Una singola cella solare non può fornire l'output richiesto. Per aumentare il livello di potenza di un sistema fotovoltaico, è necessario connettere un certo numero di tali celle fotovoltaiche. Un modulo solare è normalmente costituito da un numero sufficiente di celle solari connesse in serie per fornire la tensione e la potenza standard richieste. Un modulo solare può essere classificato da 3 watt a 300 watt. I moduli solari o i moduli PV sono i blocchi di base commercialmente disponibili per un sistema di generazione di energia elettrica solare.
In realtà, una singola cella fotovoltaica genera una quantità molto piccola, intorno a 0,1 watt a 2 watt. Tuttavia, non è pratico utilizzare tale unità di bassa potenza come blocco di base di un sistema. Quindi, il numero necessario di tali celle viene combinato insieme per formare un'unità solare commercialmente pratica, nota come modulo solare o modulo PV.
In un modulo solare, le celle solari sono connesse nello stesso modo in cui le unità di celle di batteria in un sistema di banca di batterie. Ciò significa che i terminali positivi di una cella sono connessi ai terminali negativi della cella successiva. La tensione del modulo solare è semplicemente la somma delle tensioni delle singole celle connesse in serie nel modulo.
La tensione di uscita normale di una cella solare è approssimativamente 0,5 V, quindi se 6 tali celle sono connesse in serie, la tensione di uscita del modulo sarebbe 0,5 × 6 = 3 Volt.
L'uscita da un modulo solare dipende da alcune condizioni, come la temperatura ambiente e l'intensità della luce incidente. Pertanto, la classificazione di un modulo solare deve essere specificata in tali condizioni. È pratica standard esprimere la classificazione di un modulo PV o solare a 25°C di temperatura e 1000 W/m² di radiazione luminosa. I moduli solari sono classificati con la loro tensione aperta (Voc), corrente a cortocircuito (Isc) e potenza massima (Wp).
Ciò significa che questi tre parametri (Voc, Isc e Wp) possono essere forniti da un modulo solare in sicurezza a 25°C e 1000 W/m² di radiazione solare.
Queste condizioni, cioè 25°C di temperatura e 1000 W/m² di radiazioni solari, sono collettivamente chiamate Condizioni Standard di Prova.
Le Condizioni Standard di Prova potrebbero non essere disponibili sul sito dove i moduli solari devono essere installati. Questo perché le radiazioni solari e la temperatura variano in base alla localizzazione e al tempo.
Se tracciamo un grafico prendendo l'asse X come asse di tensione e l'asse Y come correnti di un modulo solare, il grafico rappresenterà la caratteristica V-I di un modulo solare.
Sotto le Condizioni Standard di Prova, i terminali positivo e negativo di un modulo solare sono cortocircuitati, allora la corrente fornita dal modulo è la corrente a cortocircuito. Un valore maggiore di questa corrente indica una migliore qualità del modulo.
Anche sotto le condizioni standard di prova, questa corrente dipende dall'area del modulo esposta alla luce. Poiché dipende dall'area, è meglio esprimerla come corrente a cortocircuito per unità di area.
Questo è denotato come Jsc.
Pertanto,
Dove, A è l'area del modulo esposta alla radiazione luminosa standard (1000 W/m²). La corrente a cortocircuito di un modulo PV dipende anche dalla tecnologia di produzione delle celle solari.
La tensione di uscita di un modulo solare sotto le condizioni standard di prova, quando i terminali del modulo non sono collegati a nessun carico. Questa classificazione del modulo solare dipende principalmente dalla tecnologia utilizzata per produrre le celle solari del modulo. Una maggiore Voc indica una migliore qualità del modulo solare. Questa tensione aperta di un modulo solare dipende anche dalla temperatura di funzionamento.
Questa è la massima quantità di potenza che può fornire il modulo sotto le Condizioni Standard di Prova. Per una dimensione fissa del modulo, maggiore è la potenza massima, migliore è il modulo. La potenza massima è anche chiamata potenza di picco e viene denotata come Wm o Wp.
Un modulo solare può essere operato in qualsiasi combinazione di tensione e corrente fino a Voc e Isc.
Tuttavia, per una particolare combinazione di corrente e tensione sotto le condizioni standard, l'uscita di potenza è massima. Se procediamo lungo l'asse y della caratteristica V-I di un modulo solare, troveremo che l'uscita di potenza aumenta quasi linearmente con la corrente, ma dopo una certa corrente, l'uscita di potenza diminuirà man mano che si avvicina alla corrente a cortocircuito, poiché in condizioni di cortocircuito la tensione è considerata idealmente zero tra i terminali del modulo solare. Quindi, è chiaro che la massima potenza di uscita di un modulo solare non si verifica alla corrente massima, cioè alla corrente a cortocircuito, ma si verifica a una corrente inferiore alla corrente a cortocircuito (Isc). Questa corrente a cui si verifica la massima potenza di uscita è denotata come Im.
Analogamente, la massima potenza di una cella solare non si verifica alla tensione aperta, poiché in condizioni di circuito aperto la corrente attraverso la cella è considerata idealmente zero. Ma, come nel caso precedente, la massima potenza in un modulo solare si verifica a una tensione inferiore alla tensione aperta (Voc). La tensione a cui si verifica la massima potenza di uscita è denotata come Vm. La massima potenza di un modulo solare è data da
La corrente e la tensione a cui si verifica la massima potenza sono rispettivamente indicate come corrente e tensione al punto di massima potenza.
Il fattore di riempiemento di un modulo solare è definito come il rapporto tra la potenza massima (Pm = Vm x Im) e il prodotto della tensione aperta (Voc) e la corrente a cortocircuito (Isc).
Più alto è il Fattore di Riempiemento (FF), migliore è il modulo solare.
