Kumaha sél surya jalan

sél surya nyerep cahya panonpoé pikeun ngahasilkeun fungsi batré biasa. Tapi teu kawas accu tradisional, tegangan kaluaran jeung kakuatan kaluaran maksimum accu tradisional dibereskeun, sedengkeun tegangan kaluaran, arus, jeung kakuatan sél surya aya hubunganana jeung kaayaan cahaya jeung titik operasi beban. Kusabab ieu, pikeun ngagunakeun sél surya pikeun ngahasilkeun listrik, anjeun kedah ngartos hubungan arus-tegangan sareng prinsip kerja sél surya.

Panerangan spéktral sinar panonpoé:

Sumber énergi sél surya nyaéta sinar panonpoé, ku kituna inténsitas sareng spéktrum cahaya panonpoe kajadian nangtukeun arus sareng tegangan kaluaran sél surya. Urang terang yén nalika hiji obyék ditempatkeun di handapeun panonpoé, éta nampi sinar panonpoé ku dua cara, hiji nyaéta sinar panonpoé langsung, sareng anu sanésna nyaéta sinar panonpoé diffuse saatos kasebar ku objék sanés dina permukaan. Dina kaayaan normal, cahaya kajadian langsung kira-kira 80% tina cahaya anu ditampi ku sél surya. Ku alatan éta, diskusi urang di handap ieu ogé bakal difokuskeun paparan langsung ka cahya panonpoé.

Inténsitas jeung spéktrum cahaya panonpoe bisa ditembongkeun ku spéktrum irradiance, nyaéta kakuatan cahaya per unit panjang gelombang per unit aréa (W/㎡um). Inténsitas cahya panonpoé (W/㎡) nyaéta jumlah sadaya panjang gelombang katerangan spéktrum. Panerangan spéktrum cahaya panonpoe aya hubunganana sareng posisi anu diukur sareng sudut panonpoe relatif ka permukaan bumi. Hal ieu sabab sinar panonpoé bakal kaserep sareng sumebar ku atmosfir sateuacan dugi ka bumi. Dua faktor posisi jeung sudut umumna digambarkeun ku nu disebut massa hawa (AM). Pikeun katerangan panonpoé, AMO nujul kana kaayaan di luar angkasa nalika panonpoé langsung bersinar. Inténsitas cahayana kira-kira 1353 W/㎡, nu kira-kira sarua jeung sumber cahaya nu dihasilkeun ku radiasi blackbody kalawan suhu 5800K. AMI nujul kana kaayaan di permukaan bumi, nalika panonpoe keur bersinar langsung, inténsitas cahaya kira 925 W/m2. AMI.5 nujul kana kaayaan di beungeut bumi, nalika panonpoe keur kajadian dina sudut 45 derajat, inténsitas cahaya kira 844 W/m2. AM 1.5 umumna dipaké pikeun ngagambarkeun cahaya rata-rata cahya panonpoé dina beungeut bumi. Model sirkuit sél surya:

Nalika teu aya cahaya, sél surya berperilaku sapertos dioda pn junction. Hubungan arus-tegangan tina hiji dioda idéal bisa dikedalkeun salaku

Dimana kuring ngawakilan arus, V ngagambarkeun tegangan, Nyaéta nyaéta arus jenuh, sareng VT = KBT / q0, dimana KB ngagambarkeun konstanta BoItzmann, q0 mangrupikeun muatan listrik unit, sareng T nyaéta suhu. Dina suhu kamar, VT = 0,026v. Ieu kudu dicatet yén arah arus dioda Pn diartikeun ngalir ti P-tipe ka n-tipe dina alat, sarta nilai positif jeung negatif tina tegangan diartikeun salaku P-tipe terminal poténsial. dikurangan poténsi terminal tipe-n. Ku alatan éta, lamun definisi ieu dituturkeun, nalika sél surya berpungsi, nilai tegangan na positif, nilai ayeuna négatip, sarta kurva IV aya dina kuadran kaopat. Pamiarsa kedah ngingetkeun didieu yén anu disebut dioda idéal dumasar kana seueur kaayaan fisik, sareng dioda saleresna sacara alami bakal ngagaduhan sababaraha faktor nonideal anu mangaruhan hubungan tegangan-ayeuna alat, sapertos arus generasi-rekombinasi, di dieu Urang meunang ' t ngabahas eta loba. Nalika sél surya kakeunaan cahaya, bakal aya arus foto dina dioda pn. Kusabab arah médan listrik anu diwangun dina simpang pn nyaéta ti tipe-n ka tipe-p, pasangan éléktron-liang anu dihasilkeun ku nyerep foton bakal ngalir ka arah tungtung tipe-n, sedengkeun liang bakal ngalir ka arah p. -tipe tungtung. The photocurrent dibentuk ku dua bakal ngalir ti n-tipe ka p-tipe. Sacara umum, arah arus maju dioda diartikeun ngalir ti tipe-p ka tipe-n. Ku cara kieu, dibandingkeun sareng dioda idéal, arus foto anu dihasilkeun ku sél surya nalika bercahya mangrupikeun arus négatip. Hubungan arus-tegangan sél surya nyaéta dioda idéal ditambah IL arus foto négatip, anu gedéna nyaéta:

Dina basa sejen, lamun euweuh lampu, IL = 0, sél surya ngan hiji dioda biasa. Nalika sél surya aya hubungan pondok, nyaéta, V = 0, arus sirkuit pondok nyaéta Isc = -IL. Maksudna, nalika sél surya pondok-circuited, arus pondok-circuit nyaeta photocurrent dihasilkeun ku cahaya kajadian. Upami sél surya mangrupikeun sirkuit kabuka, nyaéta, upami I = 0, tegangan sirkuit kabuka nyaéta:

Gambar 2. Sirkuit sarimbag sél surya: (a) tanpa, (b) kalayan résistor séri sareng shunt. Ieu kudu emphasized dieu yén tegangan circuit kabuka sarta arus circuit pondok dua parameter penting tina ciri sél surya.

Kaluaran kakuatan sél surya nyaéta produk arus sareng tegangan:

Jelas, kaluaran kakuatan ku sél surya sanes nilai tetep. Ieu ngahontal nilai maksimum dina titik operasi ayeuna-tegangan tangtu, sarta kakuatan kaluaran maksimum Pmax bisa ditangtukeun ku dp / dv = 0. Urang tiasa nyimpulkeun yén tegangan kaluaran dina kakuatan kaluaran maksimal Pmax nyaéta:

sareng arus kaluaran nyaéta:

Daya kaluaran maksimum sél surya nyaéta:

Efisiensi sél surya nujul kana rasio sél surya ngarobah Pin kakuatan tina lampu kajadian kana kakuatan listrik kaluaran maksimum, nyaéta:

Pangukuran efisiensi sél surya umum ngagunakeun sumber cahaya anu mirip sareng sinar panonpoé kalayan pin = 1000W/㎡.

Sacara ékspériméntal, hubungan arus-tegangan sél surya henteu sapinuhna nuturkeun pedaran téoritis di luhur. Ieu alatan alat photovoltaic sorangan disebut résistansi runtuyan jeung résistansi shunt. Pikeun bahan semikonduktor, atanapi kontak antara semikonduktor sareng logam, pasti bakal aya résistansi anu langkung ageung atanapi kirang, anu bakal ngabentuk résistansi séri alat photovoltaic. Di sisi séjén, sagala jalur ayeuna lian ti dioda Pn idéal antara éléktroda positip jeung négatif alat photovoltaic bakal ngabalukarkeun disebut leakage arus, kayaning arus generasi-rekombinasi dina alat. , arus rekombinasi permukaan, isolasi ujung alat anu teu lengkep, sareng simpang penetrasi kontak logam.

Biasana, kami nganggo résistansi shunt pikeun nangtukeun arus bocor sél surya, nyaéta, Rsh = V / Ileak. Langkung ageung résistansi shunt, langkung alit arus bocor. Upami urang nganggap résistansi gabungan Rs sareng résistansi shunt Rsh, hubungan arus-tegangan sél surya tiasa ditulis salaku:

Urang ogé tiasa nganggo ngan ukur hiji parameter, anu disebut faktor eusian, pikeun nyimpulkeun boh épék résistansi séri sareng résistansi shunt. didefinisikeun salaku:

Éta écés yén faktor eusian maksimal upami teu aya résistor séri sareng résistansi shunt henteu terbatas (henteu aya arus bocor). Naon waé paningkatan résistansi séri atanapi panurunan résistansi shunt bakal ngirangan faktor eusian. Kucara kieu,. Efisiensi sél surya tiasa ditembongkeun ku tilu parameter penting: tegangan sirkuit kabuka Voc, arus sirkuit pondok Isc, sareng faktor eusian FF.

Jelas, pikeun ningkatkeun efisiensi sél surya, perlu sakaligus ningkatkeun tegangan sirkuit kabuka, arus sirkuit pondok (nyaéta, arus foto), sareng faktor eusian (nyaéta, ngirangan résistansi séri sareng arus bocor).

Tegangan sirkuit kabuka sareng arus sirkuit pondok: Ditilik tina rumus saméméhna, tegangan sirkuit kabuka sél surya ditangtukeun ku arus foto sareng sél jenuh. Tina sudut pandang fisika semikonduktor, tegangan sirkuit kabuka sarua jeung bédana énergi Fermi antara éléktron jeung liang di wewengkon muatan rohangan. Sedengkeun pikeun arus jenuh dioda Pn idéal, anjeun tiasa nganggo:

pikeun nganyatakeun. dimana q0 ngagambarkeun muatan unit, ni ngagambarkeun konsentrasi pamawa intrinsik semikonduktor, ND jeung NA masing-masing ngagambarkeun konsentrasi donor jeung akséptor, Dn jeung Dp masing-masing ngagambarkeun koefisien difusi éléktron jeung liang, ekspresi di luhur asumsina n. - Kasus dimana duanana wewengkon tipe jeung p-tipe wewengkon duanana lega. Sacara umum, pikeun sél surya ngagunakeun substrat tipe-p, wewengkon tipe-n pisan deet, sarta éksprési di luhur perlu dirobah.

Urang disebutkeun saméméhna yén nalika sél surya bercahya, a photocurrent dihasilkeun, sarta photocurrent nyaéta arus sirkuit-tutup dina hubungan arus-tegangan sél surya. Di dieu urang bakal ngajelaskeun sakeudeung asal-usul photocurrent. Laju generasi pamawa dina volume unit per unit waktu (unit m -3 s -1 ) ditangtukeun ku koefisien nyerep cahaya, nyaeta

Di antarana, α ngagambarkeun koefisien nyerep cahaya, nya éta inténsitas foton kajadian (atawa dénsitas fluks foton), sarta R nuduhkeun koefisien pantulan, jadi ngagambarkeun inténsitas foton kajadian nu teu reflected. Tilu mékanisme utama anu ngahasilkeun arus foto nyaéta: arus difusi éléktron pembawa minoritas di wewengkon tipe-p, arus difusi liang pembawa minoritas di wewengkon tipe-n, sarta drift éléktron jeung liang di wewengkon muatan spasi. ayeuna. Ku alatan éta, photocurrent bisa kira-kira ditembongkeun salaku:

Di antarana, Ln jeung Lp masing-masing ngagambarkeun panjang difusi éléktron dina wewengkon tipe-p jeung liang dina wewengkon tipe-n, sarta mangrupakeun rubak wewengkon muatan spasi. Nyimpulkeun hasil ieu, urang meunang ekspresi basajan pikeun tegangan circuit kabuka:

dimana Vrcc ngagambarkeun laju rekombinasi pasangan éléktron-liang per unit volume. Tangtosna, ieu mangrupikeun hasil anu alami, sabab tegangan sirkuit kabuka sami sareng bédana énergi Fermi antara éléktron sareng liang di daérah muatan rohangan, sareng bédana énergi Fermi antara éléktron sareng liang ditangtukeun ku laju generasi pamawa sareng laju rekombinasi. .