SIMULATION OF OPTOELECTRONIC LOAD POWERED BY PHOTOCELL AND BATTERY
The goal of this work is to create equivalent electrical circuits of optoelectronic load that is powered by the photocell and the battery. This paper demonstrates the need to create such equivalent electrical circuits, when connecting LEDs and semiconductor lasers to solar cells, as a source of elec...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/252 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103339405508608 |
|---|---|
| author | Bondarenko, D. |
| author_facet | Bondarenko, D. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "D. Bondarenko",
"institution": "Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, 02094, 20А Hnata Khotkevycha Str., Kyiv, Ukraine."
}
] |
| author_sort | Bondarenko, D. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:14Z |
| description | The goal of this work is to create equivalent electrical circuits of optoelectronic load that is powered by the photocell and the battery. This paper demonstrates the need to create such equivalent electrical circuits, when connecting LEDs and semiconductor lasers to solar cells, as a source of electricity, and when using battery power. It is shown that equivalent electrical circuits derive from physical phenomena in semiconductor devices, and equations describing the phenomena of electrical energy conversion to light. Different equivalent schemes of optoelectronic loads are outlined. Both the simplest and the most generalized equivalent circuits are shown. In particular, equivalent circuit of a battery, a simplified circuits of a photocell and an optoelectronic source of light is shown, where the LED is a load. It is noted that the development of this model is a more generalized equivalent electrical circuit where a semiconductor injection laser is an optoelectronic load. Their parameters and equations for currents and voltages are described. The existence of passive parasitic elements in such electrical circuits is also shown. It has also been shown that the ideal voltage source and the capacitor resistor are used in the simplified model to replace the photocell. Subsequently, in the generalized model, an ideal current source and nonlinear passive elements were used as a substitution scheme for wider modeling of the photocell operation. That is, as a result, a generalized equivalent electrical circuit of a battery connected to the photovoltaic cell and optoelectronic load was obtained. The equation for currents and voltages in the obtained substitution circuit is constructed. The conclusion was drawn. Ref. 7,  fig. 5. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2020.2(61).28-33 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:59Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
© Д.В. Бондаренко, 2020
Відновлювана енергетика. 2020. № 2 28
УДК 621.316 DOI: https://doi.org/10.36296/1819-8058.2020.2(61).28-33
МОДЕЛЮВАННЯ ОПТОЕЛЕКТРОННОГО НАВАНТАЖЕННЯ, ЯКЕ ЖИВИТЬСЯ
ВІД ФОТОЕЛЕМЕНТА ТА АКУМУЛЯТОРА
Д.В. Бондаренко, канд. техн. наук
Інститут відновлюваної енергетики НАН України,
02094, вул. Гната Хоткевича 20а, м. Київ, Україна.
Метою даної роботи є побудова еквівалентних електричних схем оптоелектронного навантаження, яке живиться від
фотоелемента та акумулятора. В роботі показано необхідність створення таких еквівалентних електричних схем, а саме
при підключенні світлодіодів та напівпровідникових лазерів до сонячних фотоелементів, в якості джерела електричної
енергії, та при використанні акумуляторів електроенергії. Показано, що еквівалентні електричні схеми витікають з фізи-
чних явищ в напівпровідникових пристроях і рівнянь, які описують явища перетворення електричної енергії в світлову. Ви-
кладено різні еквівалентні схеми оптоелектронного навантаження. Показано, як просту так і найбільш узагальнену еквіва-
лентні електричні схеми. Зокрема, показано еквівалентну схему акумулятора і спрощені схеми фотоелемента та оптоеле-
ктронного випромінювача світла, де в якості навантаження виступає світлодіод. Зазначено, що розвитком даної моделі є
більш узагальнена еквівалентна електрична схема, де в якості оптоелектронного навантаження виступає напівпровідни-
ковий інжекційний лазер. Розписані їх параметри та викладені рівняння для струмів та напруг. Також показано існування
пасивних паразитних елементів в таких електричних схемах. Також показано, що в якості схеми заміщення фотоелемен-
та, в спрощеній моделі, використано ідеальне джерело напруги та резистор з конденсатором. В подальшому, в узагальне-
ній моделі, для більш широкого моделювання роботи фотоелемента, в якості схеми заміщення було використано ідеальне
джерело струму та нелінійні пасивні елементи. Тобто, в результаті, було отримано узагальнену еквівалентну електричну
схему акумулятора, підключеного до фотоелемента та оптоелектронного навантаження. Побудовано рівняння для стру-
мів та напруг в отриманої схеми заміщення. Зроблено висновок. Бібл. 7, рис. 5.
Ключові слова: оптоелектронне навантаження, лазер, світлодіод, еквівалентні схеми, електрична модель, акумулятор,
сонячний фотоелемент, моделювання.
SIMULATION OF OPTOELECTRONIC LOAD POWERED BY PHOTOCELL AND
BATTERY
D. Bondarenko, candidate of technical science
Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine,
02094, 20А Hnata Khotkevycha Str., Kyiv, Ukraine.
The goal of this work is to create equivalent electrical circuits of optoelectronic load that is powered by the photocell and the bat-
tery. This paper demonstrates the need to create such equivalent electrical circuits, when connecting LEDs and semiconductor lasers
to solar cells, as a source of electricity, and when using battery power. It is shown that equivalent electrical circuits derive from
physical phenomena in semiconductor devices, and equations describing the phenomena of electrical energy conversion to light.
Different equivalent schemes of optoelectronic loads are outlined. Both the simplest and the most generalized equivalent circuits are
shown. In particular, equivalent circuit of a battery, a simplified circuits of a photocell and an optoelectronic source of light is
shown, where the LED is a load. It is noted that the development of this model is a more generalized equivalent electrical circuit
where a semiconductor injection laser is an optoelectronic load. Their parameters and equations for currents and voltages are de-
scribed. The existence of passive parasitic elements in such electrical circuits is also shown. It has also been shown that the ideal
voltage source and the capacitor resistor are used in the simplified model to replace the photocell. Subsequently, in the generalized
model, an ideal current source and nonlinear passive elements were used as a substitution scheme for wider modeling of the photo-
cell operation. That is, as a result, a generalized equivalent electrical circuit of a battery connected to the photovoltaic cell and opto-
electronic load was obtained. The equation for currents and voltages in the obtained substitution circuit is constructed. The conclu-
sion was drawn. Ref. 7, fig. 5.
Keywords: optoelectronic load, LED, laser, equivalent circuits, electric model, accumulator, solar pv-element, simulation.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2020.2(61).28-
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2020. № 2 29
Д.В. Бондаренко
D. Bondarenko
Відомості про автора:
старш. наук. співробітник
Інституту відновлюваної
енергетики НАН України, відділ
сонячної енергетики.
Освіта: Київський національний
університет ім.Т.Шевченка
(Радіофізичний факультет).
Аспірантура Інституту
електродинаміки НАН України.
Наукова сфера:
канд. техн. наук (теоретична
електротехніка), квантова
електроніка, фото- та
оптоелектроніка, відновлювана
енергетика.
Публікації: 43.
ORCID: 0000-0002-5629-930X
Контакти: тел: +380509729992
e-mail: dima7007bond@gmail.com
Author information:
senior scientist of Institute of
Renewable Energy, National
Ukrainian Academy of Science. Solar
energy department.
Education: Kyiv national university
T.Shevchenko (Radiophysics
department). Postgraduate school of
Institute of electrodynamics of NAS
Ukraine.
Reasearch area:
PhD (theoretical electrotechnic),
quantum electronic, photo- and
optoelectronic, renewable energy.
Publications: 43.
ORCID: 0000-0002-5629-930X
Contacts: tel: +380509729992
e-mail: dima7007bond@gmail.com
Вступ. Використання оптоелектронних при-
строїв в різних сферах науки та техніки спонукає
для проведення досліджень їх застосування разом
з відновлюваними джерелами енергії. Наприклад,
необхідно досліджувати використання світлодіо-
дів для освітлення разом з сонячними батареями
та акумуляторами, для освітлення в нічний час.
Або досліджувати використання лазерів для роз-
поділених систем безпеки, чи для архітектури та
конструювання, які також мають автономне від-
новлюване джерело живлення. Крім того, необхі-
дно моделювати динамічні характеристики таких
систем.
Постановка завдання. Традиційним опто-
електронним навантаженням виступають випро-
мінюючі напівпровідникові пристрої, такі як сві-
тлодіоди та лазери. Роботу таких пристроїв мож-
на змоделювати за допомогою еквівалентних
електричних схем. Електричні моделі витікають з
рівнянь, які описують фізичні процеси перетво-
рення електричної енергії в світлову, на рівні но-
сіїв заряду та фотонів. В загальному випадку ці
рівняння виглядають наступним чином [1]:
PNN
N
ed
J
dt
dN
th
S
)(
, (1)
SP
th
NP
PNN
dt
dP
)( , (2)
де N - концентрація носіїв заряду; P – густина
фотонів; Nth – концентрація носіїв заряду при по-
роговій густині струму накачки; J – густина
струму накачки; d – товщина активного шару ви-
промінювача; S – час спонтанної випромінюючої
рекомбінації; P – час життя фотона в резонаторі;
– коефіцієнт оптичного підсилення; – доля
спонтанної рекомбінації в загальному випромі-
ненні; e – заряд електрона.
Спрощені моделі світлодіодів і лазерів та
систем на їх основі. У випадку світлодіодів, зво-
ротній зв’язок відсутній та відсутня нелінійність
вимушеної генерації фотонів. Тому рівняння (1),
(2) приймуть наступний вигляд:
S
N
ed
J
dt
dN
, (3)
PS
PN
dt
dP
. (4)
Для того щоб перейти до електричної моде-
лі, необхідно в (1) та (3) перейти до повного за-
ряду, а в (2) і (4) до величини, яка моделює кон-
центрації фотонів та еквівалентна певному елек-
тричному заряду [2,3]. Звідси отримуємо рівнян-
ня, які описують електричну модель напівпро-
відникового лазера:
thN
N
NN II
R
U
I
dt
dU
C , (5)
SP
P
P
th
P
P
P I
R
U
R
U
I
dt
dU
C , (6)
та напівпровідникового світлодіода:
N
NN
R
U
I
dt
dU
C , (7)
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2020. № 2 30
P
P
NSP
P
R
U
UI
dt
dU
C )( . (8)
Тут UN – моделює густину носіїв заряду, UP
– моделює густину фотонів, C – моделює процес
накопичення заряду та перетворення його на фо-
тони, I – струм накачки, RN – відповідає втратам
носіїв заряду на спонтанне випромінення, RP –
відповідає втратам фотонів в активній частині
напівпровідника, IN – моделює витрату носіїв за-
ряду на створення фотонів в результаті вимуше-
ного випромінення (стимульованої емісії), IP –
моделює процес народження фотонів в наслідок
вимушеної рекомбінації носіїв заряду, Ith – поро-
говий струм, ISP - моделює процес народження
фотонів внаслідок спонтанної рекомбінації носіїв
заряду.
Таким чином еквівалентна електрична схема
заміщення світлодіоду буде мати наступний ви-
гляд (рис. 1):
Рис. 1. Еквівалентна схема світлодіода.
Fig. 1. Equivalent circuit of LED.
а еквівалентна схема напівпровідникового лазеру є наступною (рис. 2):
Рис. 2. Еквівалентна схема напівпровідникового лазера.
Fig. 2. Equivalent circuit of a semiconductor laser.
На рис.3 представлена схема заміщення на-
півпровідникового інжекційного лазера з парази-
тними елементами, на якому паразитні ємність,
опір та індуктивність відповідають за з’єднання
напівпровідника.
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2020. № 2 31
Рис. 3. Еквівалентна схема напівпровідникового лазера з паразитними елементами.
Fig. 3. Equivalent circuit of a semiconductor laser with parasitic elements.
В свою чергу, маючи загальну еквівалентну
схему акумулятора [4] можна створити модель та
проводити моделювання і оптимізацію електрич-
них кіл з джерелами живлення, акумуляторами та
оптоелектронним споживачами. Якщо джерелом
живлення буде виступати фотоелемент, як базо-
вий елемент сонячних фотобатарей, то розгляну-
вши еквівалентну схему фотоелемента [5] можна
також створити модель системи фотоелемент-
акумулятор-навантаження (рис.4). Дана модель є
спрощеним варіантом і містить світлодіод в якос-
ті навантаження.
Рис. 4. Модель системи фотоелемент-акумулятор-світлодіод.
Fig. 4. Model of system PVelement-accumulator-LED.
В схемі на рис.4, крім вищеописаних пара-
метрів, додаються кероване джерело напруги
UPV, яке моделює генерацію струму в фотоелеме-
нті і залежить від рівня інсоляції, а також темпе-
ратури та конструктції фотоелемента. Опір RPV є
внутрішнім опором фотоелемента, а ємність CPV є
паразитною та описує властивості напівпровід-
ника та конструкцію фотоелементу. Напруга UL є
напругою на навантаженні і дорівнює напрузі UN,
яка моделює процеси накопичення та рекомбіна-
ції носіїв заряду в оптоелектронному пристрої.
Кероване джерело напруги UОС показує напругу
на акумуляторі без навантаження, тобто напругу
холостого ходу, опір RS це внутрішній омічний
опір акумулятора. Паразитні елементи R1 та R2
відповідають за електрохімічні процеси в акуму-
лятор1, ємності С1 та С2 є ефектиними ємностя-
ми, які відповідають за перенос енергії в акуму-
ляторі.
Далі розглянемо більш узагальнену модель
системи фотоелемент-акумулятор-випромінювач.
Так зокрема, візьмемо до розгляду напівпровід-
никовий інжекційний лазер, а для поглибленого
аналізу процесів в сонячних фотоелементах ви-
користаємо трохи іншу еквівалентну схему, ніж
на рис.4. Для цього введемо в схему заміщення
фотоелемента нелінійний опір та нелінійну єм-
ність (рис.5). Нелінійна ємність CPV виникає за-
вдяки дифузійній та бар’єрній ємностям в напів-
провіднику фотоелемента і впливає на перехідні
процеси. Опір RPV є внутрішнім опором джерела
живлення і визначає його вольт-амперну харак-
теристику. Опір RW-PV і індуктивність LW-PV є опо-
ром і індуктивністю контактних з’єднань відпо-
відно [6], RW-L – опір з’єднання лазера.
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2020. № 2 32
Рис. 5. Модель системи фотоелемент-акумулятор-лазер з нелінійними елементами.
Fig. 5. Model of system PVelement-accumulator-laser with nonlinear elements.
Математична модель, яка відповідає схемі
заміщення, представленої на рис.5, має вигляд:
dt
dU
UC
UR
U
II pv
PV
photoPV )(
)(
, (9)
APVL III , (10)
SARCRCOCL RIUUUU 21 , (11)
2
22
2
R
U
dt
dU
CI RCRC
A , (12)
2
22
2
1
11
1
R
U
dt
dU
C
R
U
dt
dU
C RCRCRCRC , (13)
NLWLL URIU , (14)
thN
N
NN II
R
U
I
dt
dU
C (15)
SP
P
P
th
P
P
P I
R
U
R
U
I
dt
dU
C (16)
де URC1 та URC2 це напруги на RC-ланцюгах.
Висновок. Таким чином, використовуючи
сучасні методи моделювання електричних схем,
можна провести всебічне моделювання запропо
нованих схем та отримати результати для аналізу
різних режимів роботи оптоелектронного випро-
мінювача, який живиться від фотоелемента та
акумулятора, а також застосувати отримані ре-
зультати при побудові сучасного електронного
обладнання [7].
1. Бондаренко Д.В. Електричні схеми заміщення напів-
провідникових електроінжекційних лазерів. Праці Інституту
електродинаміки НАН України. Збірник наукових праць.
2000. С. 194-200.
2. Bondarenko D.V. Use of electrical equivalent circuits at
simulation optoelectronic systems. 5th International Workshop
on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling. Proceedings of
LFNM. 2003. Pp. 72-74.
3. Bondarenko D.V. The equivalent electrical circuits of
semiconductor lasers with quantum wells. 6th International
Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling.
Proceedings of LFNM. 2004. Pp. 125-127.
4. Бондаренко Д.В. Еквівалентні схеми акумуляторів
електроенергії, які підключені до сонячних фотоелементів.
Відновлювана енергетика. 2019. № 3. С. 30-34.
doi: 10.36296/1819-8058.2019.3(58).30-34.
5. Бондаренко Д.В. Використання еквівалентних елект-
ричних схем для розрахунку перехідних процесів у колах з
фотобатареєю та нелінійним оптоелектронним навантажен-
ня. Праці Інституту електродинаміки НАН України. Збірник
наукових праць. 2002. № 2. С. 13-15.
6. Бондаренко Д.В., Кудря Т.С., Ашуєва Т.Г. Електрич-
на модель батареї сонячних елементів. Відновлювана енер-
гетика. 2005. № 2. С. 21-25.
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1246077/
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1246077/
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1246077/
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1246077/
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1246077/
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2020. № 2 33
7. Бондаренко Д.В. Використання сонячних батарей
для побудови автономних систем екологічного моніторингу.
Відновлювана енергетика. 2015. № 3. С. 18-20.
REFERENCES
1. Bondarenko D.V. Electrychni shemy zamishchennia na-
pivprovidnykovyh electroinzhektsiynyh laseriv. [Elecrtical
equivalent circuits of semiconductor injection lasers]. Proceed-
ings of the Institute of Electrodynamics of the National Academy
of Sciences of Ukraine. Collection of scientific works. 2000. Pp.
194-200. [in Ukrainian].
2. Bondarenko D.V. Use of electrical equivalent circuits at
simulation optoelectronic systems. 5th International Workshop
on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling. Proceedings of
LFNM. 2003. Pp. 72-74. [in English].
3. Bondarenko D.V. The equivalent electrical circuits of
semiconductor lasers with quantum wells. 6th International
Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling.
Proceedings of LFNM. 2004. Pp. 125-127. [in English].
4. Bondarenko D.V. Ekvivalentni shemy akumuliatoriv el-
ektroenergii yaki pidklucheni dosoniachnyh fotoelementiv.
[Equivalent circuits of electric power accumulators connected to
solar photocells]. Vidnovluvana energetika. 2019. No. 3. Pp. 30-
34. doi: 10.36296/1819-8058.2019.3(58).30-34. [in Ukrainian].
5. Bondarenko D.V. Vykorystannia ekvivalentnyh el-
ektrychnyh shem dlia rozrahunku perehidnyh protsesiv u kolah z
fotobatareeiu ta neliniynym optoelekronnyn navantazhenniam.
[Using of equivalent electrical circuits for calculating transition
processes in circles with pv-battery and nonlinear optoelectronic
load]. Proceedings of the Institute of Electrodynamics of the
National Academy of Sciences of Ukraine. Collection of scien-
tific works. 2002. No. 2. Pp. 13-15. [in Ukrainian].
6. Bondarenko D.V., Kudria T.S., Ashueva T.G. Elec-
trychna model batarei soniachnyh elementiv. [Electrical model
of solar cells battery]. Renewable energy. 2005. No. 2. Pp. 21-
25. [in Ukrainian].
7. Bondarenko D.V. Vykorystannia soniachnyh batarei dlia
pobudovy avtonomnyh system ekologichjnogo monitoryngu.
[Useing of solar panels for the design of autonomous systems of
environmental monitoring]. Vidnovluvana energetika. 2015. No.
3. Pp. 18-20. [in Ukrainian].
МОДЕЛИРОВАНИЕ
ОПТОЭЛЕКТРОННОЙ НАГРУЗКИ,
КОТОРАЯ ПИТАЕТСЯ ОТ
ФОТОЭЛЕМЕНТА И АККУМУЛЯТОРА
Д.В. Бондаренко, канд. техн. наук
Инстиут возобновляемой энергетики НАН Украины,
02094, ул. Гната Хоткевича 20а, г.Киев, Украина.
Целью работы является построение эквивалентной элект-
рической схем оптоэлектронной нагрузки, которая питае-
тся от фотоэлемента и аккумулятора. В работе показана
необходимость создания таких эквивалентных электриче-
ских схем, а именно при подключении светодиодов и полуп-
роводниковых лазеров к солнечным фотоэлементам, в каче-
стве источника электрической энергии, и при использова-
нии аккумуляторов электроэнергии. Показано, что эквыва-
лентные электрические схемы вытекают с физических яв-
лений в полупроводниковых устройствах, и уравнений, ко-
торые описывают явления превращения электрической
энергии в световую. Изложены разные эквивалентные
схемы оптоэлектронной нагрузки. Показанок, как простую,
так и наиболее обобщенную эквивалентную электрические
схемы. В часности, показано эквивалентную схему акуму-
лятора, и упрощенные схемы фотоэлемента и оптикоэлек-
троного излучателя света, где в качестве излучателя
выступает светодиод. Отмечено, что развитием данной
модели есть более обобщенная эквивалентная электриче-
ская схема, где в качестве оптоэлектронной нагрузки вы-
ступает полупроводниковый инжекционный лазер. Распи-
саны их параметры и изложены уравнения для токов и
напряжений. Также показано существование пасивных па-
разитных элементов в таких электрических схемах. Также
показано, что в качестве схемы замещения фотоэлемента,
в упрощенной модели, использован идеальный источник
напряжения и резистор с конденсатором. В дальнейшем, в
обобщенной модели, для более широкого моделирования
работы фотоэлемента, в качестве схемы замещения был
использован идеальный источник тока и нелинейные пасив-
ные элементы. Тоесть, в результате, была получена обоб-
щенная эквивалентная электрическая схема аккумулятора,
который подключен к фотоэлементу и оптоэлектронной
нагрузке. Построены уравнения для токов и напряжений в
полученной схеме замещения. Сделан вывод. Библ. 7, рис. 5.
Ключевые слова: оптоэлектронная нагрузка, лазер, свето-
диод, эквивалентные схемы, электрическая модель, аккуму-
лятор, солнечный фотоэлемент, моделирование.
Стаття надійшла до редакції 30.10.19
Остаточна версія 05.06.20
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1246077/
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1246077/
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1246077/
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1246077/
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1246077/
|
| id | veorgua-article-252 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:06:38Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/53/b971593547d4106bd3021ce01de2b653.pdf |
| spelling | veorgua-article-2522026-07-18T06:32:14Z SIMULATION OF OPTOELECTRONIC LOAD POWERED BY PHOTOCELL AND BATTERY МОДЕЛЮВАННЯ ОПТОЕЛЕКТРОННОГО НАВАНТАЖЕННЯ, ЯКЕ ЖИВИТЬСЯ ВІД ФОТОЕЛЕМЕНТА ТА АКУМУЛЯТОРА Bondarenko, D. optoelectronic load, LED, laser, equivalent circuits, electric model, accumulator, solar pv-element, simulation. оптоелектронне навантаження, лазер, світлодіод, еквівалентні схеми, електрична модель, акумулятор, сонячний фотое-лемент, моделювання. The goal of this work is to create equivalent electrical circuits of optoelectronic load that is powered by the photocell and the battery. This paper demonstrates the need to create such equivalent electrical circuits, when connecting LEDs and semiconductor lasers to solar cells, as a source of electricity, and when using battery power. It is shown that equivalent electrical circuits derive from physical phenomena in semiconductor devices, and equations describing the phenomena of electrical energy conversion to light. Different equivalent schemes of optoelectronic loads are outlined. Both the simplest and the most generalized equivalent circuits are shown. In particular, equivalent circuit of a battery, a simplified circuits of a photocell and an optoelectronic source of light is shown, where the LED is a load. It is noted that the development of this model is a more generalized equivalent electrical circuit where a semiconductor injection laser is an optoelectronic load. Their parameters and equations for currents and voltages are described. The existence of passive parasitic elements in such electrical circuits is also shown. It has also been shown that the ideal voltage source and the capacitor resistor are used in the simplified model to replace the photocell. Subsequently, in the generalized model, an ideal current source and nonlinear passive elements were used as a substitution scheme for wider modeling of the photocell operation. That is, as a result, a generalized equivalent electrical circuit of a battery connected to the photovoltaic cell and optoelectronic load was obtained. The equation for currents and voltages in the obtained substitution circuit is constructed. The conclusion was drawn. Ref. 7,  fig. 5. Метою даної роботи є побудова еквівалентних електричних схем оптоелектронного навантаження, яке живиться від фотоелемента та акумулятора. В роботі показано необхідність створення таких еквівалентних електричних схем, а саме при підключенні світлодіодів та напівпровідникових лазерів до сонячних фотоелементів, в якості джерела електричної енергії, та при використанні акумуляторів електроенергії. Показано, що еквівалентні електричні схеми витікають з фізичних явищ в напівпровідникових пристроях і рівнянь, які описують явища перетворення електричної енергії в світлову. Викладено різні еквівалентні схеми оптоелектронного навантаження. Показано, як просту так і найбільш узагальнену еквівалентні електричні схеми. Зокрема, показано еквівалентну схему акумулятора і спрощені схеми фотоелемента та оптоелектронного випромінювача світла, де в якості навантаження виступає світлодіод. Зазначено, що розвитком даної моделі є більш узагальнена еквівалентна електрична схема, де в якості оптоелектронного навантаження виступає напівпровідниковий інжекційний лазер. Розписані їх параметри та викладені рівняння для струмів та напруг. Також показано існування пасивних паразитних елементів в таких електричних схемах. Також показано, що в якості схеми заміщення фотоелемента, в спрощеній моделі, використано ідеальне джерело напруги та резистор з конденсатором. В подальшому, в узагальненій моделі, для більш широкого моделювання роботи фотоелемента, в якості схеми заміщення було використано ідеальне джерело струму та нелінійні пасивні елементи. Тобто, в результаті, було отримано узагальнену еквівалентну електричну схему акумулятора, підключеного до фотоелемента та оптоелектронного навантаження. Побудовано рівняння для струмів та напруг в отриманої схеми заміщення. Зроблено висновок. Бібл. 7, рис. 5. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2020-06-28 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/252 10.36296/1819-8058.2020.2(61).28-33 Vidnovluvana energetika ; No. 2(61) (2020): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 28-33 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2(61) (2020): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 28-33 Відновлювана енергетика; № 2(61) (2020): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 28-33 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2020.2(61) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/252/179 Copyright (c) 2020 D. Bondarenko https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | optoelectronic load LED laser equivalent circuits electric model accumulator solar pv-element simulation. Bondarenko, D. SIMULATION OF OPTOELECTRONIC LOAD POWERED BY PHOTOCELL AND BATTERY |
| title | SIMULATION OF OPTOELECTRONIC LOAD POWERED BY PHOTOCELL AND BATTERY |
| title_alt | МОДЕЛЮВАННЯ ОПТОЕЛЕКТРОННОГО НАВАНТАЖЕННЯ, ЯКЕ ЖИВИТЬСЯ ВІД ФОТОЕЛЕМЕНТА ТА АКУМУЛЯТОРА |
| title_full | SIMULATION OF OPTOELECTRONIC LOAD POWERED BY PHOTOCELL AND BATTERY |
| title_fullStr | SIMULATION OF OPTOELECTRONIC LOAD POWERED BY PHOTOCELL AND BATTERY |
| title_full_unstemmed | SIMULATION OF OPTOELECTRONIC LOAD POWERED BY PHOTOCELL AND BATTERY |
| title_short | SIMULATION OF OPTOELECTRONIC LOAD POWERED BY PHOTOCELL AND BATTERY |
| title_sort | simulation of optoelectronic load powered by photocell and battery |
| topic | optoelectronic load LED laser equivalent circuits electric model accumulator solar pv-element simulation. |
| topic_facet | optoelectronic load LED laser equivalent circuits electric model accumulator solar pv-element simulation. оптоелектронне навантаження лазер світлодіод еквівалентні схеми електрична модель акумулятор сонячний фотое-лемент моделювання. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/252 |
| work_keys_str_mv | AT bondarenkod simulationofoptoelectronicloadpoweredbyphotocellandbattery AT bondarenkod modelûvannâoptoelektronnogonavantažennââkeživitʹsâvídfotoelementataakumulâtora |