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International Journal of Innovation and Applied Studies
ISSN: 2028-9324     CODEN: IJIABO     OCLC Number: 828807274     ZDB-ID: 2703985-7
 
 
Saturday 15 June 2024

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3D modelling of the effects of the intensity and the inclination angle of an electromagnetic field on the current and the voltage of a polycrystalline silicon PV cell


[ Modélisation à 3D des influences de l’intensité et de l’angle d’inclinaison d’un champ électromagnétique sur le courant et la tension d’une cellule PV au silicium polycristallin ]

Volume 38, Issue 2, December 2022, Pages 351–365

 3D modelling of the effects of the intensity and the inclination angle of an electromagnetic field on the current and the voltage of a polycrystalline silicon PV cell

Mamoudou Saria1, Ramatou Saré2, Mahamadi Savadogo3, Vinci De Dieu Bokoyo Barandja4, Martial Zoungrana5, and Issa Zerbo6

1 Laboratoire d’Energies Thermiques REnouvelables (L.E.T.RE), Ecole Doctorale Sciences et Technologies, Université Joseph KI-ZERBO, Ouagadougou, Burkina Faso
2 Laboratoire d’Energies Thermiques REnouvelables (L.E.T.RE), Ecole Doctorale Sciences et Technologies, Université Joseph KI-ZERBO, Ouagadougou, Burkina Faso
3 Laboratoire d’Energies Thermiques REnouvelables (L.E.T.RE), Ecole Doctorale Sciences et Technologies, Université Joseph KI-ZERBO, Ouagadougou, Burkina Faso
4 Département de Physique, Université de Bangui, Bangui, Central African Republic
5 Laboratoire d’Energies Thermiques REnouvelables (L.E.T.RE), Ecole Doctorale Sciences et Technologies, Université Joseph KI-ZERBO, Ouagadougou, Burkina Faso
6 Laboratoire d’Energies Thermiques REnouvelables (L.E.T.RE), Ecole Doctorale Sciences et Technologies, Université Joseph KI-ZERBO, Ouagadougou, Burkina Faso

Original language: French

Copyright © 2022 ISSR Journals. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract


This work investigated, using a 3-D modelling, the influences of the magnitude and the inclination angle of an electromagnetic field (EMF) carried by AM radio waves on the current and the voltage of a polycrystalline silicon PV cell. The electrons transport equations were solved to find the density of electrons and then to derive the current density and the voltage. Through numerical simulation, the effects of both the magnitude and the inclination angle of the EMF on the density of electrons, the current density and the open circuit voltage were studied. Results of simulation showed that depending on the inclination angle (0 rad; π/2 rad and π rad), the EMF acts differently on the electrical parameters (Jsc and Voc). The analysis also showed that, regardless of the inclination angle of the EMF, there is an open circuit current (Joc) proportional to the magnitude of the EMF (inversely proportional to the distance). This current (Joc) is lost by Joule heating either at the junction (θ = 0 rad) or in the base (θ = π/2 rad and θ = π rad). Finally, the analysis showed that, for θ = π rad (reverse polarization of the PV cell), there is an operating domain (Sf ≤ Sfeq) in which the PV cell is blocked. And another operating domain (Sf > Sfeq) in which the PV cell is a current generator unlike a PN junction diode which remains blocked in reverse bias.

Author Keywords: PV cell, radio waves, inclination angle, Joule heating, avalanche effect.


Abstract: (french)


L’objectif de ce travail est d’étudier, à 3-D, les influences de l’intensité et de l’angle d’inclinaison du champ électromagnétique transporté par des ondes radio AM sur le courant et la tension d’une cellule PV. Les équations de transport ont été résolu afin d’établir l’expression de la densité des électrons qui a permis de déduire les expressions de la densité de courant et de la tension. Ensuite nous avons étudié, par simulation numérique, les influences de l’intensité et de l’angle d’inclinaison du champ électromagnétique sur la densité des électrons, la densité de courant et la tension de circuit ouvert. Les résultats des simulations ont montré qu’en fonction de l’angle d’inclinaison (0 rad; π/2 rad et π rad), le champ électromagnétique agit différemment sur les paramètres électriques (Jcc et Vco). L’analyse a également montré que, quel que soit l’angle d’inclinaison du champ électromagnétique, il existe un courant en circuit ouvert (Jco) proportionnel à l’intensité du champ électromagnétique (inversement proportionnelle à la distance). Ce courant (Jco) est perdu par effet Joule soit à la jonction (θ = 0 rad) soit dans la base (θ = π/2 rad et θ = π rad). Enfin, l’analyse a montré que, pour θ = π rad (polarisation inverse de la cellule PV), il existe un domaine de fonctionnement (Sf ≤ Sfeq) dans lequel la cellule PV est bloquée. Et un autre domaine de fonctionnement (Sf > Sfeq) dans lequel la cellule PV est un générateur de courant contrairement à une diode à jonction PN qui reste bloquée en polarisation inverse.

Author Keywords: Cellule PV, ondes radio, angle d’inclinaison, effet Joule, effet d’avalanche.


How to Cite this Article


Mamoudou Saria, Ramatou Saré, Mahamadi Savadogo, Vinci De Dieu Bokoyo Barandja, Martial Zoungrana, and Issa Zerbo, “3D modelling of the effects of the intensity and the inclination angle of an electromagnetic field on the current and the voltage of a polycrystalline silicon PV cell,” International Journal of Innovation and Applied Studies, vol. 38, no. 2, pp. 351–365, December 2022.