Typ: Vyklad

83471:

úkol

Přeměna solární energie

Fyzikální základ

Základem fotovoltaického článku je polovodičová dioda obvykle na bázi přechodu PN. Její voltampérová charakteristika za tmy v ideálním případě bez vlivu sériového a paralelního odporu je:

 

kde J je proud protékající diodou, J₀ je závěrný proud, U je napětí, k je Boltzmannova konstanta, T je absolutní teplota, n je součinitel ideality diody, který souvisí s mechanismem přenosu náboje diodou, e je náboj elektronu.

Při osvětlení se dioda změní na zdroj elektrického proudu. Náhradní schéma osvětleného článku jako generátoru proudu J_L s paralelně připojenou diodou je na Obr. 1 vlevo. Reálně vedle odporu zátěže R je třeba počítat se sériovým odporem R_s a paralelním odporem R_sh. Odpor R_s zastupuje odpor objemu polovodiče a kontaktů, zatímco R_sh souvisí obvykle se svody. Voltampérová charakteristika má pak tvar:

 

Tuto závislost ukazuje Obr. 1 vpravo ve 4. kvadrantu; U_OC a J_SC jsou hodnoty napětí naprázdno a proudu nakrátko, které jsou ovlivněny právě sériovým a paralelním odporem. Plocha největšího vepsaného obdélníku udává největší výkon, který lze z článku získat (U_m·J_m). Účinnost článku je pak poměr tohoto výkonu k výkonu P dopadajícího světla. Roli přitom hraje také odraz světla od povrchu materiálu charakterizovaný reflektivitou, která činí u křemíku asi 35 %. Za předpokladu velkého paralelního odporu je možno ze směrnice k voltampérové charakteristice v bodě U_OC získat přímo hodnotu sériového odporu. Na obrázku jsou tečnami znázorněny převrácené hodnoty odporů R_s a R_sh.

Ze změřené závislosti proudu na napětí lze také určit tzv. faktor zaplnění (FF) jako:

 

Maximální výkon je P_max = J_SC·U_OC·FF a účinnost článku je pak P_max/P.