W ostatnich artykułach przedstawiłem budowę i zasadę działania ogniwa fotowoltaicznego. Teraz nadszedł czas, aby przybliżyć podstawowe parametry ogniw fotowoltaicznych i paneli fotowoltaicznych. W tym artykule pojawi się wiele informacji, które pozwolą na zrozumienie przeznaczenia każdego z parametrów. A więc zaczynamy.

Prąd zwarcia

Pierwszy parametr ogniwa fotowoltaicznego jaki przedstawię to prąd zwarcia, który określa maksymalną wartość prądu wygenerowaną w czasie naświetlania ogniwa. Prąd zwarcia możemy uzyskać wtedy kiedy elektrody (przednia
i tylna) zostają zwarte. Często jest to oznaczane symbolem ISC. Prąd zwarcia składa się z dwóch części: prądu jasnego oraz prądu ciemnego. Prąd ciemny złożony jest z czterech prądów wynikających z natury złącza P–N.
W wyniku domieszkowania w półprzewodniku typu N znajdują się elektrony posiadające energię wystarczającą do przekroczenia pasma zabronionego. W wyniku tego przepływu powstaje prąd wstrzykiwania oznaczony, jako Ini. Identyczna sytuacja zachodzi w półprzewodniku typu P (prąd wstrzykiwania Ipi). Nie tylko przepływ ładunków występuje dla elektronów i dziur (ładunki większościowe), ale również dla ładunków mniejszościowych, które generują prąd (Ing, Ipg). Wszystkie te prądy składają się na prąd ciemny ogniwa fotowoltaicznego. Na rysunku pokazano prądy ładunków większościowych i mniejszościowych.

Napięcie obwodu otwartego

Drugim istotnym parametrem w charakteryzacji ogniwa fotowoltaicznego jest napięcie obwodu otwartego. Jest to maksymalna wartość napięcia (Vph) oznaczona, jako Uoc lub Voc. Powstanie napięcia Vph odbywa się, gdy następuje przejście ładunków ujemnych z obszaru typu P do obszaru typu N i odwrotnie dla ładunków dodatnich. W wyniku tego przejścia w obszarze typu N gromadzą się ładunki ujemne (potencjał ujemny) a w obszarze typu P ładunki dodatnie (potencjał dodatni). W ten sposób powstaje napięcie Vph [3,10,11]. Uzyskanie maksymalnej wartości napięcia obwodu otwartego Uoc możemy uzyskać poprzez wykonanie pomiaru oświetlonego ogniwa bez obciążenia.

Otrzymanie wartości prądu zwarcia oraz napięcia obwodu otwartego pozwalają na przeprowadzenie pomiarów w celu określenia charakterystyki prądowo – napięciowej (I-V). Wyznaczenie charakterystyki I-V wymaga umieszczenia ogniwa fotowoltaicznego w układzie regulującym wartość obciążenia zewnętrznego (RL) w zakresie od 0 do . Wraz ze wzrostem rezystancji obciążenia napięcie rośnie, a prąd ogniwa maleje. Wartości napięcia obwodu otwartego i prądu zwarcia znajdują się odpowiednio na osi X i na osi Y wyznaczając początek i koniec charakterystyki I-V. Na rysunku przedstawiłem przykładową charakterystyka prądowo-napięciowa z zaznaczonymi puntami Voc oraz Isc.

Moc maksymalna ogniwa

Na charakterystyce I-V przedstawionej na rysunku powyżej zaznaczyłem punkt M. Określa on położenie punktu mocy maksymalnej ogniwa. Wartość tego punktu odpowiada powierzchni zakreskowanego pola pod charakterystyką. Położenie tego punktu na krzywej charakterystyki zależne jest od wartości rezystancji obciążenia. Oznacza to, że pod wpływem zmiany rezystancji można zmieniać położenie tego punktu na charakterystyce I-V. Współrzędnymi punktu mocy maksymalnej są wartości maksymalnego prądu chwilowego Im oraz maksymalnego napięcia chwilowego Um . Wielkość ta została opisać za pomocą wzoru poniżej:

Sprawność ogniwa

Ostatnim parametrem, który Wam dziś przedstawię jest sprawność energetyczna η ogniwa fotowoltaicznego. Określa ona jak dużo energii świetlnej zostało wykorzystane w procesie konwersji na energię elektryczną, czyli inaczej jaki jest stosunek mocy promieniowania słonecznego Pin do wartości chwilowej mocy maksymalnej. Wartość ta jest określona wzorem:

Wartość sprawności energetycznej ogniwa zależy w głównej mierze od temperatury ogniwa. Im większa temperatura tym sprawność ogniwa maleje. Wzrost temperatury wynika z wystąpienia rekombinacji termicznej pod wpływem oświetlenia oraz zderzeń fotonów z atomami ogniwa. Ogniwa słoneczne mogą osiągać nawet o 50⁰C więcej niż otoczenie.

Przedstawiłem Wam tylko najważniejsze parametry, które podawane są przez producentów zarówno ogniw jak i paneli fotowoltaicznych. Teraz już wiemy jak są pozyskiwane wyniki oraz co one oznaczają. Wiem, że artykuł ten zawiera bardzo dużo informacji i na pierwszy raz jest on przytłaczający, dlatego proponuje przeczytać go dwa lub trzy razy,
a wszystko razem nabierze pełniejszego i prostszego wymiaru.