د سولر حجرې څنګه کار کوي

لمریز حجرې د لمر وړانګې جذبوي ترڅو د عادي بیټرۍ دندې تولید کړي. مګر د دودیزو بیټریو برعکس، د دودیزو بیټریو د تولید ولتاژ او اعظمي تولید بریښنا ثابته شوې، پداسې حال کې چې د تولید ولتاژ، اوسني، او د لمریز حجرو بریښنا د رڼا شرایطو او د بار عملیاتي نقطو پورې اړه لري. د دې له امله، د بریښنا تولید لپاره د لمریز حجرو کارولو لپاره، تاسو باید د اوسني ولټاژ اړیکه او د لمریز حجرو کاري اصولو باندې پوه شئ.

د لمر وړانګې روښانه کول:

د لمریز حجرو د انرژۍ سرچینه د لمر وړانګې دي، نو د لمر د پیښې شدت او طیف د لمریز حجرو لخوا د اوسني او ولتاژ محصول ټاکي. موږ پوهیږو چې کله یو څیز د لمر لاندې کېښودل شي، د لمر وړانګې په دوه ډوله ترلاسه کوي، یو یې مستقیم د لمر وړانګې دي او بل یې د لمر وړانګې دي چې د نورو شیانو لخوا په سطحه تر خپریدو وروسته خپریږي. په نورمال حالت کې، مستقیم پیښې رڼا د لمریز حجرو لخوا ترلاسه شوي رڼا شاوخوا 80٪ جوړوي. له همدې امله، زموږ لاندې بحث به د لمر د مستقیم تماس په اړه هم تمرکز وکړي.

د لمر د رڼا شدت او طیف د سپیکٹرم شعاع په واسطه څرګندیږي، کوم چې د رڼا ځواک د هر یونټ طول موج د هر واحد ساحه (W/㎡um) دی. د لمر د رڼا شدت (W/㎡) د طیف د روښانتیا د ټولو طول موجونو مجموعه ده. د لمر د وړانګو روښانه کول د اندازه شوي موقعیت او د ځمکې له سطحې سره د لمر زاویه پورې اړه لري. دا ځکه چې د لمر وړانګې د ځمکې سطحې ته د رسیدو دمخه د اتموسفیر لخوا جذب او خپریږي. د موقعیت او زاویه دوه فکتورونه عموما د تش په نامه هوا ماس (AM) لخوا نمایش کیږي. د لمریز روښانتیا لپاره، AMO په بهرنی فضا کې وضعیت ته اشاره کوي کله چې لمر مستقیم ځلیږي. د دې د رڼا شدت تقریبا 1353 W/㎡ دی، چې تقریبا د رڼا سرچینې سره مساوي دی چې د 5800K تودوخې سره د تور بدن وړانګو لخوا تولید شوي. AMI د ځمکې په سطحه حالت ته اشاره کوي، کله چې لمر مستقیم ځلیږي، د رڼا شدت تقریبا 925 W/m2 وي. AMI.5 د ځمکې په سطحه حالت ته اشاره کوي، کله چې لمر د 45 درجو په زاویه کې واقع کیږي، د رڼا شدت تقریبا 844 W/m2 وي. AM 1.5 عموما د ځمکې په سطحه د لمر د اوسط روښانتیا استازیتوب لپاره کارول کیږي. د سولر سیل سرکټ ماډل:

کله چې رڼا شتون ونلري، د سولر حجره د pn جنکشن ډایډ په څیر چلند کوي. د یو مثالی ډایډډ اوسنی ولتاژ اړیکه په توګه بیان کیدی شي

چیرته چې زه د اوسني استازیتوب کوي، V د ولتاژ استازیتوب کوي، ایا د سنتریشن جریان دی، او VT=KBT/q0، چیرته چې KB د BoItzmann ثابته استازیتوب کوي، q0 د واحد برقی چارج دی، او T د حرارت درجه ده. د خونې په حرارت کې، VT = 0.026v. دا باید په پام کې ونیول شي چې د Pn diode جریان سمت په وسیله کې د P-type څخه n-type ته د جریان لپاره تعریف شوی، او د ولتاژ مثبت او منفي ارزښتونه د P-ډول ټرمینل پوټینشن په توګه تعریف شوي. د n-ډول ترمینل پوټینشن منفي. له همدې امله، که دا تعریف تعقیب شي، کله چې د لمریز حجره کار کوي، د ولټاژ ارزښت مثبت دی، اوسنی ارزښت یې منفي دی، او د IV وکر په څلورم کواډرینټ کې دی. لوستونکو ته باید دلته یادونه وشي چې د مثالي ډیایډ په نوم یادیږي د ډیری فزیکي شرایطو پراساس دي، او ریښتیني ډایډونه به په طبیعي توګه ځینې غیر مثالي فکتورونه ولري چې د وسیلې اوسني ولتاژ اړیکه اغیزه کوي، لکه د نسل - بیا جوړونې اوسني، دلته موږ به یې وکړو. ډیر بحث مه کوه. کله چې لمریز حجره د رڼا سره مخ کیږي، په pn diode کې به فوتوکورنټ وي. ځکه چې د pn جنکشن جوړ شوي بریښنایی ساحې سمت له n-type څخه p-type پورې دی، د بریښنایی سوري جوړه چې د فوټون د جذب په واسطه رامینځته کیږي د n-ډول پای ته ځي، پداسې حال کې چې سوري به د p په لور وځي. - ډول پای. د دواړو لخوا جوړ شوی فوتوکورنټ به له n-type څخه p-type ته تیریږي. په عموم کې، د ډایډ مخکینۍ روان سمت د p-type څخه n-type ته د جریان په توګه تعریف شوی. په دې توګه، د یو مثالی ډایډ په پرتله، د لمریز حجرو لخوا رامینځته شوی فوتوکورنټ یو منفي جریان دی. د سولر سیل اوسنی ولتاژ اړیکه د مثالی ډایډ او منفی عکس العمل IL ده، چې اندازه یې دا ده:

په بل عبارت، کله چې رڼا شتون ونلري، IL = 0، د لمریز حجره یوازې یو عادي ډایډ دی. کله چې د لمریز حجرې لنډ سرکیټ وي، V = 0، د شارټ سرکیټ جریان Isc=-IL دی. د دې معنی دا ده چې کله چې د لمریز حجرې لنډ سرکټ وي، د لنډ سرکټ جریان د پیښې د رڼا لخوا تولید شوي فوتوکورنټ دی. که د سولر سیل خلاص سرکټ وي، دا دی، که I = 0، د خلاص سرکټ ولټاژ دا دی:

شکل 2. د شمسي حجرو مساوي سرکټ: (a) پرته، (b) د لړۍ او شنټ مقاومت سره. دلته باید تاکید وشي چې خلاص سرکټ ولټاژ او شارټ سرکټ جریان د لمریز حجرو ځانګړتیاو دوه مهم پیرامیټرونه دي.

د لمریز حجرې بریښنا تولید د اوسني او ولتاژ محصول دی:

په ښکاره ډول، د لمریز حجرو لخوا د بریښنا تولید یو ثابت ارزښت ندی. دا په یو ټاکلي اوسني ولتاژ عملیاتي نقطه کې اعظمي ارزښت ته رسي ، او د اعظمي تولید بریښنا Pmax د dp/dv = 0 لخوا ټاکل کیدی شي. موږ کولی شو دا محاسبه کړو چې د اعظمي تولید بریښنا Pmax کې د تولید ولتاژ دا دی:

او د تولید اوسنی دی:

د لمریز حجرو اعظمي تولید ځواک دا دی:

د شمسي حجرو موثریت د لمریز حجرو تناسب ته اشاره کوي چې د پیښې ر lightا بریښنا پن بدلوي په اعظمي تولید بریښنایی بریښنا کې ، دا دی:

د شمسی حجرو د موثریت عمومی اندازه د لمر وړانګو ته ورته د رڼا سرچینه کاروي د pin=1000W/㎡ سره.

په تجربه کې، د لمریز حجرو اوسني ولتاژ اړیکه په بشپړه توګه د پورته نظري توضیحاتو پیروي نه کوي. دا ځکه چې د فوتوولټیک وسیله پخپله د لړۍ مقاومت او شنټ مقاومت لري. د هر سیمیک کنډکټر موادو لپاره، یا د سیمیکمډکټر او فلز ترمنځ اړیکه، په لازمي ډول به ډیر یا لږ مقاومت وي، کوم چې به د فوتوولټیک وسیلې لړۍ مقاومت رامینځته کړي. له بلې خوا، د فوتوولټیک وسیلې د مثبت او منفي الکترودونو تر مینځ د مثالي Pn ډیایډ پرته بله کومه اوسنی لاره به د تش په نامه لیکج کرنټ لامل شي ، لکه په وسیله کې د نسل - بیا ترکیب جریان. ، د سطحې بیا ترکیب اوسنی ، د وسیلې نیمګړی څنډې جلا کول ، او د فلزي تماس د ننوتلو جنکشن.

معمولا، موږ د لمریز حجرو د لیکې جریان تعریفولو لپاره د شنټ مقاومت څخه کار اخلو، دا Rsh=V/Ileak دی. هرڅومره چې د شنټ مقاومت لوی وي په هماغه اندازه د لیکج جریان کوچنی وي. که موږ ګډ مقاومت Rs او د شنټ مقاومت Rsh په پام کې ونیسو، د لمریز حجرې اوسني ولټاژ اړیکه په لاندې ډول لیکل کیدی شي:

موږ کولی شو یوازې یو پیرامیټر وکاروو، د تش په نامه ډک فاکتور، د لړۍ مقاومت او شنټ مقاومت دواړه اغیزې لنډیز کولو لپاره. داسې تعریف شوی:

دا څرګنده ده چې د ډکولو فاکتور اعظمي دی که چیرې د لړۍ مقاومت شتون ونلري او د شنټ مقاومت لامحدود وي (د لیکج اوسنی نه وي). د لړۍ مقاومت کې هرډول زیاتوالی یا د شنټ مقاومت کې کمښت به د ډکولو فاکتور کم کړي. په دې توګه، . د لمریز حجرو موثریت د دریو مهمو پیرامیټونو لخوا څرګند کیدی شي: د خلاص سرکټ ولټاژ Voc، د شارټ سرکټ اوسنی Isc، او د ډک فکتور FF.

په ښکاره ډول، د سولر حجرو د موثریت د ښه کولو لپاره، دا اړینه ده چې په ورته وخت کې د خلاص سرکټ ولټاژ، د لنډ سرکټ جریان (یعنې فوتوکورنټ)، او د ډکولو فکتور (چې د لړۍ مقاومت او د لیکو جریان کم کړي).

د خلاص سرکټ ولتاژ او د شارټ سرکټ اوسنی: د مخکینۍ فورمول په نظر کې نیولو سره، د سولر سیل خلاص سرکټ ولتاژ د فوتوکورنټ او سنتر شوي حجرې لخوا ټاکل کیږي. د سیمی کنډکټر فزیک له نظره، د خلاص سرکټ ولتاژ د فضا چارج سیمه کې د الکترونونو او سوراخونو ترمنځ د فرمي انرژي توپیر سره مساوي دی. لکه څنګه چې د مثالي Pn ډیایډ د سنتریت اوسني لپاره ، تاسو کولی شئ وکاروئ:

څرګندول چیرته چې q0 د واحد چارج استازیتوب کوي، ni د سیمیکمډکټر د داخلي کیریر غلظت استازیتوب کوي، ND او NA هر یو د ډونر او قبول کونکي غلظت استازیتوب کوي، Dn او Dp هر یو د الکترونونو او سوراخونو د خپریدو کوفیشینټ استازیتوب کوي، پورتنۍ بیان n فرض کوي. - هغه قضیه چیرې چې دواړه ډوله سیمه او د پی ډول سیمه دواړه پراخه وي. عموما، د لمریز حجرو لپاره چې د p-type substrates کاروي، د n-type ساحه خورا کمه ده، او پورته بیان باید تعدیل شي.

موږ مخکې یادونه وکړه چې کله د لمریز حجرې روښانه کیږي، یو فوتوکورینټ تولید کیږي، او فوتوکورینټ د لمریز حجرې د اوسني ولټاژ اړیکو کې تړل شوی سرکیټ دی. دلته به په لنډه توګه د فوتوکورنټ اصل تشریح کړو. په هر واحد وخت کې د واحد حجم کې د کیریرونو د تولید کچه (یونټ m -3 s -1 ) د رڼا جذب کوفیفینټ لخوا ټاکل کیږي، دا دی

د دوی په منځ کې، α د رڼا جذب کوفیت استازیتوب کوي، کوم چې د پیښې فوټونونو شدت دی (یا د فوتون فلکس کثافت)، او R د انعکاس کوفیینټ ته اشاره کوي، نو دا د پیښې فوټونونو شدت څرګندوي چې منعکس شوي ندي. درې اصلي میکانیزمونه چې فوټوکورینټ رامینځته کوي عبارت دي له: د p-type سیمه کې د اقلیمي کیریر الکترونونو خپریدل ، د n-type سیمه کې د اقلیمي کیریر سوري خپریدو جریان ، او د خلا چارج سیمه کې د الکترونونو او سوراخونو جریان. اوسنی له همدې امله، فوتوکورنټ تقریبا په دې ډول بیان کیدی شي:

د دوی په منځ کې، Ln او Lp هر یو د p-type سیمه کې د الکترونونو د خپریدو اوږدوالی او د n-ډول سیمه کې سوري استازیتوب کوي، او د سپیس چارج سیمې عرض دی. د دې پایلو لنډیز کول، موږ د خلاص سرکټ ولټاژ لپاره یو ساده بیان ترلاسه کوو:

چیرته چې Vrcc د هر واحد حجم د الکترون سوراخ جوړه د بیا یوځای کیدو کچه څرګندوي. البته، دا یوه طبیعي پایله ده، ځکه چې د خلاص سرکټ ولتاژ د فضا د چارج په سیمه کې د الکترونونو او سوراخونو ترمنځ د فرمي انرژي توپیر سره مساوي دی، او د الکترونونو او سوراخونو ترمنځ د فرمي انرژي توپیر د کیریر د تولید نرخ او د بیا یوځای کیدو نرخ لخوا ټاکل کیږي. .