Què és un mòdul fotovoltaic solar?
Una sola cèl·lula fotovoltaica no pot proporcionar la sortida útil requerida. Per augmentar el nivell de potència d'un sistema fotovoltaic, cal connectar un nombre d'aquestes cèl·lules fotovoltaiques. Un mòdul solar normalment s'interconnecta amb un nombre suficient de cèl·lules solars per proporcionar la tensió i potència estàndard requerides. Un mòdul solar pot tenir una classificació de 3 watts a 300 watts. Els mòduls solars o mòduls PV són els blocs bàsics comercials disponibles d'un sistema de generació d'energia elèctrica solar.
De fet, una sola cèl·lula fotovoltaica genera una quantitat molt petita, que és d'uns 0,1 watt a 2 watts. Però no és pràctic utilitzar aquesta unitat de baixa potència com a bloc bàsic d'un sistema. Per tant, es combinen el nombre necessari d'aquestes cèl·lules per formar una unitat solar comercialment pràctica coneguda com a mòdul solar o mòdul PV.
En un mòdul solar, les cèl·lules solars estan connectades de la mateixa manera que les unitats de cèl·lules de bateria en un sistema de banc de bateries. Això significa que els terminals positius d'una cèl·lula es connecten als terminals negatius de l'altra. La tensió del mòdul solar és la suma de les tensions de les cèl·lules connectades en sèrie al mòdul.
La tensió de sortida normal d'una cèl·lula solar és aproximadament 0,5 V, per tant, si 6 cèl·lules es connecten en sèrie, la tensió de sortida seria 0,5 × 6 = 3 Volt.
Classificacions del Mòdul Solar
La sortida d'un mòdul solar depèn de condicions com la temperatura ambient i la intensitat de la llum incident. Per tant, la classificació d'un mòdul solar s'ha de especificar en aquestes condicions. És una pràctica estandarditzada expressar la classificació d'un mòdul PV o solar a 25oC de temperatura i 1000 w/m2 de radiació solar. Els mòduls solars es classifiquen amb la seva tensió de circuit obert (Voc), la corrent de circuit tancat (Isc) i la potència màxima (Wp).
Això significa que aquests tres paràmetres (Voc, Isc i Wp) poden ser entregats per un mòdul solar de manera segura a 25oC i 1000 w/m2 de radiacions solars.
Aquestes condicions, és a dir, 25oC de temperatura i 1000 w/m2 de radiacions solars, s'anomenen col·lectivament Condicions d'Prova Estàndard.
Les Condicions d'Prova Estàndard podrien no estar disponibles al lloc on s'instal·len els mòduls solars. Això és degut a que les radiacions solars i la temperatura varien amb la ubicació i el temps.
Característica V-I del Mòdul Solar
Si dibuixem un gràfic prenent l'eix X com a eix de tensió i l'eix Y com a corrents d'un mòdul solar, aleshores el gràfic representarà la característica V-I d'un mòdul solar.
Corrent de Circuit Tancat del Mòdul PV
Sota les Condicions d'Prova Estàndard, els terminals positius i negatius d'un mòdul solar es connecten en curtcircuí, aleshores la corrent entregada pel mòdul és la corrent de circuit tancat. Un valor més gran d'aquesta corrent indica millor qualitat del mòdul.
També sota les condicions d'prova estàndard, aquesta corrent també depèn de l'àrea del mòdul exposada a la llum. Com que depèn de l'àrea, és millor expressar-la com la corrent de circuit tancat per unitat d'àrea.
Això es denota com Jsc.
Així,
On, A és l'àrea del mòdul exposada a la radiació de llum estàndard (1000w/m2). La corrent de circuit tancat d'un mòdul PV també depèn de la tecnologia de fabricació de les cèl·lules solars.
Tensió de Circuit Obert (Voc)
La tensió de sortida d'un mòdul solar sota les Condicions d'Prova Estàndard, quan els terminals del mòdul no estan connectats a cap càrrega. Aquesta classificació del mòdul solar depèn principalment de la tecnologia utilitzada per fabricar les cèl·lules solars del mòdul. Una major Voc indica millor qualitat del mòdul solar. Aquesta tensió de circuit obert d'un mòdul solar també depèn de la temperatura d'operació.
Punt de Potència Màxima
Aquesta és la quantitat màxima de potència que pot entregar el mòdul sota les Condicions d'Prova Estàndard. Per a una dimensió fixa del mòdul, més alta la potència màxima, millor el mòdul. La potència màxima també es coneix com a potència màxima o pic i es denota com Wm o Wp.
Un mòdul solar es pot operar en qualsevol combinació de tensió i corrent fins a Voc i Isc.
Però per a una combinació específica de corrent i tensió sota les condicions estàndard, la potència de sortida és màxima. Si procedim a través de l'eix y de la característica V-I d'un mòdul solar, trobarem que la potència de sortida augmenta gairebé linealment amb la corrent, però després d'una certa corrent, la potència de sortida disminuirà quan s'apropi a la corrent de circuit tancat, ja que en aquesta condició la tensió es considera idealment zero entre els terminals del mòdul solar. Així, queda clar que la potència de sortida màxima d'un mòdul solar no ocorre a la corrent màxima, és a dir, la corrent de circuit tancat, sinó que ocorre a una corrent menor que la corrent de circuit tancat (Isc). Aquesta corrent en la qual ocorre la potència de sortida màxima es denota com Im.
De manera similar, la potència màxima d'una cèl·lula solar no ocorre a la tensió de circuit obert, ja que és una condició de circuit obert i la corrent a través de la cèl·lula es considera idealment zero. Però, de manera similar al cas anterior, la potència màxima en un mòdul solar ocorre a una tensió inferior a la tensió de circuit obert (Voc). La tensió en la qual ocorre la potència de sortida màxima es denota com Vm. La potència màxima d'un mòdul solar es dona com
La corrent i la tensió en les quals ocorre la potència màxima es refeeren respectivament com la corrent i la tensió al punt de potència màxima.
Factor de Rempliment d'un Mòdul Solar
El factor de rempliment d'un mòdul solar es defineix com la raó de la potència màxima (Pm = Vm x Im) al producte de la tensió de circuit obert (Voc) i la corrent de circuit tancat (Isc).
