ڪيئن شمسي سيلز ڪم

شمسي سيلز سج جي روشني جذب ڪرڻ لاءِ عام بيٽرين جا ڪم پيدا ڪرڻ. پر روايتي بيٽرين جي برعڪس، روايتي بيٽرين جي آئوٽ وولٽيج ۽ وڌ ۾ وڌ آئوٽ پاور پاور مقرر ٿيل آهي، جڏهن ته آئوٽ پٽ وولٽيج، ڪرنٽ، ۽ سولر سيلز جي طاقت روشني جي حالتن ۽ لوڊ آپريٽنگ پوائنٽس سان لاڳاپيل آهي. انهي جي ڪري، بجلي پيدا ڪرڻ لاء شمسي سيلز کي استعمال ڪرڻ لاء، توهان کي موجوده وولٽيج تعلق ۽ شمسي سيلز جي ڪم ڪندڙ اصول کي سمجهڻ گهرجي.

سج جي روشني جي چشمي روشني:

شمسي سيلز جي توانائي جو ذريعو سج جي روشني آهي، تنهنڪري واقعا سج جي روشني جي شدت ۽ اسپيڪٽرم شمسي سيل طرفان موجوده ۽ وولٽيج جي پيداوار جو اندازو لڳائي ٿو. اسان ڄاڻون ٿا ته جڏهن ڪنهن شئي کي سج جي هيٺان رکيو وڃي ٿو ته ان کي ٻن طريقن سان سج جي روشني ملي ٿي، هڪ آهي سڌي سج جي روشني، ۽ ٻي آهي سج جي روشنيءَ جي روشنيءَ کان پوءِ ٻين شين جي مٿاڇري تي پکڙجڻ کان پوءِ. عام حالتن ۾، سڌي حادثي جي روشني هڪ شمسي سيل طرفان حاصل ڪيل روشني جو تقريبا 80٪ آهي. تنهن ڪري، اسان جي هيٺيان بحث پڻ سج جي روشني جي سڌي نموني تي ڌيان ڏيندو.

سج جي روشنيءَ جي شدت ۽ اسپيڪٽرم کي اسپيڪٽرم شعاع ذريعي ظاهر ڪري سگهجي ٿو، جيڪا روشني جي طاقت آهي في يونٽ موج جي ڊيگهه في يونٽ ايراضي (W/㎡um). سج جي روشنيءَ جي شدت (W/㎡) اسپيڪٽرم جي روشنيءَ جي سڀني موج جي ڊيگهه جو مجموعو آهي. سج جي روشنيءَ جو اسپيڪٽرم روشنيءَ جو واسطو آهي ماپيل پوزيشن ۽ سج جي زاويي سان زمين جي مٿاڇري سان. ان جو سبب اهو آهي ته سج جي روشني ڌرتيءَ جي مٿاڇري تي پهچڻ کان اڳ فضا ۾ جذب ​​۽ پکڙجي ويندي. پوزيشن ۽ زاوي جا ٻه عنصر عام طور تي نام نهاد ايئر ماس (AM) جي نمائندگي ڪن ٿا. شمسي روشنيءَ لاءِ، AMO ٻاهرئين خلا جي صورتحال ڏانهن اشارو ڪري ٿو جڏهن سج سڌي طرح چمڪي رهيو آهي. ان جي روشنيءَ جي شدت تقريبن 1353 W/㎡ آهي، جيڪا لڳ ڀڳ 5800K جي گرمي پد سان بليڪ باڊي تابڪاري ذريعي پيدا ٿيندڙ روشنيءَ جي ماخذ جي برابر آهي. AMI زمين جي مٿاڇري تي صورتحال ڏانهن اشارو ڪري ٿو، جڏهن سج سڌو چمڪندڙ آهي، روشني جي شدت تقريبا 925 W/m2 آهي. AMI.5 زمين جي مٿاڇري تي صورتحال ڏانهن اشارو ڪري ٿو، جڏهن سج 45 درجا جي زاوي تي واقع ٿئي ٿو، روشني جي شدت تقريبا 844 W/m2 آهي. AM 1.5 عام طور تي زمين جي مٿاڇري تي سج جي روشني جي اوسط روشني جي نمائندگي ڪرڻ لاء استعمال ڪيو ويندو آهي. شمسي سيل سرڪٽ ماڊل:

جڏهن روشني نه هوندي آهي، هڪ شمسي سيل پي اين جنڪشن ڊيوڊ وانگر ڪم ڪندو آهي. هڪ مثالي ڊيوڊ جي موجوده-وولٽيج تعلق جي طور تي بيان ڪري سگهجي ٿو

جتي آئون ڪرنٽ جي نمائندگي ڪري ٿو، V وولٽيج جي نمائندگي ڪري ٿو، ڇا سنترپشن ڪرنٽ آهي، ۽ VT=KBT/q0، جتي KB BoItzmann مستقل جي نمائندگي ڪري ٿو، q0 يونٽ برقي چارج آهي، ۽ T حرارت آهي. ڪمري جي حرارت تي، VT = 0.026v. اهو ياد رکڻ گهرجي ته Pn ڊاءڊ ڪرنٽ جي هدايت کي ڊوائيس ۾ P-type کان n-type ڏانهن وهڻ لاءِ بيان ڪيو ويو آهي، ۽ وولٽيج جي مثبت ۽ منفي قدرن کي P-قسم جي ٽرمينل امڪاني طور بيان ڪيو ويو آهي. مائنس n-قسم جي ٽرمينل صلاحيت. تنهن ڪري، جيڪڏهن هن تعريف جي پيروي ڪئي وڃي، جڏهن شمسي سيل ڪم ڪري رهيو آهي، ان جي وولٹیج جي قيمت مثبت آهي، ان جي موجوده قيمت منفي آهي، ۽ IV وکر چوٿين چوٿين ۾ آهي. پڙهندڙن کي هتي ياد ڏياريو وڃي ته نام نهاد مثالي ڊيوڊ ڪيترن ئي جسماني حالتن تي ٻڌل آهي، ۽ حقيقي ڊيوڊس ۾ قدرتي طور ڪجهه غير مثالي عنصر هوندا آهن جيڪي ڊوائيس جي موجوده-وولٽيج جي رشتي کي متاثر ڪندا آهن، جهڙوڪ نسل-ريڪمبنيشن ڪرنٽ، هتي اسين ڪنداسين. ان تي گهڻو بحث نه ڪريو. جڏهن شمسي سيل کي روشني سان ظاهر ڪيو ويندو آهي، اتي pn diode ۾ فوٽو ڪرنٽ هوندو. ڇاڪاڻ ته pn جنڪشن جي ٺهيل برقي فيلڊ جي هدايت n-type کان p-type تائين آهي، ان ڪري فوٽانن جي جذب ٿيڻ سان پيدا ٿيندڙ اليڪٽران-هول جوڙو n-ٽائيپ جي آخر تائين هلندا، جڏهن ته سوراخ p ڏانهن ڊوڙندا. - قسم جي پڇاڙي. ٻنهي پاران ٺاهيل ڦوٽو ڪرنٽ ن-قسم کان پي-قسم ڏانهن وهندو. عام طور تي، ڊاءڊ جي اڳتي هلي موجوده هدايت کي پي-قسم کان ن-قسم ڏانهن وهڻ جي طور تي بيان ڪيو ويو آهي. اهڙي طرح، هڪ مثالي ڊاءڊ جي مقابلي ۾، هڪ شمسي سيل پاران ٺاهيل ڦوٽو ڪرنٽ جڏهن روشن ڪيو وڃي ٿو هڪ منفي ڪرنٽ آهي. شمسي سيل جو موجوده-وولٽيج لاڳاپو مثالي ڊيوڊ پلس هڪ منفي ڦوٽو ڪرنٽ IL آهي، جنهن جي شدت آهي:

ٻين لفظن ۾، جڏهن ڪابه روشني ناهي، IL = 0، شمسي سيل صرف هڪ عام ڊيوڊ آهي. جڏهن شمسي سيل شارٽ سرڪٽ هوندو آهي، يعني V=0، شارٽ سرڪٽ ڪرنٽ Isc=-IL هوندو آهي. ان جو مطلب اهو آهي ته، جڏهن شمسي سيل شارٽ سرڪٽ هوندو آهي، شارٽ سرڪٽ ڪرنٽ واقعن جي روشنيءَ سان پيدا ٿيندڙ فوٽوڪرنٽ هوندو آهي. جيڪڏهن شمسي سيل کليل سرڪٽ آهي، اهو آهي، جيڪڏهن I = 0، ان جي کليل سرڪٽ وولٽيج آهي:

شڪل 2. شمسي سيل جو برابر سرڪٽ: (a) بغير، (b) سيريز ۽ شنٽ ريزسٽرن سان. هتي ان ڳالهه تي زور ڏيڻ ضروري آهي ته اوپن سرڪٽ وولٽيج ۽ شارٽ سرڪٽ ڪرنٽ شمسي سيل جي خاصيتن جا ٻه اهم پيرا ميٽر آهن.

شمسي سيل جي بجلي پيداوار موجوده ۽ وولٹیج جي پيداوار آهي:

ظاهر آهي، شمسي سيل طرفان بجلي جي پيداوار هڪ مقرر قيمت نه آهي. اهو هڪ خاص موجوده-وولٽيج آپريٽنگ پوائنٽ تي وڌ ۾ وڌ قيمت تي پهچي ٿو، ۽ وڌ ۾ وڌ ٻاڦ واري طاقت Pmax dp/dv = 0 پاران طئي ڪري سگهجي ٿو. اسان اهو اندازو لڳائي سگھون ٿا ته وڌ ۾ وڌ آئوٽ پاور پاور Pmax تي ٻاھرين وولٹیج آھي:

۽ موجوده پيداوار آهي:

شمسي سيل جي وڌ ۾ وڌ پيداوار جي طاقت آهي:

شمسي سيل جي ڪارڪردگي شمسي سيل جي تناسب ڏانهن اشارو ڪري ٿو جيڪو واقعي واري روشني جي پاور پن کي وڌ ۾ وڌ پيداوار واري برقي طاقت ۾ تبديل ڪري ٿو، يعني:

عام شمسي سيل جي ڪارڪردگي جي ماپن ۾ پن=1000W/㎡ سان سج جي روشني سان ملندڙ روشني جو ذريعو استعمال ڪيو وڃي ٿو.

تجرباتي طور تي، شمسي سيلز جو موجوده-وولٽيج تعلق مڪمل طور تي مٿين نظرياتي وضاحت جي پيروي نٿو ڪري. اهو ئي سبب آهي ته فوٽو وولٽائيڪ ڊوائيس پاڻ کي نام نهاد سيريز مزاحمت ۽ شنٽ مزاحمت آهي. ڪنهن به سيمي ڪنڊڪٽر مادي لاءِ، يا هڪ سيمي ڪنڊڪٽر ۽ ڌاتو جي وچ ۾ رابطي لاءِ، لازمي طور تي هڪ وڏي يا گهٽ مزاحمت هوندي، جيڪا فوٽووولٽڪ ڊيوائس جي سيريز جي مزاحمت کي ٺاهيندي. ٻئي طرف، فوٽووولٽڪ ڊيوائس جي مثبت ۽ منفي اليڪٽروڊس جي وچ ۾ مثالي Pn ڊاءِڊ کان سواءِ ٻيو ڪو به موجوده رستو، نام نهاد ليڪيج ڪرنٽ جو سبب بڻجندو، جيئن ته ڊوائيس ۾ پيدا ٿيندڙ ريڪبينيشن ڪرنٽ. , مٿاڇري recombination ڪرنٽ، ڊوائيس جي نامڪمل ڪنڊ ڌار ڪرڻ، ۽ ڌاتو رابطي جي دخول جنڪشن.

عام طور تي، اسان شمسي سيلز جي لڪيج ڪرنٽ کي بيان ڪرڻ لاءِ shunt resistance استعمال ڪندا آهيون، يعني Rsh=V/Ileak. شنٽ جي مزاحمت جيتري وڏي هوندي آهي، اوترو ئي لڪيج وارو وهڪرو ننڍو هوندو آهي. جيڪڏهن اسان گڏيل مزاحمت Rsh ۽ shunt resistance Rsh تي غور ڪريون ته شمسي سيل جي موجوده وولٽيج تعلق کي هن ريت لکي سگهجي ٿو:

اسان پڻ استعمال ڪري سگھون ٿا صرف ھڪڙو پيٽرولر، نام نهاد فل فيڪٽر، سيريز جي مزاحمت ۽ شنٽ مزاحمت جي اثرات کي اختصار ڪرڻ لاء. جي طور تي تعريف:

اهو ظاهر آهي ته فل فيڪٽر وڌ ۾ وڌ آهي جيڪڏهن ڪو سيريز رزسٽر نه آهي ۽ شنٽ مزاحمت لامحدود آهي (ڪو به لڪيج موجوده ناهي). سيريز جي مزاحمت ۾ ڪو به اضافو يا شنٽ مزاحمت ۾ گھٽتائي فيڪٽر کي گھٽائي ڇڏيندو. هن طريقي سان،. شمسي سيلز جي ڪارڪردگي کي ٽن اهم پيٽرولن ذريعي ظاهر ڪري سگهجي ٿو: اوپن سرڪٽ وولٽيج Voc، شارٽ سرڪٽ موجوده Isc، ۽ فيڪٽر فيڪٽر FF.

ظاهر آهي، سولر سيل جي ڪارڪردگيءَ کي بهتر ڪرڻ لاءِ، ضروري آهي ته هڪ ئي وقت ان جي اوپن سرڪٽ وولٽيج، شارٽ سرڪٽ ڪرنٽ (يعني فوٽو ڪرنٽ)، ۽ فيڪٽر فيڪٽر (يعني سيريز جي مزاحمت کي گهٽائڻ ۽ لڪيج ڪرنٽ) کي وڌايو وڃي.

اوپن سرڪٽ وولٹیج ۽ شارٽ سرڪٽ ڪرنٽ: پوئين فارمولا کي نظر ۾ رکندي، سولر سيل جي اوپن سرڪٽ وولٽيج جو اندازو لڳايو ويندو آهي ڦوٽو ڪرنٽ ۽ سنتر ٿيل سيل. سيمي ڪنڊڪٽر فزڪس جي نقطه نظر کان، اوپن سرڪٽ وولٹیج فرمي توانائي جي فرق جي برابر آهي اليڪٽران ۽ سوراخ جي وچ ۾ خلائي چارج واري علائقي ۾. جيئن ته هڪ مثالي Pn ڊيوڊ جي سنترپتي موجوده لاء، توهان استعمال ڪري سگهو ٿا:

اظهار ڪرڻ. جتي q0 يونٽ جي چارج جي نمائندگي ڪري ٿو، ni سيمڪوڊڪٽر جي اندروني ڪيريئر ڪنسنٽريشن جي نمائندگي ڪري ٿو، ND ۽ NA هر هڪ ڊونر ۽ قبول ڪندڙ جي ڪنسنٽريشن جي نمائندگي ڪري ٿو، Dn ۽ Dp هر هڪ اليڪٽرانن ۽ سوراخن جي diffusion coefficient جي نمائندگي ڪري ٿو، مٿي ڏنل اظهار فرض ڪري رهيو آهي n - اهو ڪيس جتي قسم جو علائقو ۽ پي-قسم وارو علائقو ٻئي وسيع آهن. عام طور تي، شمسي سيلز لاءِ p-type substrates استعمال ڪندي، n-قسم جو علائقو تمام گھٽ هوندو آهي، ۽ مٿين اظهار کي تبديل ڪرڻ جي ضرورت آهي.

اسان اڳ ۾ ذڪر ڪيو آهي ته جڏهن هڪ شمسي سيل کي روشن ڪيو ويندو آهي، هڪ فوٽو ڪرنٽ پيدا ٿيندو آهي، ۽ فوٽو ڪرنٽ شمسي سيل جي موجوده-وولٽيج رشتي ۾ بند-سرڪٽ ڪرنٽ آهي. هتي اسان مختصر طور تي بيان ڪنداسين فوٽوڪرنٽ جي اصليت. گاڏين جي پيداوار جي شرح يونٽ جي مقدار ۾ في يونٽ وقت (يونٽ m -3 s -1 ) روشني جذب جي کوٽائي سان طئي ڪئي وئي آهي، يعني

انهن مان، α روشني جذب ڪرڻ جي کوٽائي جي نمائندگي ڪري ٿو، جيڪو واقعا فوٽونز جي شدت آهي (يا فوٽوان فلوڪس کثافت)، ۽ آر کي ريفريڪشن ڪوئفيشٽ ڏانهن اشارو ڪري ٿو، تنهنڪري اهو واقعا فوٽون جي شدت جي نمائندگي ڪري ٿو جيڪي ظاهر نه ڪيا ويا آهن. ٽي مکيه ميکانيزم جيڪي ڦوٽو ڪرنٽ ٺاهي رهيا آهن: پي-قسم واري علائقي ۾ اقليتي ڪيريئر اليڪٽرانن جو ڊفيوشن ڪرنٽ، اين-قسم واري علائقي ۾ اقليتي ڪيريئر سوراخن جو ڊفيوشن ڪرنٽ، ۽ خلائي چارج واري علائقي ۾ اليڪٽران ۽ سوراخن جو وهڪرو. موجوده. تنهن ڪري، فوٽوڪورنٽ تقريبن بيان ڪري سگهجي ٿو:

انهن مان، Ln ۽ Lp هر هڪ p-قسم واري علائقي ۾ اليڪٽرانن جي پکيڙ جي ڊيگهه ۽ n-قسم واري علائقي ۾ سوراخ جي نمائندگي ڪن ٿا، ۽ خلائي چارج واري علائقي جي چوٽي آهي. انهن نتيجن کي اختصار ڪندي، اسان کليل سرڪٽ وولٹیج لاء هڪ سادي اظهار حاصل ڪندا آهيون:

جتي Vrcc اليڪٽران-هول جوئر في يونٽ حجم جي بحالي جي شرح جي نمائندگي ڪري ٿو. يقينن، اهو هڪ قدرتي نتيجو آهي، ڇاڪاڻ ته اوپن سرڪٽ وولٽيج خلائي چارج واري علائقي ۾ اليڪٽران ۽ سوراخ جي وچ ۾ فرمي توانائي جي فرق جي برابر آهي، ۽ اليڪٽران ۽ سوراخ جي وچ ۾ فرمي توانائي جو فرق ڪيريئر جنريشن جي شرح ۽ ٻيهر ٺهڻ جي شرح سان طئي ڪيو ويندو آهي. .