្វីបើកចំហគឺស្មើនឹងភាពខុសគ្នានៃថាមពល Fermi រវាងអេឡិចត្រុង និងរន្ធនៅក្នុងតំបន់បន្ទុកអវកាស ហើយភាពខុសគ្នាថាមពល Fermi រវាងអេឡិចត្រុង និងរន្ធត្រូវបានកំណត់ដោយអត្រាបង្កើតក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន និងអត្រានៃការផ្សំឡើងវិញ។ .