Was ist ein Solar-Photovoltaik-Modul?
Eine einzelne Solarzelle kann nicht den erforderlichen nützlichen Ausgang liefern. Um die Leistung eines PV-Systems zu erhöhen, müssen eine bestimmte Anzahl solcher PV-Solarzellen verbunden werden. Ein Solarmodul besteht normalerweise aus einer genügend großen Anzahl von Solarzellen, die in Serie geschaltet sind, um die erforderliche Standardausgangsspannung und -leistung zu erzielen. Ein Solarmodul kann von 3 Watt bis 300 Watt bewertet sein. Die Solarmodule oder PV-Module sind die kommerziell verfügbaren Grundbausteine eines solaren elektrischen Energieerzeugungssystems.
Tatsächlich erzeugt eine einzelne Solar-PV-Zelle nur eine sehr geringe Menge, die etwa 0,1 Watt bis 2 Watt beträgt. Es ist jedoch nicht praktikabel, solch eine Niedrigleistungseinheit als Baustein eines Systems zu verwenden. Daher werden die erforderliche Anzahl solcher Zellen zusammengefasst, um eine praktisch nutzbare, kommerziell verfügbare Sonneneinheit zu bilden, die als Solarmodul oder PV-Modul bekannt ist.
In einem Solarmodul sind die Solarzellen auf die gleiche Weise wie die Batteriezellen in einem Batteriesystem verbunden. Das bedeutet, dass die positiven Pole einer Zelle mit den negativen Polen der nächsten Zelle verbunden sind. Die Spannung des Solarmoduls ist die einfache Summe der Spannungen der in Serie im Modul verbundenen Einzelzellen.
Die normale Ausgangsspannung einer Solarzelle beträgt etwa 0,5 V. Wenn also 6 solche Zellen in Serie verbunden sind, beträgt die Ausgangsspannung der Zelle 0,5 × 6 = 3 Volt.
Bewertung des Solarmoduls
Die Ausgabe eines Solarmoduls hängt von bestimmten Bedingungen ab, wie der Umgebungstemperatur und der Intensität des einfallenden Lichts. Daher muss die Bewertung eines Solarmoduls unter solchen Bedingungen spezifiziert werden. Es ist üblich, die Bewertung eines PV- oder Solarmoduls bei 25oC Temperatur und 1000 W/m2 Lichtstrahlung anzugeben. Die Solarmodule werden mit ihrer offenen Schaltkreisspannung (Voc), Kurzschlussstrom (Isc) und Spitzenleistung (Wp) bewertet.
Das bedeutet, diese drei Parameter (Voc, Isc und Wp) können von einem Solarmodul sicher bei 25oC und 1000 W/m2 Sonnenstrahlung geliefert werden.
Diese Bedingungen, nämlich 25oC Temperatur und 1000 W/m2 Sonnenstrahlung, werden kollektiv als Standardtestbedingungen bezeichnet.
Die Standardtestbedingungen können an dem Ort, an dem die Solarmodule installiert werden sollen, nicht verfügbar sein. Dies liegt daran, dass die Sonnenstrahlung und die Temperatur mit Standort und Zeit variieren.
V-I-Kennlinie des Solarmoduls
Wenn wir ein Diagramm zeichnen, indem wir die X-Achse als Spannung und die Y-Achse als Strom des Solarmoduls nehmen, dann stellt das Diagramm die V-I-Kennlinie des Solarmoduls dar.
Kurzschlussstrom des PV-Moduls
Unter Standardtestbedingungen werden die positiven und negativen Anschlüsse eines Solarmoduls kurzgeschlossen, dann wird der vom Modul gelieferte Strom als Kurzschlussstrom bezeichnet. Ein größerer Wert dieses Stroms deutet auf eine bessere Qualität des Moduls hin.
Allerdings hängt dieser Strom unter Standardtestbedingungen auch von der Fläche des Moduls ab, die dem Licht ausgesetzt ist. Da er von der Fläche abhängt, ist es besser, ihn durch den Kurzschlussstrom pro Flächeneinheit auszudrücken.
Dies wird als Jsc bezeichnet.
Daher,
Dabei ist A die Fläche des Moduls, die der Standardlichtstrahlung (1000 W/m2) ausgesetzt ist. Der Kurzschlussstrom eines PV-Moduls hängt auch von der Herstellungstechnologie der Solarzellen ab.
Offene Schaltkreisspannung (Voc)
Die Spannungsabgabe eines Solarmoduls unter Standardtestbedingungen, wenn die Anschlüsse des Moduls nicht mit einer Last verbunden sind. Diese Bewertung des Solarmoduls hängt hauptsächlich von der Technologie ab, die zur Herstellung der Solarzellen des Moduls verwendet wird. Eine höhere Voc deutet auf eine bessere Qualität des Solarmoduls hin. Diese offene Schaltkreisspannung eines Solarmoduls hängt auch von der Betriebstemperatur ab.
Maximaler Leistungspunkt
Dies ist die maximale Menge an Leistung, die das Modul unter Standardtestbedingungen liefern kann. Bei festen Abmessungen eines Moduls ist die höhere maximale Leistung besser. Die maximale Leistung wird auch Spitzenleistung genannt und wird als Wm oder Wp bezeichnet.
Ein Solarmodul kann in jeder Spannungs- und Stromkombination bis Voc und Isc betrieben werden.
Aber für eine bestimmte Spannungs- und Stromkombination unter Standardbedingungen ist die Ausgangsleistung maximal. Wenn wir entlang der Y-Achse der V-I-Kennlinie eines Solarmoduls fortschreiten, finden wir, dass die Leistungsausgabe fast linear mit dem Strom zunimmt, aber nach einem bestimmten Strom fällt die Leistungsausgabe, da sie sich dem Kurzschlussstrom nähert, bei dem die Spannung idealerweise Null über den Anschlüssen des Solarmoduls betrachtet wird. Es ist also klar, dass die maximale Ausgangsleistung eines Solarmoduls nicht bei maximalen Strom, d. h. Kurzschlussstrom (Isc), auftritt, sondern bei einem Strom, der kleiner als der Kurzschlussstrom (Isc) ist. Dieser Strom, bei dem die maximale Ausgangsleistung auftritt, wird als Im bezeichnet.
Ähnlich tritt die maximale Leistung einer Solarzelle nicht bei offener Schaltkreisspannung auf, da dies eine offene Schaltung ist und der Strom durch die Zelle idealerweise Null betrachtet wird. Aber ähnlich wie im vorherigen Fall tritt die maximale Leistung in einem Solarmodul bei einer Spannung auf, die niedriger als die offene Schaltkreisspannung (Voc) ist. Die Spannung, bei der die maximale Leistungsausgabe auftritt, wird als Vm bezeichnet. Die maximale Leistung eines Solarmoduls wird gegeben durch
Der Strom und die Spannung, bei denen die maximale Leistung auftritt, werden als Strom und Spannung am maximalen Leistungspunkt bezeichnet.
Füllfaktor eines Solarmoduls
Der Füllfaktor eines Solarmoduls ist definiert als das Verhältnis der maximalen Leistung (Pm = Vm x Im) zum Produkt der offenen Schaltkreisspannung (Voc) und des Kurzschlussstroms (Isc).
Je höher der Füllfaktor (FF), desto besser ist das Solarmodul.
