La cella solare è l'unità di base del sistema di generazione di energia solare in cui l'energia elettrica viene estratta direttamente dall'energia luminosa senza alcun processo intermedio. Il funzionamento di una cella solare dipende esclusivamente dal suo effetto fotoelettrico, pertanto una cella solare è anche conosciuta come cella fotovoltaica. Una cella solare è fondamentalmente un dispositivo semiconduttore. La cella solare produce elettricità quando la luce la colpisce e la tensione o differenza di potenziale stabilita tra i terminali della cella è fissata a 0,5 volt e risulta quasi indipendente dall'intensità della luce incidente, mentre la capacità corrente della cella è proporzionale all'intensità della luce incidente e all'area esposta alla luce. Ogni cella solare ha un terminale positivo e uno negativo, come tutte le altre tipologie di celle batteria. Tipicamente, una cella solare o fotovoltaica ha un contatto frontale negativo e un contatto posteriore positivo. Una giunzione p-n semiconduttrice si trova al centro di questi due contatti.
Quando la luce solare cade sulla cella, alcuni fotoni della luce vengono assorbiti dalla cella solare. Alcuni dei fotoni assorbiti avranno un'energia maggiore dello spazio energetico tra la banda di valenza e la banda di conduzione nel cristallo semiconduttore. Pertanto, un elettrone di valenza riceve energia da un fotone, diventa eccitato e salta fuori dal legame, creando una coppia elettrone-buco. Questi elettroni e buchi delle coppie e-h sono chiamati elettroni e buchi generati dalla luce. Gli elettroni generati dalla luce vicini alla giunzione p-n migrano verso il lato n della giunzione a causa della forza elettrostatica del campo attraverso la giunzione. Analogamente, i buchi generati dalla luce creati vicino alla giunzione migrano verso il lato p della giunzione per la stessa forza elettrostatica. In questo modo, si stabilisce una differenza di potenziale tra i due lati della cella e, se questi due lati sono collegati da un circuito esterno, la corrente inizierà a fluire dal terminale positivo al terminale negativo della cella solare. Questo era il principio di funzionamento di base di una cella solare, ora discuteremo dei diversi parametri di una cella solare o fotovoltaica su cui dipende la classificazione di un pannello solare. Durante la scelta di una particolare cella solare per un progetto specifico, è essenziale conoscere le classificazioni di un pannello solare. Questi parametri ci dicono quanto efficientemente una cella solare può convertire la luce in elettricità.
La corrente massima che una cella solare può fornire senza danneggiare la sua struttura. Viene misurata mettendo in cortocircuito i terminali della cella nelle condizioni ottimizzate per produrre la massima uscita. Ho utilizzato il termine "condizioni ottimizzate" perché, per una superficie esposta fissa, il tasso di produzione di corrente in una cella solare dipende anche dall'intensità della luce e dall'angolo con cui la luce colpisce la cella. Poiché la produzione di corrente dipende anche dall'area superficiale della cella esposta alla luce, è meglio esprimere la densità di corrente massima invece della corrente massima. La densità di corrente massima o densità di corrente di cortocircuito non è altro che il rapporto tra la corrente massima o di cortocircuito e l'area superficiale esposta della cella.
Dove, Isc è la corrente di cortocircuito, Jsc la densità di corrente massima e A è l'area della cella solare.
Viene misurata rilevando la tensione tra i terminali della cella quando non è collegato alcun carico. Questa tensione dipende dalle tecniche di fabbricazione e dalla temperatura, ma non in modo significativo dall'intensità della luce e dall'area superficiale esposta. Normalmente, la tensione aperto-circuito di una cella solare è circa 0,5 a 0,6 volt. È normalmente indicata con Voc.
La massima potenza elettrica che una cella solare può fornire nelle sue condizioni standard di prova. Se tracciamo le caratteristiche v-i di una cella solare, la potenza massima si verifica nel punto di flesso della curva caratteristica. È mostrato nelle caratteristiche v-i della cella solare da Pm.
La corrente alla quale si verifica la potenza massima. La corrente al punto di massima potenza è mostrata nelle caratteristiche v-i della cella solare da Im.
La tensione alla quale si verifica la potenza massima. La tensione al punto di massima potenza è mostrata nelle caratteristiche v-i della cella solare da Vm.
Il rapporto tra il prodotto di corrente e tensione al punto di massima potenza e il prodotto della corrente di cortocircuito e della tensione aperto-circuito della cella solare.
È definita come il rapporto tra la potenza elettrica massima in uscita e la potenza radiativa in ingresso alla cella ed è espressa in percentuale. Si considera che la potenza radiativa sulla Terra sia di circa 1000 watt per metro quadrato, quindi se l'area superficiale esposta della cella è A, la potenza radiativa totale sulla cella sarà 1000 A watt. Pertanto, l'efficienza di una cella solare può essere espressa come
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