Что такое солнечный фотоэлектрический модуль?

Одна солнечная ячейка не может обеспечить необходимый полезный выход. Поэтому для увеличения уровня выходной мощности системы ПВ необходимо соединить несколько таких солнечных ячеек ПВ. Солнечный модуль обычно состоит из последовательно соединенных достаточного количества солнечных ячеек, чтобы обеспечить требуемое стандартное выходное напряжение и мощность. Один солнечный модуль может иметь мощность от 3 Вт до 300 Вт. Солнечные модули или модули ПВ являются коммерчески доступными базовыми элементами системы генерации солнечной электрической энергии.
На самом деле одна солнечная ячейка ПВ генерирует очень маленькое количество энергии, примерно от 0,1 Вт до 2 Вт. Однако использование такого низкомощного блока в качестве элемента системы нецелесообразно. Поэтому необходимое количество таких ячеек объединяется вместе, чтобы сформировать практичный коммерчески доступный солнечный блок, известный как солнечный модуль или модуль ПВ.

В солнечном модуле солнечные ячейки соединены таким же образом, как и элементы батареи в системе аккумуляторов. Это означает, что положительные клеммы одной ячейки подключены к отрицательным клеммам следующей ячейки. Напряжение солнечного модуля является простой суммой напряжений индивидуальных ячеек, соединенных последовательно в модуле.

Нормальное выходное напряжение солнечной ячейки составляет примерно 0,5 В, поэтому если 6 таких ячеек соединены последовательно, то выходное напряжение будет 0,5 × 6 = 3 В.

Характеристики солнечного модуля

Выход солнечного модуля зависит от некоторых условий, таких как температура окружающей среды и интенсивность падающего света. Поэтому характеристики солнечного модуля должны быть указаны при таких условиях. Стандартной практикой является выражение характеристик модуля ПВ или солнечного модуля при температуре 25oC и освещенности 1000 Вт/м2. Солнечные модули характеризуются их выходным напряжением холостого хода (Voc), током короткого замыкания (Isc) и пиковой мощностью (Wp).

Это означает, что эти три параметра (Voc, Isc и Wp) могут быть безопасно выданы солнечным модулем при температуре 25oC и освещенности 1000 Вт/м2.
Эти условия, то есть температура 25oC и освещенность 1000 Вт/м2, называются стандартными испытательными условиями.
Стандартные испытательные условия могут не быть доступны на месте установки солнечных модулей, так как солнечная радиация и температура варьируются в зависимости от местоположения и времени.

Характеристика V-I солнечного модуля

Если мы построим график, взяв ось X за ось напряжения и ось Y за ток солнечного модуля, то график будет представлять характеристику V-I солнечного модуля.

Ток короткого замыкания PV-модуля

При стандартных условиях испытаний положительный и отрицательный выводы солнечного модуля замыкаются, тогда ток, выдаваемый модулем, является током короткого замыкания. Более высокое значение этого тока указывает на лучшее качество модуля.
Хотя при стандартных условиях испытаний этот ток также зависит от площади модуля, подвергнутой воздействию света. Поскольку он зависит от площади, лучше выражать его как ток короткого замыкания на единицу площади.
Это обозначается как Jsc.
Следовательно,
Где A — площадь модуля, подвергнутая воздействию стандартного светового излучения (1000 Вт/м2). Ток короткого замыкания PV-модуля также зависит от технологии производства солнечных элементов.

Напряжение холостого хода (Voc)

Выходное напряжение солнечного модуля при стандартных условиях испытаний, когда выводы модуля не подключены к нагрузке. Этот параметр солнечного модуля в основном зависит от технологии, используемой для производства солнечных элементов. Более высокое значение Voc указывает на лучшее качество солнечного модуля. Напряжение холостого хода солнечного модуля также зависит от рабочей температуры.

Точка максимальной мощности

Это максимальная мощность, которую модуль может выдавать при стандартных тестовых условиях. Для модуля с фиксированными размерами чем выше максимальная мощность, тем лучше модуль. Максимальная мощность также называется пиковой мощностью и обозначается как Wm или Wp.
Солнечный модуль может работать при любом сочетании напряжения и тока до Voc и Isc.
Однако для определенного сочетания тока и напряжения при стандартных условиях выходная мощность максимальна. Если мы пройдем по оси Y характеристики V-I солнечного модуля, мы увидим, что выходная мощность увеличивается почти линейно с током, но после определенного тока выходная мощность начнет снижаться, так как она приближается к короткозамкнутому току, при котором напряжение на клеммах солнечного модуля считается идеально нулевым. Таким образом, очевидно, что максимальная выходная мощность солнечного модуля не происходит при максимальном токе, то есть при коротком замыкании, а происходит при некотором токе, который меньше короткозамкнутого тока (Isc). Этот ток, при котором достигается максимальная выходная мощность, обозначается как Im.
Аналогично, максимальная мощность солнечной батареи не достигается при открытом цепочном напряжении, так как это условие открытого цепа, и ток через батарею считается идеально нулевым. Однако, как и в предыдущем случае, максимальная мощность в солнечном модуле достигается при напряжении, меньшем открытом цепочном напряжении (Voc). Напряжение, при котором достигается максимальная выходная мощность, обозначается как Vm. Максимальная мощность солнечного модуля выражается как

Ток и напряжение, при которых достигается максимальная мощность, называются соответственно током и напряжением в точке максимальной мощности.

Коэффициент заполнения солнечного модуля

Коэффициент заполнения солнечного модуля определяется как отношение максимальной мощности (Pm = Vm x Im) к произведению напряжения при открытом цепе (Voc) и короткозамкнутого тока (Isc).

Чем выше коэффициент заполнения (FF), тем лучше солнечный модуль.

Эффективность солнечного модуля

Эффективность солнечного модуля определяется как отношение максимальной мощности при стандартных условиях испытания к входной мощности. Входная мощность солнечного модуля — это солнечное излучение, которое принимается равным 1000 Вт/м2. Таким образом, фактическая входная мощность в ячейку составляет 1000A Вт, где A — площадь поверхности солнечного модуля, подверженная воздействию.
Следовательно, эффективность,

Количество ячеек в модуле

Количество ячеек в модуле зависит от стандартного требования по напряжению на модуль. В 1980-х годах солнечные модули в основном производились для зарядки аккумуляторов на 12 Вольт. Однако для зарядки аккумулятора на 12 Вольт требуется, чтобы выходное напряжение модуля было существенно выше 12 Вольт. Стандартной практикой было проектирование солнечного модуля с максимальным номинальным напряжением (Vm) 15 Вольт. Этот модуль на 15 Вольт стал стандартным с тех пор.
Число солнечных ячеек, которые необходимо соединить последовательно, чтобы достичь стандартного выходного напряжения, зависит от напряжения холостого хода (Voc) отдельных ячеек.
Напряжение холостого хода солнечной ячейки (Voc) в основном зависит от методов ее производства. Таблица ниже показывает напряжение холостого хода различных солнечных ячеек при стандартных условиях испытания.

Для кристаллической солнечной батареи напряжение холостого хода составляет около 0,5 В, как показано в таблице выше. Напряжение Voc указано при 25oC, но при температуре выше 25oC значение этого напряжения снижается примерно на 0,08 В.
Таким образом, при нормальной рабочей температуре напряжение, доступное на выводах каждой кристаллической солнечной батареи, составляет

Стандартом является создание солнечного модуля, который может обеспечить напряжение холостого хода 15 В при любых условиях.
Следовательно, необходимое количество солнечных батарей для создания такого солнечного модуля равно,

Таким образом, для построения стандартного солнечного модуля на 15 В требуется 36 кристаллических солнечных батарей.

Заявление: Уважайте оригинальные материалы, хорошие статьи стоят того, чтобы их делиться. Если есть нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.