ЭЦД2 - Фотоэлемент полупроводниковый

Назначение

Блок используется для моделирования полупроводникового фотоэлемента (солнечного элемента).

Описание

Модель построена в соответствии со схемой замещения, приведенной на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема замещения а) и ВАХ солнечного элемента б):

I_pv – фототок, протекающий через переход; R_s – последовательное сопротивление; R_sh – параллельное сопротивление; U – напряжение солнечного элемента; I – ток солнечного элемента; I_sc – ток короткого замыкания; P_mp – максимальная мощность; I_mp – ток при максимальной мощности; U_mp – напряжение при максимальной мощности; U_oc – напряжение холостого хода.

Данная схема замещения соответствует следующему уравнению:

$I=I_{pv}-I_s\bullet \left(\exp \left(\frac{U+I\bullet R_s}{N{V}_t}\right)-1\right)-\frac{U+I\bullet R_s}{R_{sh}},$

где: параметр N – коэффициент, учитывающий разницу, полученную при сравнении теоретической и экспериментальной вольт-амперной характеристиками; I_s – ток насыщения; $V_t=k{T}_K/q$– тепловой потенциал, k – постоянная Больцмана, T_K – абсолютная температура; q – заряд электрона.

Параметры схемы замещения солнечного элемента задаются в свойствах блока из расчета на один элемент.

Также предусмотрена возможность расчета параметров схемы замещения по данным производителя. Для этого необходимо переместить курсор в поле «Значение» свойства «Рассчитать параметры схемы замещения» и нажать появившуюся кнопку. Для записи рассчитанных значений в свойства модели необходимо нажать кнопку свойства «Записать расчетные параметры в свойства».

Параметры модели вычисляются на основе данных производителя для режима холостого хода, максимальной мощности и короткого замыкания:

$\mathrm{\beta }=\frac{\frac{I_{sc}}{I_{sc}-I_{mp}}+ln\left(1-\frac{I_{mp}}{I_{sc}}\right)}{2\bullet U_{mp}-U_{oc}},$

$R_s=\frac{U_{oc}-U_{mp}+\frac{1}{\mathrm{\beta }}ln\left(1-\frac{I_{mp}}{I_{sc}}\right)}{I_{mp}},$

$I_s=\frac{I_{sc}}{\exp \left(\mathrm{\beta }\bullet U_{oc}\right)-1},$

$V_{tr}=\frac{k{T}_{rK}}{q},$

$N=\frac{1}{\mathrm{\beta }\bullet V_{tr}},$

где: β – коэффициент; V_tr – тепловой потенциал при номинальной температуре; T_rK – абсолютная номинальная температура.

Значением последовательного сопротивления в данной методике расчета параметров пренебрегается, и оно задается равным 10⁶ Ом.

Влияние температуры и освещенности на параметры уравнения учитывается следующим образом:

$I_{pv}=G{I}_{sc}\left(1+aIsc\left(T-T_r\right)\right),$

$I_s=I_{sc}{\left(\frac{T_K}{T_{rK}}\right)}^{XTI}\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}\left(\frac{E_g\left(T_r\right)-E_g\left(T\right)\frac{T_{rK}}{T_K}}{N{V}_{tr}}\right),$

$E_g\left(T\right)=\mathrm{1,17}-\frac{\mathrm{0,000473}{T}_K^2}{T_K+636}для\mathrm{S}\mathrm{i},$

$E_g\left(T\right)=\mathrm{1,52}-\frac{\mathrm{0,000541}{T}_K^2}{T_K+204}для\mathrm{G}\mathrm{a}\mathrm{A}\mathrm{s},$

$R_s=R_s{\left(\frac{T_{rK}}{T_K}\right)}^{TRS},$

$R_{sh}=R_{sh}{\left(\frac{T_{rK}}{T_K}\right)}^{TRSH},$

где: G – относительная освещенность, о.е.; aIsc – температурный коэффициент тока короткого замыкания; E_g – ширина запрещенной зоны; XTI – температурный коэффициент тока насыщения; TRS и TRSH – температурные коэффициенты последовательного и параллельного сопротивлений соответственно.

За положительное направление тока принято направление от порта «0» к порту «1».

Свойства

Параметры

Порты

Примеры

Demo\Электрика\ЭЦ-Динамика v 2\Полупроводниковые приборы\Фотоэлемент\Фотоэлемент полупроводниковый.prt