Сонячні панелі складаються з сонячних елементів. Так як один сонячний елемент не виробляє достатньої кількості електроенергії для більшості застосувань, сонячні елементи збираються в сонячних модулях для того, щоб виробляти більше електрики.
Модулі виробляються з псевдоквадратних монокремніевих або квадратних полікремнієвих фотоелектричних перетворювачів (ФЕП), покритих антіотражающім покриттям.
ККД доступних в продажу модулів варіюється в межах 5-20%. Це означає, що 5-20% від кількості енергії, що падає на сонячний елемент, буде трансформовано в електрику. Дослідницькі лабораторії в усьому світі розробляють нові матеріали для СЕ з більш високим ККД (до 45%). Вартість виробництва також дуже важлива. Деякі нові технології (такі як, наприклад, тонкоплівкові), дозволяють виробляти СЕ в великих масштабах, що значно знизить вартість елементів і модулів
Сонячні модулі встановлені на похилому даху
Монокристалічний сонячний елемент
З чого складається сонячний модуль
Електричні характеристики сонячної батареї: вольт-амперна характеристика
Сонячний модуль може працювати при будь-якій комбінації напруги і струму, розташованим на його вольт-амперної характеристики (ВАХ). Однак в реальності модуль працює в одній точці в даний час. Ця точка вибирати не модулем, а електричними характеристиками ланцюга, до якої даний модуль (або сонячна батарея) підключений.
Напруга, при якому струм дорівнює 0, називається напругою холостого ходу (Voc). З іншого боку, струм, при якому напруга дорівнює 0, називається струмом короткого замикання (Isc). У цих крайніх точках ВАХ потужність модуля дорівнює 0. На практиці, система працює при комбінації струму і напруги, коли виробляється достатня потужність. Краще поєднання називається точкою максимальної потужності (ТММ, або MPP). Відповідні напруга і струм позначаються як Vp (номінальну напругу) і Ip (номінальний струм). Саме для цієї точки визначаються номінальна потужність і ККД сонячного модуля.
При прямому сполученні сонячного модуля до акумуляторної батареї, модуль працює при напрузі, рівному напрузі акумуляторної батареї в даний момент. У міру заряду АБ її напруга зростає, тому модуль може працювати в діапазоні напруги від 10 до 14,5В (тут і далі використовуються напруги для модуля номінальною напругою 12В. Для модулів з номінальною напругою 24В значення напруги потрібно помножити на 2). Відповідно, його робоча точка може бути досить далеко від оптимальної. Чому ж виробники вибрали напруга модуля в максимальній точці рівним 17В?
Чому 12-вольт панелі насправді 17-вольт?
Це зроблено для того, щоб компенсувати втрати напруги в фотоелектричної системі і зберегти можливість повного заряду акумуляторної батареї. Звичайне питання, яке задають люди - "чому не можна зробити панелі так, щоб вони видавали 12В?" Якщо ви зробите так, то модулі будуть видавати необхідне для заряду АБ напруга тільки, коли вони холодні, в ідеальному стані і при яскравому сонці. Зазвичай таких умов не буває в реальності. Тому панелі повинні мати запас по напрузі для можливості заряджати АБ при зниженій освітленості, під пилом і нагрітими на сонці. Всупереч інтуїції, сонячні панелі працюють краще в холодну погоду. У нормальних умовах, коли сонячна панель нагрівається до 40-45 градусів, її потужність знижується на 15-17%.
Як відомо, для заряду АБ напругою 12В необхідно довести її напруга до 14,5В (або навіть до 15В при заряді при низьких температурах). Напруга сонячного модуля в реальних умовах виявляється нижче, ніж 17В. По-перше, при нагріванні сонячного модуля його напруга знижується приблизно на 0,5 В. По-друге, існують втрати напруги в сполучних проводах. Також, рідко коли рівень освітленості дорівнює 1000 Вт / м 2. Все це призводить до того, що реальна напруга на модулі знижується, і в дійсності воно виявляється дуже близько до необхідних 14,5В. З іншого боку, при низьких температурах, напруга може бути більше, ніж 17В.
Потужність сонячної панелі змінюється в залежності від освітленості практично прямо-пропорційно. При певній освітленості модуль припиняє вироблення. Ця освітленість для кристалічних модулів становить приблизно 150-200 Вт / м 2. а для аморфних - близько 100 Вт / м 2.
Також, потужність сонячного модуля залежить від його температури. і зазвичай падає при підвищенні температури. Типовий температурний коефіцієнт для кристалічних модулів становить -0,45% / К (тобто при підвищенні температури модуля на кожен градус його вироблення зменшується на 0,45%). Для аморфних модулів цей показник зазвичай рази в 2 менше, а останні розробки трьох-перехідних аморфних модулів навіть мають позитивний температурний коефіцієнт потужності.
Нове покоління сонячних контролерів заряду, а також сонячні фотоелектричні інвертори можуть забезпечувати роботу сонячної батареї в точці максимальної потужності. Вони відстежують точку максимальної потужності, і підтримують напругу на вході рівний цій точці. На виході, за рахунок перетворення напруги, забезпечується напруга, рівна напрузі на АБ. Таким чином, MPPT контролер знижує напругу і підвищує струм. Стеження за ТММ сонячного модуля забезпечує збільшення вироблення електроенергії на 15-30%.
Можна знайти всі ці параметри - (Voc, Isc, MPP, Vp, Ip) - на табличці або доданих до модуля характеристиках (зауважте, що Vp і Ip також називаються номінальними значеннями. Однак не чекайте отримати номінальну потужність від вашої сонячної батареї - майже неможливо , щоб зібрана система працювала весь час в точці максимальної потужності. Крім змін освітленості, на яку вироблено потужність впливає температура сонячної батареї - чим вище температура сонячної батареї, тим нижче її потужність.