Удельная стоимость изготовления элементов оптических систем СЭС (в расчёте на единицу установленной мощности), страница 8

Максимальное напряжение, генерируемое ячейкой – это напряжение холостого хода. Преобразуя уравнение (6.3) при I = 0, и пренебрежении током утечки в землю, получим выражение для определения напряжения холостого хода:

.                   (6.4)

Константа KT/Q представляет собой абсолютную температуру выраженную через напряжение (300ºК = 0,026 В). В существующих фотоэлементах ток генерируемый световым потоком на несколько порядков больше обратного тока насыщения диода, поэтому напряжение холостого хода в несколько раз больше значения KT/Q. При постоянном освещении, отношение I_L/I_D сильно влияет на температуру ячейки, и обычно имеет отрицательный температурный коэффициент при напряжении холостого хода.

6.3.4. Вольтамперная и энергетическая характеристики солнечного модуля

Вольт–амперная  характеристика фотоэлектрической ячейки представляет собой кривую зависимости тока от напряжения. На рисунке 6.21 показаны i-v характеристики фотоэлектрического модуля в двух состояниях, при освещении его солнечным светом, и в тени. Точка пересечения кривой с осью ординат показывает значение тока короткого замыкания; это значение мы измерили бы при замкнутых накоротко выводах (при нулевом напряжении). Точка пересечения кривой с осью абсцисс есть значение напряжения холостого хода; это напряжение мы измерили бы при разомкнутых выводах (ток равен нулю). В левой заштрихованной области ячейка работает как источник постоянного тока, выдавая напряжение в соответствии с сопротивлением нагрузки. В правой заштрихованной области небольшое увеличение напряжения приводит к резкому снижению тока. В этой области работа ячейки подобна источнику постоянной ЭДС с внутренним сопротивлением. В области между двух заштрихованных областей вольтамперная характеристика имеет точку перегиба.

Если в результате ошибочных действий к ячейке приложить напряжение обратной полярности значение тока не изменится и ячейка станет потреблять мощность, однако, при дальнейшем увеличении напряжения до напряжения теплового пробоя произойдёт резкое увеличение тока, что приведёт к перегоранию перехода в ячейке. Если к ячейке приложить напряжение обратной полярности в тени, то ток будет равен нулю вплоть до увеличения напряжения до значения напряжения пробоя, которое равно напряжению пробоя при солнечном свете.

Рис.6.21. Вольтамперная характеристика фотоэлектрического модуля при солнечном освещении и в темноте

Рис.6.22. Энергетическая характеристика  фотоэлектрического модуля

Выдаваемая мощность панели представляет собой произведение напряжения  на ток нагрузки. На рисунке 6.22 показана зависимость выдаваемой мощности от напряжения. Из него видно, что ячейка не генерирует мощности при нулевом токе и нулевом напряжении, и генерирует максимальную мощность при напряжении соответствующего точке перегиба вольтамперной характеристики. Поэтому схемы солнечных панелей спроектированы таким образом, чтобы область работы фотоэлектрической ячейки располагалась немного левее точки перегиба на вольтамперной характеристике, т.е. при анализе электрической системы  ячейку можно рассматривать как источник постоянного тока.

На рисунке 6.23 изображены вольт–амперные характеристики для 22–х ватной солнечной панели, для двух интенсивностей солнечного излучения 1000 Вт/м² и 500 Вт/м². Эти кривые построены для плотности воздуха AM1,5. Нулевая плотность воздуха (АМ0) наблюдается в космосе, где мощность солнечного излучения составляет 1353 Вт/м². Плотность воздуха АМ1 представляет идеальное земное состояние, и соответствует чистому сухому воздуху в ясный солнечный день, при этом солнечный свет испытывает наименьшее сопротивление. Характеристики воздуха в типичный день со средней влажностью и загрязнением соответствуют характеристикам при плотности воздуха АМ1,5. Мощность солнечного излучения падающего на нормальную поверхность в солнечный день с плотностью воздуха АМ1,5 приблизительно равна 1000 Вт/м². В облачный день это значение сильно снижается. Интенсивность солнечного излучения 500 Вт/м² должна быть учтена при построении вольтамперных характеристик для модулей, работающих на промышленных предприятиях.