ولتاژها و جریان های خروجی پنل خورشیدی

پنل‌های خورشیدی، با مجموعه‌ای از مشخصات منحصربه‌فرد، پس از تولید، برچسبی حاوی اطلاعات مهم در پشت خود دریافت می‌کنند. درک این مشخصات، کلید طراحی بهینه نیروگاه‌های خورشیدی است و تضمین می‌کند که تجهیزات جانبی مانند شارژ کنترلرها، باتری‌ها، و اینورترها به‌درستی با پنل‌ها هماهنگ شوند. در میان این پارامترها، مقادیر ولتاژ و جریان از اهمیت بالایی برخوردارند، که شامل موارد زیر هستند:
– ولتاژ مدار بازر پنل خورشیدی Voc
– ولتاژ در نقطه حداکثر توان Vmp
– جریان اتصال کوتاه Isc
– جریان در نقطه حداکثر توان Imp

این مقادیر، که در شرایط تست استاندارد (STC) اندازه‌گیری می‌شوند، از اهمیت بالایی در صنعت پنل‌های خورشیدی برخوردارند. STC شرایطی را تعریف می‌کند که در آن پنل در دمای 25 درجه سانتی‌گراد و اتمسفر 1.5، تابش 1000 وات بر متر مربع را دریافت می‌کند. در این شرایط، حداکثر توان پنل، ولتاژ و جریان خروجی اندازه‌گیری شده و بر روی پنل درج می‌گردد. این مقادیر، عملکرد پنل را در شرایط ایده‌آل مشخص می‌کنند.

چگونه پنل های خورشیدی ولتاژ تولید می کنند؟

تولید ولتاژ در پنل‌های خورشیدی به پدیده فتوولتائیک وابسته است. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که فوتون‌هایی با انرژی مناسب به مواد نیمه‌رسانای موجود در سلول خورشیدی برخورد کرده و الکترون‌ها را از مدار اتمی خود آزاد کنند. وقتی الکترون‌ها آزاد می‌شوند، جفت‌های الکترون-حفره تشکیل می‌دهند و میدان الکتریکی را در درون سلول به وجود می‌آورند. این میدان الکتریکی به عنوان یک محرک عمل کرده و الکترون‌ها را در مدار هدایت می‌کند، که در نهایت منجر به تولید جریان الکتریکی می‌شود. این فرآیند در هر سلول پنل خورشیدی تکرار می‌شود و در نهایت، مجموع این سلول‌ها ولتاژ خروجی مشخصی را تولید می‌کنند.

ولتاژ مدار باز پنل خورشیدی Voc

هنگامی که پنل خورشیدی تحت تابش نور خورشید قرار گیرد و به هیچ بار یا نقطه‌ای متصل نباشد (که در این حالت جریان خروجی صفر است)، ولتاژ بین دو سر پنل برابر با ولتاژ مدار باز خواهد بود. این مقدار، حداکثر ولتاژی است که از پنل به دست می‌آید. هر شارژکنترلر یا اینورتر که به شبکه متصل است، دارای یک بازه مشخص برای ولتاژ ورودی می‌باشد و ولتاژ مدار باز پنل خورشیدی باید کمتر از این بازه باشد.

ولتاژ در نقطعه حداکثر توان پنل خورشیدی Vmp

هنگامی که پنل خورشیدی به شارژ کنترلر، اینورتر یا هر دستگاه مصرف‌کننده دیگری متصل شود و حداکثر توان خود را ارائه دهد، ولتاژ خروجی آن برابر با Vmp، که به عنوان ولتاژ در نقطه حداکثر توان شناخته می‌شود، خواهد بود. این ولتاژ کمی کمتر از ولتاژ مدار باز Voc است.

جریان اتصال کوتاه Isc

هنگامی که پنل خورشیدی در معرض تابش مستقیم نور خورشید قرار گیرد و خروجی آن به حالت اتصال کوتاه درآید، بیشترین جریانی که از پنل عبور می‌کند برابر با جریان اتصال کوتاه خواهد بود. برای دستیابی به جریان اتصال کوتاهی که برابر با مقادیر ذکر شده در پشت پنل خورشیدی باشد، لازم است که شرایط آزمون STC به درستی رعایت گردد.

جریان در نقطه حداکثر توان Imp

در نقطه حداکثر توان Vmp، که پنل در حال تولید انرژی به حداکثر ظرفیت خود است، جریان پنل خورشیدی به مقدار Imp یا جریان در این نقطه حداکثر توان برابر است. این مقدار جریان کمی کمتر از جریان اتصال کوتاه Isc می‌باشد.

حداکثر توان پنل خورشیدی Pmax

هنگامی که پنل خورشیدی در شرایط ایده‌آل تابش و محیطی قرار دارد، قادر است انرژی الکتریکی را با حداکثر توان Pmax تولید کند. حداکثر توان پنل خورشیدی از ضرب ولتاژ در نقطه حداکثر توان Vmp و جریان در نقطه حداکثر توان Imp به دست می‌آید که معمولاً دارای یک ضریب خطای مثبت و منفی است.

عوامل موثر بر ولتاژ پنل خورشیدی

اثر شدت نور خورشید

میزان شدت نور خورشید تأثیر قابل توجهی بر ولتاژ خروجی پنل‌های خورشیدی دارد. افزایش تابش باعث می‌شود که سلول‌های فتوولتائیک فوتون‌های بیشتری را جذب کنند، که این امر به تحریک بیشتر الکترون‌ها و در نتیجه تولید ولتاژ بالاتر منجر می‌شود.

تاثیر دما

تغییرات دما تأثیر زیادی بر ولتاژ خروجی پنل‌های خورشیدی دارد. افزایش دما معمولاً باعث کاهش کارایی سلول‌های خورشیدی می‌شود و در نتیجه ولتاژ خروجی کاهش می‌یابد. در مقابل، دماهای پایین‌تر می‌توانند عملکرد سلول‌ها را بهبود بخشیده و ولتاژ تولیدی را افزایش دهند.

جهت گیری پانل و زاویه شیب

زاویه و جهت نصب پنل‌های خورشیدی تأثیر بسزایی بر بهینه‌سازی جذب نور خورشید و انرژی دارد و در نتیجه بر ولتاژ خروجی آن‌ها نیز اثر می‌گذارد. پنل‌هایی که به سمت خط استوا تنظیم شده‌اند، به ویژه در زمان‌های اوج تابش خورشید، بیشترین میزان نور را دریافت کرده و این امر به تولید ولتاژ بالاتر منجر می‌شود.

کیفیت سلول

کیفیت سلول‌های خورشیدی و خصوصیات مواد به کار رفته در ماژول‌های فتوولتائیک به شدت بر ولتاژ خروجی و کارایی کلی سیستم تأثیرگذار است. سلول‌های با کیفیت بالا که دارای قابلیت جذب نور بهتر و مقاومت داخلی پایین‌تری هستند، عملکرد و تولید ولتاژ بهتری را ارائه می‌دهند.