Sơ đồ mạch điện tương đương của pin quang điện được thể hiện như hình 3.5
Hình 3.5 Sơ đồ pin quang điện thực tế
Mô hình toán thể hiện mối quan hệ giữa V-I được mô tả bởi biểu thức (3.1)
Trong đó:
IPH: dòng của pin quang điện (A) IS: dòng bão hòa (A)
RSH: nội trở song song RS: nội trở nối tiếp
q: điện tích của electron, q = 1,6x10-19 (C) k: hằng số Boltzmann’s, k =1,38x10-23 (J/K) TC: nhiệt độ vận hành của pin quang điện (K)
A: hệ số lý tưởng phụ thuộc vào công nghệ chế tạo pin quang điện được cho trong bảng sau [15].
Bảng 3.1 Bảng lựa chọn hệ số lý tưởng A theo công nghệ chế tạo
Công nghệ chế tạo Hệ số lý tưởng (A)
Si-mono 1.2 Si-poly 1.3 a-Si:H 1.8 a-Si:H tandem 3.3 a-Si:H triple 5 CdTe 1.5 CIS 1.5 AsGa 1.3
Nếu bỏ qua sự ảnh hưởng của tổn hao (RSH và RS) thì sơ đồ mạch điện tương đương hình 3.5 của pin quang điện sẽ được biểu diễn như hình 3.6
Biểu thức (3.1) sẽ được viết lại thành biểu thức (3.2)
Mặt khác, dòng điện IPH phụ thuộc trực tiếp vào bức xạ mặt trời và nhiệt độ của pin quang điện TC theo biểu thức (3.3)
Trong đó:
ISC: dòng ngắn mạch tại nhiệt độ tiêu chuẩn 250C và bức xạ 1000W/m2 (A) KI: hệ số dòng điện phụ thuộc vào nhiệt độ (A/0C)
TRef : Nhiệt độ tiêu chuẩn của pin quang điện (0K) λ: Bức xạ mặt trời (kW/m2)
Dòng bão hòa IS là dòng các hạt tải điện không cơ bản được tạo ra do kích thích nhiệt. Khi nhiệt độ của pin quang điện tăng dòng bão hòa IS cũng tăng theo hàm mũ được xác định bằng biểu thức (3.4)
Trong đó:
IRS: Dòng điện ngược bão hòa tại nhiệt độ tiêu chuẩn (A) EG: Năng lượng lỗ trống của chất bán dẫn
Và dòng điện ngược bão hòa tiêu chuẩn IRS có thể được biểu diễn như biểu thức (3.5)
Trong đó:
ISC: là dòng điện ngắn mạch (A) VOC: là điện áp hở mạch (V)
Hình 3.7 Dòng điện ngắn mạch (ISC) và điện áp hở mạch (VOC)
Thông thường một cell có điện áp làm việc khoảng 0.5 đến 0.6V và công suất khoảng 2W. Vì vậy, muốn có điện áp làm việc cao phải mắc nối tiếp các cell lại với nhau và muốn có dòng điện làm việc lớn phải mắc song song các cell lại với nhau. Mạch điện tương đương của module pin quang điện gồm có NS cell nối tiếp và NP nhánh song song được mô tả như hình 3.8
Khi đó mạch điện hình 3.6 được biểu diễn bằng biểu thức (3.6)