Célula solar: curva I–V e ponto de máxima potência
Modelo de um diodo: fotocorrente segundo a irradiância, fator de idealidade n, temperatura; curvas I(V) e P(V), ponto de máxima potência.
Gráficos
Sobre o modelo
A curva corrente–tensão da célula solar no modelo de um diodo constrói-se com a fotocorrente, fixada pela irradiância, o fator de idealidade n e a dependência térmica da exponencial do diodo. De I(V) sai a potência P(V) = I·V; o ponto de máxima potência é onde dP/dV = 0. Ao variar irradiância, n e temperatura veem-se a corrente de curto-circuito I_sc, a tensão de circuito aberto V_oc, o fator de forma e o deslocamento do ponto de máxima potência. Hipóteses: um diodo, resistências série e de shunt típicas; sem células de multiunião, sombreamento local nem rede térmica completa do módulo.
Para quem: Fotovoltaica e dispositivos semicondutores: curva I–V da célula solar e ponto de máxima potência.
Conceitos-chave
curva corrente–tensão
ponto de máxima potência
fotocorrente
fator de idealidade
tensão de circuito aberto
irradiância
fator de forma
Como funciona
Modelo de um diodo: I = I_ph − I_0 [exp(V/(n V_T)) − 1] com resistências série e de shunt. A fotocorrente cresce com a irradiância; V_T = kT/q fixa a inclinação da exponencial. Na tela, as curvas I(V) e P(V) = I·V e a marca do ponto de máxima potência, onde dP/dV = 0.
Fórmulas principais
Iᵖʰ ∝ G, Vₜ ≈ (kT/q)·n
Perguntas frequentes
Por que ao subir a irradiância cresce sobretudo I_sc?
A fotocorrente é quase proporcional ao número de fótons absorvidos, então a corrente de curto-circuito acompanha a irradiância de forma linear. A tensão de circuito aberto cresce só de forma logarítmica com a fotocorrente: a exponencial do diodo não duplica V_oc ao duplicar a luz.
O que é o ponto de máxima potência?
É o ponto de operação em que P = I·V é máxima: nem o curto-circuito (I máxima, V = 0) nem o circuito aberto (V máxima, I = 0). O controlador que segue o ponto de máxima potência procura esse joelho; trabalhar só em V_oc ou em I_sc entrega potência média nula à carga.
Como a temperatura costuma piorar a característica?
Subir a temperatura em geral baixa V_oc mais do que ajuda a corrente e encolhe o retângulo de potência. O fator n estica o joelho do diodo e pode piorar o fator de forma; as curvas de um diodo mostram esses deslocamentos sem um modelo térmico completo do módulo.