Uma única célula solar não pode fornecer a saída útil necessária. Portanto, para aumentar o nível de potência de um sistema fotovoltaico, é necessário conectar um número dessas células solares PV. Um módulo solar normalmente é conectado em série com um número suficiente de células solares para fornecer a tensão e potência padrão desejadas. Um módulo solar pode ter uma classificação de 3 watts a 300 watts. Os módulos solares ou módulos PV são os blocos de construção básicos comercialmente disponíveis de um sistema de geração de energia elétrica solar.
Na verdade, uma única célula solar PV gera uma quantidade muito pequena, que varia de 0,1 watt a 2 watts. Mas não é prático usar tal unidade de baixa potência como bloco de construção de um sistema. Portanto, o número necessário dessas células é combinado para formar uma unidade solar comercialmente prática, conhecida como módulo solar ou módulo PV.
Em um módulo solar, as células solares são conectadas da mesma forma que as unidades de células de bateria em um sistema de banco de baterias. Isso significa que os terminais positivos de uma célula estão conectados aos terminais negativos da célula seguinte. A tensão do módulo solar é a soma simples das tensões das células individuais conectadas em série no módulo.
A tensão de saída normal de uma célula solar é aproximadamente 0,5 V, portanto, se 6 células forem conectadas em série, a tensão de saída seria 0,5 × 6 = 3 Volts.
A saída de um módulo solar depende de algumas condições, como temperatura ambiente e intensidade da luz incidente. Portanto, a classificação de um módulo solar deve ser especificada nessas condições. É prática padronizada expressar a classificação de um módulo PV ou solar a 25oC de temperatura e 1000 w/m2 de radiação luminosa. Os módulos solares são classificados com sua tensão de circuito aberto (Voc), corrente de curto-circuito (Isc) e potência máxima (Wp).
Isso significa que esses três parâmetros (Voc, Isc e Wp) podem ser fornecidos por um módulo solar de forma segura a 25oC e 1000 w/m2 de radiação solar.
Essas condições, ou seja, 25oC de temperatura e 1000 w/m2 de radiação solar, são coletivamente chamadas de Condições Padrão de Teste.
As Condições Padrão de Teste podem não estar disponíveis no local onde os módulos solares serão instalados, pois a radiação solar e a temperatura variam com a localização e o tempo.
Se traçarmos um gráfico tomando o eixo X como o eixo de tensão e o eixo Y como as correntes de um módulo solar, o gráfico representará a característica V-I do módulo solar.
Sob as Condições Padrão de Teste, os terminais positivo e negativo de um módulo solar são colocados em curto-circuito, então a corrente fornecida pelo módulo é a corrente de curto-circuito. Um valor maior dessa corrente indica um módulo melhor.
Ainda sob as condições padrão de teste, essa corrente também depende da área do módulo exposta à luz. Como depende da área, é melhor expressar a corrente de curto-circuito por unidade de área.
Isso é denotado como Jsc.
Portanto,
Onde, A é a área do módulo exposta à radiação luminosa padrão (1000w/m2). A corrente de curto-circuito de um módulo PV também depende da tecnologia de fabricação das células solares.
A tensão de saída de um módulo solar sob as condições padrão de teste, quando os terminais do módulo não estão conectados a nenhuma carga. Essa classificação do módulo solar depende principalmente da tecnologia usada para fabricar as células solares do módulo. Uma Voc maior indica um módulo solar melhor. Esta tensão de circuito aberto de um módulo solar também depende da temperatura de operação.
Esta é a quantidade máxima de potência que o módulo pode entregar sob as Condições Padrão de Teste. Para uma dimensão fixa do módulo, quanto maior a potência máxima, melhor o módulo. A potência máxima também é chamada de potência de pico e é denotada como Wm ou Wp.
Um módulo solar pode ser operado em qualquer combinação de tensão e corrente até Voc e Isc.
Mas para uma combinação específica de corrente e tensão sob condições padrão, a potência de saída é máxima. Se seguirmos o eixo Y da característica V-I de um módulo solar, veremos que a potência de saída aumenta quase linearmente com a corrente, mas após uma certa corrente, a potência de saída cai conforme se aproxima da corrente de curto-circuito, pois, na condição de curto-circuito, a tensão é considerada idealmente zero nos terminais do módulo solar. Portanto, está claro que a potência de saída máxima de um módulo solar não ocorre na corrente máxima, ou seja, a corrente de curto-circuito, mas sim em uma corrente menor que a corrente de curto-circuito (Isc). Essa corrente na qual a potência de saída máxima ocorre é denotada como Im.
Da mesma forma, a potência máxima de uma célula solar não ocorre na tensão de circuito aberto, pois é uma condição de circuito aberto e a corrente através da célula é considerada idealmente zero. Mas, da mesma forma que no caso anterior, a potência máxima em um módulo solar ocorre em uma tensão menor que a tensão de circuito aberto (Voc). A tensão na qual a potência de saída máxima ocorre é denotada como Vm. A potência máxima de um módulo solar é dada por
A corrente e a tensão nas quais a potência máxima ocorre são referidas, respectivamente, como corrente e tensão no ponto de potência máxima.
O fator de preenchimento de um módulo solar é definido como a razão entre a potência máxima (Pm = Vm x Im) e o produto da tensão de circuito aberto (Voc) e a corrente de curto-circuito (Isc).
Quanto maior o Fator de Preenchimento (FF), melhor é o módulo solar.
