Удельная стоимость изготовления элементов оптических систем СЭС (в расчёте на единицу установленной мощности), страница 9

КПД фотоэлектрической ячейки определяется следующим образом:

,                 (6.5)

где Р_ЭЛ.ВЫХ – выдаваемая электрическая мощность;

Р_ПОГЛ – мощность солнечного излучения поглощенная ячейкой.

Очевидно, чем выше КПД, тем большую мощность можно получить при том же освещении.

Рис.6.23. Вольтамперные характеристики солнечной панели UMP-880  при интенсивности солнечного излучения  1000 Вт/м² и 500 Вт/м²

6.3.5. Электрическое исполнение солнечных панелей

.

Главными факторами влияющими на электрическое исполнение солнечных панелей являются:

- интенсивность солнечного излучения;

- угол солнечных лучей;

- величина нагрузки;

- рабочая температура.

Интенсивность солнечного излучения. Величина светового потока максимальна в ясный солнечный день. При наличии небольшой облачности, световой поток уменьшается прямо пропорционально уменьшению интенсивности солнечного излучения. Вольтамперная характеристика сдвигается вниз при снижении интенсивности солнечного излучения (рис.6.24). Поэтому в облачный день значение тока короткого замыкания сильно снижается. При этом значение напряжения холостого хода снижается незначительно.

Рис.6.24. Вольтамперные характеристики модуля при различной интенсивности солнечного излучения

Эффективность преобразования фотоэлектрической ячейкой энергии светового потока в электроэнергию (конверсионная эффективность) нечувствительна к солнечной радиации в рабочем диапазоне. Как видно из рисунка 6.25 эффективность преобразования фактически не меняется на участке, где солнечная радиация изменяется от 500 Вт/м² до 1000 Вт/м². Это означает, что конверсионная эффективность будет практически одинаковой как в ясный солнечный, так и в ненастный день. Поэтому выдаваемая ячейкой мощность в облачный день снизится только из–за более низкой солнечной энергии попадающей на ячейку.

Рис.6.25. Зависимость эффективности фотопреобразования  от интенсивности солнечного излучения

Угол  падения солнечных лучей по отношению к нормали приёмной поверхности. Ячейка выдаёт ток нагрузки по закону I = I₀ cosθ, где I₀ – ток, который выдаёт ячейка при расположении её плоскости перпендикулярно падающим лучам, θ – угол солнечных лучей, отложенный от нормали. Этот закон даёт приемлемый результат для θ от 0 до 50º. При увеличении θ более 50º значения выходных параметров значительно отклоняются от косинусоидальной зависимости, и при θ = 85º ячейка не генерирует никакой мощности. Фактическую зависимость генерируемой ячейкой мощности от угла солнечных лучей называют косинусом Kelly (рис.6.26, табл. 6.2).

Таблица 6.2

Значение cos Kelly для кремниевой ячейки.

Угол солнечных лучей	Математическое значение cos	Значение cos Kelly
30	0.866	0.866
50	0.643	0.635
60	0.5	0.45
80	0.174	0.1
85	0.087	0

Рис.6.26. Кривая косинуса Kelly для фотоэлектрической ячейки

          Теневой эффект. Солнечная панель может состоять из множества параллельно связанных цепей из последовательно соединённых ячеек. На рисунке 6.27 показана панель из двух таких цепей. Большая панель может быть частично затенена из–за возникновения на пути солнечных лучей какого–либо препятствия. Если ячейка в последовательной цепи полностью затенена, то она перестаёт генерировать напряжение, но из–за последовательной связи с освещёнными ячейками по ней продолжает протекать ток. Так, как затенённая ячейка не генерирует напряжения и имеет внутреннее сопротивление, она из источника превращается в потребителя мощности. Потребляемая мощность разогревает затенённую ячейку. Оставшиеся в последовательной цепи освещённые ячейки должны выдавать большее напряжение, чтобы компенсировать падение напряжения на затенённой ячейке. Увеличение выходного напряжения вызывает падение выходного тока в соответствии с  вольтамперной характеристикой (рис.6.27). Снижение выходного тока не пропорционально затенённой площади и может быть допустимым при умеренной тени небольшой площади. Однако при площади тени больше критического предела,  напряжение последовательной цепи достигнет такого значения, при котором величина выходного тока снизится до нуля, а значит, последовательная цепь перестанет генерировать мощность.