Wat is een zonnepaneel?

Een enkele zonnecel kan de vereiste bruikbare uitvoer niet leveren. Om het uitvoerniveau van een PV-systeem te verhogen, is het nodig om een aantal dergelijke PV-zonnecellen met elkaar te verbinden. Een zonnepaneel bestaat doorgaans uit een voldoende aantal in serie verbonden zonnecellen om de vereiste standaarduitvoerspanning en -kracht te leveren. Een zonnepaneel kan geclassificeerd worden van 3 watt tot 300 watt. De zonnepanelen of PV-panelen zijn de commercieel beschikbare basisbouwstenen van een zonne-energieopwekkingsysteem.
Eigenlijk levert een enkele zonnecel een zeer kleine hoeveelheid op, ongeveer 0,1 watt tot 2 watt. Maar het is niet praktisch om zo'n laag vermogeneenheid als bouwsteen van een systeem te gebruiken. Daarom worden het benodigde aantal van dergelijke cellen samengevoegd om een praktisch commercieel beschikbaar zonne-eenheid te vormen, bekend als zonnepaneel of PV-paneel.

In een zonnepaneel zijn de zonnecellen op dezelfde manier verbonden als de batterijcelunits in een batterijbank. Dat betekent dat de positieve terminals van één cel verbonden zijn aan de negatieve terminalspanning van het zonnepaneel. De spanning van het zonnepaneel is eenvoudigweg de som van de spanning van de individuele in serie verbonden cellen in het paneel.

De normale uitvoerspanning van een zonnecel is ongeveer 0,5 V, dus als 6 dergelijke cellen in serie zijn verbonden, zou de uitvoerspanning van de cel 0,5 × 6 = 3 Volt zijn.

Ratings van Zonnepaneel

De uitvoer van een zonnepaneel hangt af van bepaalde omstandigheden zoals de omgevingstemperatuur en de intensiteit van het incidentele licht. Daarom moet de rating van een zonnepaneel onder dergelijke omstandigheden worden gespecificeerd. Het is een gestandaardiseerde praktijk om de rating van een PV- of zonnepaneel uit te drukken bij 25oC temperatuur en 1000 w/m2 lichtstraling. De zonnepanelen worden gerateerd met hun open-circuitspanning (Voc), kortsluitspanning (Isc) en piekvermogen (Wp).

Dat betekent dat deze drie parameters (Voc, Isc en Wp) veilig door een zonnepaneel kunnen worden geleverd bij 25oC en 1000 w/m2 zonnestraling.
Deze omstandigheden, namelijk 25oC temperatuur en 1000 w/m2 zonnestraling, worden gezamenlijk Standaard Test Condities genoemd.
De Standaard Test Condities kunnen op de plaats waar de zonnepanelen geïnstalleerd moeten worden, niet beschikbaar zijn. Dit komt omdat de zonnestraling en de temperatuur variëren met locatie en tijd.

V-I Kenmerk van Zonnepaneel

Als we een grafiek tekenen met de X-as als spanningsas en de Y-as als stroom van een zonnepaneel, dan zal de grafiek het V-I kenmerk van een zonnepaneel voorstellen.

Kortsluitstroom van PV-paneel

Onder Standaard Test Condities worden de positieve en negatieve terminals van een zonnepaneel kortgesloten, dan is de stroom die door het paneel wordt geleverd de kortsluitstroom. Een grotere waarde van deze stroom geeft aan dat het paneel beter is.
Ook onder standaard testcondities hangt deze stroom af van het oppervlak van het paneel dat blootgesteld is aan het licht. Omdat het afhangt van het oppervlak, is het beter om de kortsluitstroom per eenheid oppervlak uit te drukken.
Dit wordt aangeduid als Jsc.
Dus,
Waarbij A het oppervlak van het paneel is dat blootgesteld is aan de standaard lichtstraling (1000 w/m2). De kortsluitstroom van een PV-paneel hangt ook af van de productietechnologie van de zonnecellen.

Open Circuit Spanning (Voc)

De spanningsoptelling van een zonnepaneel onder standaard testcondities, wanneer de terminals van de panelen niet met een belasting zijn verbonden. Deze rating van het zonnepaneel hangt voornamelijk af van de technologie die wordt gebruikt om de zonnecellen van het paneel te produceren. Een hogere Voc geeft aan dat het zonnepaneel beter is. Deze open circuitspanning van een zonnepaneel hangt ook af van de bedrijfstemperatuur.

Maximum Power Point

Dit is de maximale hoeveelheid energie die het paneel kan leveren onder Standaard Test Condities. Voor een vaste dimensie van een paneel, hoe hoger de maximale kracht, des te beter het paneel. Maximale kracht wordt ook wel piekvermogen genoemd en wordt aangeduid als Wm of Wp.
Een zonnepaneel kan worden bediend met elke combinatie van spanning en stroom tot Voc en Isc.
Maar voor een bepaalde combinatie van stroom en spanning onder standaardcondities is de uitvoerkracht maximaal. Als we langs de y-as van het V-I kenmerk van een zonnepaneel gaan, zullen we zien dat de uitvoerkracht bijna lineair toeneemt met de stroom, maar na een bepaalde stroom daalt de uitvoerkracht als het nadert naar de kortsluitstroom, omdat de spanning bij kortsluiting als ideaal nul wordt beschouwd over de terminals van het zonnepaneel. Dus is duidelijk dat de maximale uitvoerkracht van een zonnepaneel niet optreedt bij de maximale stroom, namelijk de kortsluitstroom, maar in plaats daarvan optreedt bij een stroom die minder is dan de kortsluitstroom (Isc). Deze stroom waarbij de maximale uitvoerkracht optreedt, wordt aangeduid als Im.
Op dezelfde manier treedt de maximale kracht van een zonnecel niet op bij de open circuitspanning, omdat dit de open circuitconditie is en de stroom door de cel als ideaal nul wordt beschouwd. Maar net als in het vorige geval, treedt de maximale kracht in een zonnepaneel op bij een spanning die lager is dan de open circuitspanning (Voc). De spanning waarbij de maximale uitvoerkracht optreedt, wordt aangeduid als Vm. De maximale kracht van een zonnepaneel wordt gegeven als

De stroom en spanning waarbij de maximale kracht optreedt, worden respectievelijk aangeduid als stroom en spanning bij het maximum power point.

Vullingsfactor van een Zonnepaneel

De vullingsfactor van een zonnepaneel wordt gedefinieerd als het verhouding van de maximale kracht (Pm = Vm x Im) tot het product van de open circuitspanning (Voc) en de kortsluitstroom (Isc).

Hoe hoger de vullingsfactor (FF), des te beter het zonnepaneel.