چه چیزی سیستم فتوولتاییک خورشیدی است

یک سلول خورشیدی تک نمی‌تواند خروجی مورد نیاز را فراهم کند. بنابراین برای افزایش سطح خروجی قدرت یک سیستم فوتوولتائیک، باید تعدادی از چنین سلول‌های خورشیدی فوتوولتائیک را به هم متصل کرد. یک ماژول خورشیدی معمولاً تعداد کافی از سلول‌های خورشیدی را به صورت سری به هم متصل می‌کند تا ولتاژ و قدرت استاندارد مورد نیاز را فراهم کند. یک ماژول خورشیدی می‌تواند از ۳ وات تا ۳۰۰ وات دارای رتبه‌بندی باشد. ماژول‌های خورشیدی یا ماژول‌های فوتوولتائیک به عنوان بلوک‌های ساختمانی اساسی در دسترس تجاری برای یک سیستم تولید انرژی الکتریکی خورشیدی موجود هستند.
در واقع یک سلول خورشیدی فوتوولتائیک تنها مقدار بسیار کوچکی از حدود ۰.۱ وات تا ۲ وات تولید می‌کند. اما استفاده از چنین واحد پایین قدرتی به عنوان بلوک ساختمانی یک سیستم عملی نیست. بنابراین تعداد مورد نیاز از چنین سلول‌هایی به صورت مشترک ترکیب می‌شوند تا یک واحد خورشیدی تجاری عملی شکل بگیرد که به آن ماژول خورشیدی یا ماژول فوتوولتائیک می‌گویند.

در یک ماژول خورشیدی، سلول‌های خورشیدی به همان طریقی که واحد‌های سلولی باتری در یک سیستم بانک باتری متصل می‌شوند، به هم متصل می‌شوند. این بدان معناست که ترمینال‌های مثبت یک سلول به ترمینال‌های منفی سلول بعدی متصل می‌شوند و ولتاژ ماژول خورشیدی به سادگی مجموع ولتاژ سلول‌هایی است که به صورت سری در ماژول متصل شده‌اند.

ولتاژ عادی خروجی یک سلول خورشیدی حدود ۰.۵ ولت است، بنابراین اگر ۶ سلول چنینی به صورت سری به هم متصل شوند، ولتاژ خروجی سلول‌ها ۰.۵ × ۶ = ۳ ولت خواهد بود.

رتبه‌بندی ماژول خورشیدی

خروجی از یک ماژول خورشیدی به شرایطی مانند دمای محیط و شدت نور ورودی بستگی دارد. بنابراین رتبه‌بندی یک ماژول خورشیدی باید تحت چنین شرایطی مشخص شود. این روش استاندارد است که رتبه‌بندی ماژول فوتوولتائیک یا خورشیدی را در دمای ۲۵oC و شدت نوری ۱۰۰۰ وات بر متر مربع بیان کنیم. ماژول‌های خورشیدی با ولتاژ بازداری (Voc)، جریان کوتاه‌مدار (Isc) و قدرت اوج (Wp) رتبه‌بندی می‌شوند.

این به این معناست که این سه پارامتر (Voc, Isc و Wp) می‌توانند به صورت ایمن توسط یک ماژول خورشیدی در دمای ۲۵oC و شدت نوری ۱۰۰۰ وات بر متر مربع تحویل داده شوند.
این شرایط یعنی دمای ۲۵oC و شدت نوری ۱۰۰۰ وات بر متر مربع به طور جمعی به عنوان شرایط آزمایشی استاندارد شناخته می‌شوند.
شرایط آزمایشی استاندارد ممکن است در محلی که ماژول‌های خورشیدی نصب می‌شوند، در دسترس نباشند. زیرا شدت نور و دمای هوا با مکان و زمان متفاوت است.

ویژگی V-I ماژول خورشیدی

اگر یک نمودار رسم کنیم که محور X آن ولتاژ و محور Y آن جریان یک ماژول خورشیدی باشد، آنگاه این نمودار ویژگی V-I یک ماژول خورشیدی را نشان می‌دهد.

جریان کوتاه‌مدار ماژول فوتوولتائیک

تحت شرایط آزمایشی استاندارد، ترمینال‌های مثبت و منفی یک ماژول خورشیدی به هم کوتاه مدار می‌شوند، آنگاه جریان تحویل داده شده توسط ماژول جریان کوتاه‌مدار است. مقدار بزرگ‌تر این جریان نشان‌دهنده بهبود ماژول است.
هرچند تحت شرایط آزمایشی استاندارد، این جریان نیز به مساحت ماژولی که به نور مواجه است بستگی دارد. از آنجا که به مساحت بستگی دارد، بهتر است آن را با جریان کوتاه‌مدار بر واحد مساحت بیان کنیم.
این به صورت Jsc نشان داده می‌شود.
بنابراین،
که A مساحت ماژولی است که به نور استاندارد (۱۰۰۰ وات بر متر مربع) مواجه است. جریان کوتاه‌مدار یک ماژول فوتوولتائیک نیز به تکنولوژی تولید سلول‌های خورشیدی بستگی دارد.

ولتاژ بازداری (Voc)

ولتاژ خروجی یک ماژول خورشیدی تحت شرایط آزمایشی استاندارد، وقتی ترمینال‌های ماژول با هیچ باری متصل نیستند. این رتبه‌بندی ماژول خورشیدی عمدتاً به تکنولوژی استفاده شده برای تولید سلول‌های خورشیدی ماژول بستگی دارد. ولتاژ بالاتر Voc نشان‌دهنده بهبود ماژول خورشیدی است. این ولتاژ بازداری یک ماژول خورشیدی نیز به دمای عملیاتی بستگی دارد.

نقطه قدرت حداکثری

این مقدار حداکثر قدرتی است که ماژول می‌تواند تحت شرایط آزمایشی استاندارد تحویل دهد. برای یک ابعاد ثابت از ماژول، هرچه قدرت حداکثری بیشتر باشد، ماژول بهتر است. قدرت حداکثری نیز به عنوان قدرت اوج شناخته می‌شود و با Wm یا Wp نشان داده می‌شود.
یک ماژول خورشیدی می‌تواند در هر ترکیب ولتاژ و جریانی تا Voc و Isc عمل کند.
اما برای یک ترکیب خاص از جریان و ولتاژ تحت شرایط استاندارد، خروجی قدرت حداکثر است. اگر از محور y نمودار V-I یک ماژول خورشیدی حرکت کنیم، خروجی قدرت تقریباً خطی با جریان افزایش می‌یابد اما پس از یک جریان خاص خروجی قدرت کاهش می‌یابد زیرا به جریان کوتاه‌مدار نزدیک می‌شود و در حالت کوتاه‌مدار ولتاژ بین ترمینال‌های ماژول خورشیدی صفر در نظر گرفته می‌شود. بنابراین واضح است که خروجی قدرت حداکثری یک ماژول خورشیدی در جریان حداکثری یعنی جریان کوتاه‌مدار رخ نمی‌دهد بلکه در یک جریان کمتر از جریان کوتاه‌مدار (Isc) رخ می‌دهد. این جریان که در آن خروجی قدرت حداکثری رخ می‌دهد با Im نشان داده می‌شود.
به طور مشابه خروجی قدرت حداکثری یک سلول خورشیدی در ولتاژ بازداری رخ نمی‌دهد زیرا در حالت بازداری جریان از طریق سلول صفر در نظر گرفته می‌شود. اما به طور مشابه با مورد قبلی، خروجی قدرت حداکثری در یک ماژول خورشیدی در ولتاژ کمتر از ولتاژ بازداری (Voc) رخ می‌دهد. ولتاژی که در آن خروجی قدرت حداکثری رخ می‌دهد با Vm نشان داده می‌شود. خروجی قدرت حداکثری یک ماژول خورشیدی به صورت زیر داده می‌شود

جریان و ولتاژی که در آن خروجی قدرت حداکثری رخ می‌دهد به ترتیب به عنوان جریان و ولتاژ در نقطه قدرت حداکثری شناخته می‌شوند.

فاکتور پر شدن یک ماژول خورشیدی