강의노트 태양전지의 좀더 정밀한 등가회로

태양전지의 좀더 정밀한 등가회로

앞에서 언급한 단순한 등가회로를 좀더 현실을 잘 반영하는 등가회로를 유도하기 위해서는 다음과 같이 직렬저항 및 병렬저항 요소를 추가하여야 한다.

여기에서 직렬저항은 그림에서 $R_{s}$로 표현된 값으로서, 전지의 전면과 후면의 금속 접촉저항, 기판 자체의 저항 등 과 같은 현상을 반영한 것이다.

이러한 현상이 발생하는 원인으로서는 태양전지의 에미터와 베이스의 저항 성분, 금속전극과 에미터, 베이스 사이의 접촉 저항 , 전면 및 후면 금속전극의 저항 등을 들 수 있다.

직렬저항 이외에도 태양전지의 현상을 설명하기 위해서는 병렬저항 요소도 고려하여야 하는데 그림에 $R_{sh}$로 표시된 값이다.

이것은 이상적인 다이오드 특성에서 벗어나는 저항(누설 저항을 나타냄)을 나타내는 것으로서, 이것의 원인은 전지의 측면을 따라 형성되는 표면 누설 및 접합의 결함 등이 있다.

모듈의 출력 전류식

등가회로의 a점에 KCL을 적용하면,

$$I = I_{SC}- I_{d}- I_{R_{sh}}$$

KVL을 적용하면 다음과 같다.

$$V_{R_{sh}}= V_{R_{S}}+ V$$

이식을 위식에 대입하면

$$I = I_{SC}- I_{d}- I -\dfrac{V_{R_{S}}+ V}{R_{sh}}$$

위식에서 다음식을 대입하면

$$I_{d}=I_{o}\left\{\exp\left(\left.\left. q\dfrac{V + R_{s}I}{k T}\right)-1\right\}\right.\right.$$

다음과 같은 식을 얻는다.

$$I = I_{SC}- I_{o}\left\{\exp\left(\left.\left. q\dfrac{V + R_{s}I}{k T}\right)-1\right\}-\dfrac{V + R_{S}I}{R_{sh}}\right.\right.$$

위 식이 태양전지의 출력식이다. 해석을 간단하게 하기위해서 회로를 단순화 할 필요가 있을 경우에는 다음을 고려하면 된다. 즉, 병렬저항인 $R_{sh}$는 수백[Ω]에서 수[kΩ]으로 상대적으로 매우 큰 값을 가지므로 무시하더라도 큰 오차를 발생하지 않는다. 따라서 아래와 같이 $R_{sh}$회로를 개방상태로 간주한 단순한 등가회로를 구할 수 있다.