Caratteristiche elettriche delle celle fotovoltaiche
La cella fotovoltaica è sostanzialmente un diodo di grande superficie. Esponendola alla radiazione solare, la cella si comporta come un generatore di corrente, il cui funzionamento può essere descritto per mezzo della caratteristica tensione-corrente.
In generale la caratteristica di una cella fotovoltaica è funzione di tre variabili fondamentali: intensità della radiazione solare, temperatura e area della cella. L'intensità della radiazione solare non ha un effetto si¬gnificativo sul valore della tensione a vuoto; viceversa l'intensità della corrente di corto circuito varia in modo proporzionale al variare dell'intensità dell'irraggiamento, crescendo al crescere di questo.
La temperatura non ha un effetto significativo sul valore della corrente di corto circuito; al contrario, esiste una relazione di proporzionalità tra questa e la tensione a vuoto, diminuendo la tensione al crescere della temperatura. L'area della cella non ha alcun effetto sul valore della tensione; viceversa esiste una diretta proporzionalità tra questa e la corrente disponibile.
In generale la caratteristica di una cella fotovoltaica è funzione di tre variabili fondamentali: intensità della radiazione solare, temperatura e area della cella.
La temperatura non ha un effetto significativo sul valore della corrente di corto circuito; al contrario, esiste una relazione di proporzionalità tra questa e la tensione a vuoto, diminuendo la tensione al crescere della temperatura.
L'intensità della radiazione solare non ha un effetto significativo sul valore della tensione a vuoto; viceversa l'intensità della corrente di corto circuito varia in modo proporzionale al variare dell'intensità dell'irraggiamento, crescendo al crescere di questo.
L'area della cella non ha alcun effetto sul valore della tensione; viceversa esiste una diretta proporzionalità tra questa e la corrente disponibile.
Gli effetti di queste variabili sulla caratteristica elettrica I-V sono riportati nella figura seguente.
In condizioni di corto circuito la corrente generata è massima (Isc), mentre in condizioni di circuito aperto è massima la tensione (Voc). In condizioni di circuito aperto e di corto circuito la potenza estraibile sarà nulla, poichè nella relazione P = V x I sarà nulla la corrente nel primo caso e la tensione nel secondo. Negli altri punti della caratteristica all'aumentare della tensione aumenta la potenza, raggiungendo quindi un massimo e diminuendo repentinamente in prossimità della Voc.
La potenza massima erogabile in condizioni di illuminazione e temperatura specificate viene misurata in watt di picco (Wp). Si è convenuto internazionalmente di stabilire come condizioni di riferimento una temperatura della giunzione di 25°C e un irraggiamento di 1000 W/m2. L'efficienza di una cella fotovoltaica risulta dal rapporto tra la potenza massima da essa erogata (Pmax) e l'irraggiamento incidente sulla sua superficie (Acella):
Un altro parametro importante che tiene conto della qualità della cella è il Fill Factor (fattore di riempimento), definito come rapporto tra la massima potenza disponibile e il prodotto Vcc * Isc e che è in genere compreso tra 0.6 e 0.8 per celle al silicio cristallino:
con Vm e Im tensione e corrente nel punto di massima potenza.