Czym jest moduł fotowoltaiczny?

Jedna komórka słoneczna nie jest w stanie dostarczyć wymaganej użytecznej mocy. Aby zwiększyć poziom wyjściowej mocy systemu fotowoltaicznego, konieczne jest połączenie liczby takich komórek fotowoltaicznych. Moduł słoneczny jest normalnie szeregowo połączony z wystarczającą liczbą komórek słonecznych, aby zapewnić wymaganą standardową moc i napięcie. Jeden moduł słoneczny może być oceniany od 3 do 300 watów. Moduły słoneczne lub moduły PV są podstawowymi elementami budulcowymi komercyjnie dostępnych systemów generacji energii elektrycznej ze źródeł słonecznych.
W rzeczywistości jedna komórka fotowoltaiczna generuje bardzo małą ilość, około 0,1 do 2 watów. Jednak nie jest praktyczne używanie tak niskiej jednostki mocy jako elementu budulcowego systemu. Dlatego wymagana liczba takich komórek jest łączone w celu utworzenia praktycznie dostępnej komercyjnie jednostki słonecznej, znanej jako moduł słoneczny lub moduł PV.

W module słonecznym komórki są połączone w taki sam sposób, jak jednostki komórkowe baterii w systemie banku baterii. To oznacza, że dodatnie zakończenia jednej komórki są połączone z ujemnymi zakończeniami innej komórki. Napięcie modułu słonecznego jest prostą sumą napięć poszczególnych komórek połączonych szeregowo w module.

Normalne wyjściowe napięcie komórki słonecznej wynosi około 0,5 V, więc jeśli 6 takich komórek zostanie połączonych szeregowo, to napięcie wyjściowe komórki wyniesie 0,5 × 6 = 3 V.

Oceny modułu słonecznego

Wyjście z modułu słonecznego zależy od niektórych warunków, takich jak temperatura otoczenia i intensywność padającego światła. Dlatego ocena modułu słonecznego musi być określona w takich warunkach. Jest to standardowa praktyka, aby wyrazić ocenę modułu PV lub modułu słonecznego przy temperaturze 25oC i promieniowaniu słonecznym 1000 W/m2. Moduły słoneczne są oceniane na podstawie ich wyjściowego napięcia otwartego obwodu (Voc), prądu krótkiego obwodu (Isc) i maksymalnej mocy (Wp).

To oznacza, że te trzy parametry (Voc, Isc i Wp) mogą być dostarczane przez moduł słoneczny bezpiecznie przy 25oC i promieniowaniu słonecznym 1000 W/m2.
Te warunki, tj. temperatura 25oC i promieniowanie słoneczne 1000 W/m2, są zbiorczo nazywane Standardowymi Warunkami Testowymi.
Standardowe Warunki Testowe mogą nie być dostępne na miejscu, gdzie mają być zainstalowane moduły słoneczne. Wynika to z tego, że promieniowanie słoneczne i temperatura zmieniają się w zależności od lokalizacji i czasu.

Charakterystyka V-I modułu słonecznego

Jeśli narysujemy wykres, przyjmując oś X jako oś napięciową, a oś Y jako prądy modułu słonecznego, to wykres przedstawi charakterystykę V-I modułu słonecznego.

Prąd krótkiego obwodu modułu PV

W Standardowych Warunkach Testowych, dodatnie i ujemne zakończenia modułu słonecznego są skrócone, a prąd dostarczany przez moduł to prąd krótkiego obwodu. Większa wartość tego prądu wskazuje na lepszość modułu.
Chociaż w Standardowych Warunkach Testowych, ten prąd również zależy od powierzchni modułu narażonej na światło. Ponieważ zależy od powierzchni, lepiej jest go wyrazić jako prąd krótkiego obwodu na jednostkę powierzchni.
To oznaczane jest jako Jsc.
Zatem,
Gdzie A to powierzchnia modułu narażona na standardowe promieniowanie światła (1000 W/m2). Prąd krótkiego obwodu modułu PV również zależy od technologii produkcji komórek słonecznych.

Napięcie otwartego obwodu (Voc)

Napięcie wyjściowe modułu słonecznego w Standardowych Warunkach Testowych, gdy zakończenia modułu nie są połączone z żadnym obciążeniem. Ta ocena modułu słonecznego głównie zależy od technologii używanej do produkcji komórek słonecznych w module. Większe Voc wskazuje na lepszość modułu słonecznego. To napięcie otwartego obwodu modułu słonecznego również zależy od temperatury pracy.

Punkt maksymalnej mocy

To jest maksymalna ilość mocy, którą moduł może dostarczyć w Standardowych Warunkach Testowych. Dla stałych wymiarów modułu, im większa maksymalna moc, tym lepszy moduł. Maksymalna moc jest również nazywana mocą szczytową i oznaczana jako Wm lub Wp.
Moduł słoneczny może działać w dowolnym kombinacji napięcia i prądu, do Voc i Isc.
Ale dla określonej kombinacji prądu i napięcia w Standardowych Warunkach Testowych, wyjściowa moc jest maksymalna. Jeśli przejdziemy przez oś Y charakterystyki V-I modułu słonecznego, znajdziemy, że moc wyjściowa rośnie niemal liniowo z prądem, ale po osiągnięciu pewnego prądu moc wyjściowa spada, ponieważ zbliża się do prądu krótkiego obwodu, przy którym napięcie jest uważane za idealnie zerowe między zakończeniami modułu słonecznego. Zatem jasne jest, że maksymalna wyjściowa moc modułu słonecznego nie występuje przy maksymalnym prądzie, tj. prądzie krótkiego obwodu, a występuje przy pewnym prądzie, który jest mniejszy niż prąd krótkiego obwodu (Isc). Ten prąd, przy którym występuje maksymalna wyjściowa moc, oznaczany jest jako Im.
Podobnie, maksymalna moc komórki słonecznej nie występuje przy napięciu otwartego obwodu, ponieważ jest to stan otwartego obwodu, a prąd przez komórkę jest uważany za idealnie zerowy. Podobnie jak w poprzednim przypadku, maksymalna moc w module słonecznym występuje przy napięciu niższym niż napięcie otwartego obwodu (Voc). Napięcie, przy którym występuje maksymalna moc wyjściowa, oznaczane jest jako Vm. Maksymalna moc modułu słonecznego dana jest jako

Prąd i napięcie, przy których występuje maksymalna moc, są nazywane odpowiednio prądem i napięciem w punkcie maksymalnej mocy.

Wypełnienie modułu słonecznego

Wypełnienie modułu słonecznego definiuje się jako stosunek maksymalnej mocy (Pm = Vm x Im) do iloczynu napięcia otwartego obwodu (Voc) i prądu krótkiego obwodu (Isc).