مدل‌سازی عملکرد حرارتی و الکتریکی سلول‌ خورشیدی در حضور متمرکزکننده و بدون آن، تحت شرایط مختلف محیطی

مدل‌سازی و شبیه‌سازی، نقش بسیار مهمی در طراحی، توسعه و پیش‌بینی عملکرد سیستم‌های فتوولتائیک دارد. هدف این مقاله، توسعه یک رهیافت جدید برای شبیه‌سازی عملکرد الکتریکی و حرارتی سلول‌ خورشیدی در شرایط مختلف محیطی است. مدل‌سازی حرارت و دما در یک سلول ‌خورشیدی سیلیکونی تجاری، با محاسبه تلفات گرمایی و با روش انتقال حرارت انجام شده است. همچنین اثرات شرایط محیطی مانند تغییرات شدت تابش نور خورشید به دلیل استفاده از متمرکزکننده، دمای محیط و سرعت باد بر توزیع دما و عملکرد الکتریکی سلول‌ خورشیدی، بررسی شده است. افزایش شدت تابش نور خورشید با استفاده از متمرکزکننده نسبت به حالت بدون تمرکز در سلول‌ خورشیدی، موجب افزایش توان خروجی خواهد شد. نتایج شبیه سازی نشان می‌دهد که در شرایط آزمایشی استاندارد، میزان توان خروجی سلول‌ خورشیدی سیلیکونی مدل‌شده بدون متمرکزکننده برابر 14.3 میلی وات بر سانتیمتر مربع است، درحالی که میزان توان خروجی همان سلول در حضور سیستم متمرکزکننده با نسبت تمرکز دو، به 25.7 میلی وات بر سانتیمتر مربع خواهد رسید. از طرفی با افزایش دما، میزان بازدهی و توان خروجی سلول خورشیدی مدل‌شده در هر دو حالت استفاده از متمرکزکننده و بدون آن، به اندازه 0.50.4 درصد بر درجه سلسیوس کاهش می‌یابد. همچنین بر اساس نتایج به دست آمده،با افزایش سرعت باد، اختلاف دمای سلول ‌خورشیدی و محیط کم می‌شود.

Thermal and Electrical Performance Modeling of a Solar Cell with and without a Concentrator under Different Environmental Conditions

Modeling and simulation play a critical role in designing, developing, and predicting the performance of photovoltaic systems. This paper aims to develop a new approach to simulate a solar cell #39;s electrical and thermal performance under various environmental conditions. Heat and temperature modeling in a commercial silicon solar cell has been performed by calculating heat losses via heat transfer method. The effects of environmental conditions on the temperature distribution and electrical efficiency of the solar cell, such as variations in the intensity of sunlight using a concentrator, ambient temperature, and wind speed, have also been investigated. Increasing the intensity of sunlight by using a concentrator will increase the output power of the solar cell. The simulation results show that under standard test conditions (STC), the output power of the modeled solar cell without a concentrator is 14.3 mW/cm2, whereas the output power of the same cell in the presence of a concentrator device with a concentration ratio of two is 25.7 mW/cm2. On the other hand, as temperature rises, the efficiency and output power of the solar cell decreases by 0.40.5 %/oC in both concentrator and nonconcentrator modes. Also, the obtained results indicate that as wind speed rises, the temperature difference between the solar cell and the ambient decreases.