لا يمكن لخلية شمسية واحدة أن توفر الإخراج المطلوب. ولزيادة مستوى قوة نظام الطاقة الشمسية، يجب ربط عدد من هذه الخلايا الشمسية. عادةً ما يتم ربط عدد كافٍ من الخلايا الشمسية في وحدة شمسية لتوفير الجهد والقوة القياسية المطلوبة. يمكن تصنيف الوحدة الشمسية الواحدة من 3 واط إلى 300 واط. الوحدات الشمسية أو الوحدات الضوئية هي الوحدات الأساسية المتاحة تجارياً لنظام توليد الكهرباء الشمسي.
في الواقع، تنتج الخلية الشمسية الفردية كمية ضئيلة جداً تتراوح بين 0.1 واط إلى 2 واط. ولكن ليس عملياً استخدام مثل هذا الوحدة ذات القوة المنخفضة كوحدة بناء لنظام. لذلك، يتم دمج عدد محدد من هذه الخلايا معًا لتشكيل وحدة شمسية متاحة تجارياً عملية تعرف بـ الوحدة الشمسية أو الوحدة الضوئية.
في الوحدة الشمسية، يتم ربط الخلايا الشمسية بنفس الطريقة التي يتم بها ربط وحدات البطاريات في نظام بنك البطاريات. وهذا يعني أن الأطراف الموجبة لأحد الخلايا ترتبط بالأطراف السالبة للخلية التالية. وبالتالي، يكون الجهد الكلي للوحدة الشمسية هو مجموع جهود الخلايا المرتبطة على التوالي في الوحدة.
عادةً ما يكون الجهد الخرجي للخلية الشمسية حوالي 0.5 فولت، لذا إذا تم ربط 6 خلايا بهذه الطريقة فإن الجهد الخرجي سيكون 0.5 × 6 = 3 فولت.
يعتمد الإخراج من الوحدة الشمسية على بعض الظروف مثل درجة الحرارة المحيطة وشدة الضوء المستقبَل. لذا يجب تحديد تقييم الوحدة الشمسية تحت هذه الظروف. ومن الممارسات المعتادة التعبير عن تقييم الوحدة الضوئية أو الوحدة الشمسية عند درجة حرارة 25°س وشعاع ضوء شمسي قدره 1000 واط/متر مربع. يتم تصنيف الوحدات الشمسية بمخرجاتها من الجهد المفتوح (Voc)، التيار القصير (Isc) والقوة القصوى (Wp).
وهذا يعني أن هذه الثلاثة معلمات (Voc, Isc و Wp) يمكن أن تقدم بأمان بواسطة الوحدة الشمسية عند درجة حرارة 25°س وإشعاع شمسي قدره 1000 واط/متر مربع.
تعتبر هذه الظروف، أي درجة حرارة 25°س وإشعاع شمسي قدره 1000 واط/متر مربع، مجتمعة باسم الظروف القياسية للاختبار.
قد لا تكون الظروف القياسية للاختبار متاحة في الموقع حيث سيتم تركيب الوحدات الشمسية. هذا بسبب تغير الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة حسب الموقع والوقت.
إذا رسمنا رسم بياني باعتبار المحور X محور الجهد والمحور Y محور التيار للوحدة الشمسية، فإن الرسم البياني سيوضح خصائص الجهد-التيار للوحدة الشمسية.
تحت الظروف القياسية للاختبار، عندما يتم توصيل طرفي الوحدة الشمسية بشكل مباشر، يكون التيار الذي يُسلم بواسطة الوحدة هو التيار القصير. القيمة الأكبر لهذا التيار تشير إلى جودة أفضل للوحدة.
ومع ذلك، تحت الظروف القياسية، يعتمد هذا التيار أيضاً على المساحة المعرضة للضوء. بما أنه يعتمد على المساحة، فمن الأفضل التعبير عنه بالتيار القصير لكل وحدة مساحة.
يُرمز له بـ Jsc.
لذلك،
حيث A هي المساحة المعرضة للضوء القياسي (1000 واط/متر مربع). يعتمد التيار القصير للوحدة الضوئية أيضًا على تقنية تصنيع الخلايا الشمسية.
هو الجهد الخرجي للوحدة الشمسية تحت الظروف القياسية للاختبار، عندما لا يتم توصيل طرفي الوحدة بأي حمل. يعتمد هذا التقييم بشكل أساسي على التقنية المستخدمة في تصنيع خلايا الوحدة الشمسية. كلما كان Voc أعلى، كان الوحدة الشمسية أفضل. يعتمد الجهد المفتوح للوحدة الشمسية أيضًا على درجة الحرارة التشغيلية.
هذه هي الكمية القصوى من القوة التي يمكن أن تقدمها الوحدة تحت الظروف القياسية للاختبار. بالنسبة لبعد ثابت للوحدة، كلما كانت القوة القصوى أعلى، كان الوحدة أفضل. تُسمى القوة القصوى أيضًا القوة الذروية وتُرمز لها بـ Wm أو Wp.
يمكن تشغيل الوحدة الشمسية بأي تركيبة من الجهد والتيار حتى Voc و Isc.
ولكن لتركيبة معينة من الجهد والتيار تحت الظروف القياسية، يكون القوة الخرجية القصوى. إذا تابعنا عبر المحور Y لخصائص الجهد-التيار للوحدة الشمسية، سنجد أن القوة الخرجية تزداد بشكل تقريبي خطياً مع التيار، ولكن بعد تيار معين ستقل القوة الخرجية حيث تقترب من التيار القصير لأن الجهد يعتبر صفرًا مثاليًا عبر طرفي الوحدة الشمسية عند حالة التيار القصير. لذا من الواضح أن القوة الخرجية القصوى للوحدة الشمسية لا تحدث عند التيار الأقصى (التيار القصير) بل تحدث عند تيار أقل من التيار القصير (Isc). يتم رمز التيار الذي يحدث فيه القوة الخرجية القصوى بـ Im.
وبالمثل، لا تحدث القوة القصوى للخلية الشمسية عند الجهد المفتوح لأنه في حالة الجهد المفتوح يعتبر التيار عبر الخلية صفرًا مثاليًا. ولكن كما في الحالة السابقة، تحدث القوة القصوى في الوحدة الشمسية عند جهد أقل من الجهد المفتوح (Voc). يتم رمز الجهد الذي يحدث فيه القوة الخرجية القصوى بـ Vm. القوة القصوى للوحدة الشمسية تعطى كـ
يشار إلى التيار والجهد الذي يحدث فيه القوة القصوى بالتالي: التيار والجهد عند نقطة القوة القصوى.
يُعرف عامل الملء للوحدة الشمسية بأنه نسبة القوة القصوى (Pm = Vm x Im) إلى حاصل ضرب الجهد المفتوح (Voc) والتيار القصير (Isc).
كلما كان عامل الملء (FF) أعلى، كان الوحدة الشمسية أفضل.
تُعرَّف كفاءة الوحدة الشمسية بأنها نسبة القوة القصوى تحت الظروف القياسية للاختبار إلى القوة الداخلة. القوة الداخلة للوحدة الشمسية هي الإشعاع الشمسي والذي يعتبر 1000 واط/متر مربع. لذا، القوة الداخلة الفعلية للخلية هي 1000A واط. حيث A هي المساحة المعرضة للوحدة الشمسية.
لذلك، الكفاءة،
