Основним компонентом для побудови фотоелектричних систем (ФЕС) є фотоелектричні модулі (ФЕМ).
Кристалічний кремній - це основна форма, в якій використовується кремній при виробництві фотоелектричних перетворювачів і твердотільних електронних приладів методами планарної технології. Активно розвивається використання кремнію у вигляді тонких плівок (епітаксійних шарів) кристалічної і аморфної структури на різних підкладках.
Кристалічний кремній виробляється шляхом перекристалізації полікристалічного кремнію не змішано або змішаного в тій чи іншій пропорції з кристалічним кремнієм. Перекристалізація проводиться одним з відомих способів. Найбільш поширеними є метод Чохральського, метод спрямованої кристалізації розплаву в тиглі. У меншій мірі для отримання найбільш чистих кристалів з максимальним питомим електричним опором і часом життя неосновних носіїв заряду використовується метод зонної плавки.
Залежно від способу перекристалізації розрізняють:
1. кремній монокристалічний - циліндричні злитки кремнію моно- і полікристалічний структури з діаметром до 400 мм, отримані методом Чохральського;
2. кремній монокристалічний бестігельной - циліндричні злитки кремнію монокристаллической структури з діаметром до 150 мм, отримані методом бестигельной зонного плавлення;
3. полікристалічний кремній - прямокутні блоки, одержувані в великих тиглях (контейнерах) прямокутної форми методом спрямованої кристалізації. При кристалізації температура розплаву кремнію в тиглі (контейнері) за висотою поступово знижується, тим самим кристалітів ростуть в одному напрямку, поступово розростаючись і витісняючи більш дрібні кристаліти. Розмір зерна полікристала вирощеного таким чином може досягати в перерізі перпендикулярному напрямку росту 5-10 мм. Утворені блоки обрізають для видалення крайових ділянок, що містять частинки тигля-футерування, а отриманий блок розрізають на призми квадратного перетину з розмірами 100х100 мм, 125х125 мм, 150х150 мм, 170х170 мм, 200х200 мм в залежності від використовуваної технології.
Пристрої для прямого перетворення світлової або сонячної енергії в електроенергію називаються фотоелементами (по-англійськи Photovoltaics, від грецького photos - світло і назви одиниці електрорушійної сили - вольт). Перетворення сонячного світла в електрику відбувається в фотоелементах, виготовлених з напівпровідникового матеріалу, наприклад, кремнію, які під впливом сонячного світла виробляють електричний струм. Поєднуючи фотоелементи в модулі, а ті, в свою чергу, один з одним. Можна будувати великі фотоелектричні станції, сонячні батареї.
ККД фотоелектричних установок на основі кристалічного кремнію в даний час складає близько 14%, проте окремі фотоелементи можуть досягати ефективності 20% і більше. Різниця між моно-, полікристалічний і аморфної формами в тому, як організовані атоми кремнію в кристалі. Різні ФЕ мають різний ККД перетворення енергії світла. Моно- і полікристалічні елементи мають майже однаковий ККД, який вище, ніж у фотоелементів на основі аморфного кремнію.
У ФЕ є задній контакт і 2 шари кремнію різної провідності. Зверху є сітка з металевих контактів і антиблікове покриття, що просвітлює, яке дає ФЕ характерний синій відтінок.
Найпростішою сонячною батареєю є ланцюжок з послідовно з'єднаних елементів. Можна з'єднати ці ланцюжки паралельно, отримавши так зване послідовно-паралельне з'єднання. Паралельно можна з'єднувати лише ланцюжка (лінійки) з ідентичним напругою, при цьому їх струми відповідно до закону Кірхгофа підсумовуються.
Електричні параметри сонячного фотоелектричного модуля представляються як і окремого сонячного елемента у вигляді вольтамперної кривої при стандартних умовах (Standart Test Conditions), тобто при сонячної радіації 1000 Вт / м2, температурі 25оС і сонячному спектрі на широті 45о (АМ1,5).
Сонячний модуль виконаний у вигляді панелі, укладеної в каркас з алюмінієвого профілю (або на пластиковій основі). Панель являє собою фотоелектричний генератор, що складається зі скляної плити, з тильного боку якої між двома шарами герметизирующей (ламинирующей), плівки розміщені сонячні елементи, електрично з'єднані між собою металевими шинами. Нижній шар герметизирующей плівки захищений від зовнішніх впливів шаром захисної плівки. До внутрішньої сторони корпусу модуля прикріплений блок терміналів, призначені для підключення модуля.
Кремнієві сонячні елементи є нелінійними пристроями, і їх поведінка не можна описати простою формулою типу закону Ома. Замість неї для пояснення характеристик елемента можна користуватися сімейством простих для розуміння кривих - вольтамперних характеристик (ВАХ)
Напруга холостого ходу, що генерується одним елементом, злегка змінюється при переході від одного елемента до іншого в одній партії і від однієї фірми виробника до іншого і становить близько 0,6. Ця величина не залежить від розмірів елемента. По іншому йде справа з струмом. Він залежить від інтенсивності світла і розміру елемента, під яким мається на увазі площа його поверхні.
Елемент розміром 100 * 100 мм в 100 разів перевершує елемент розміром 10 * 10 мм і, отже, він при тій же освітленості видасть струм в 100 разів більший.
Навантажуючи елемент, можна побудувати графік залежності вихідної потужності від напруги, отримаємо ВАХ зображену на рис.2
Пікова потужність відповідає напрузі близько 0,47 В. Таким чином, щоб правильно оцінити якість сонячного елемента, а також заради порівняння елементів між собою в однакових умовах, необхідно навантажити його так, щоб вихідна напруга дорівнювала 0,47 В. Після того, як сонячні елементи підібрані для роботи, необхідно їх спаяти. Серійні елементи забезпечені струмознімальних сітками, які призначені для припаювання до них провідників.
Батареї можна складати в будь-якої бажаної комбінації. Найпростішою батареєю є ланцюжок з послідовно включених елементів. Можна також з'єднати паралельно ланцюжки, отримавши так зване послідовно-паралельне з'єднання.
Слід зауважити, що напруга холостого ходу модуля мало залежить від освітленості, в той час як струм короткого замикання, а відповідно і робочий струм, прямо пропорційні освітленості.
Важливим моментом роботи сонячних елементів є їх температурний режим. При нагріванні елемента на один градус понад 25оС (для кремнію) він втрачає в напрузі 0,0021В кожен, тобто 0,4% / градус. На рис.3 наведено сімейство кривих ВАХ для температур 25 ° С і 60оС.
У яскравий сонячний день елементи нагріваються до 60-70оС втрачаючи 0,07-0,09В кожен. Це і є основною причиною зниження ККД сонячних елементів, призводячи до падіння напруги, що генерується модулем.
Зменшення температури сонячного елеметов щодо ідеальної 25оС призводить до збільшення напруги.
Зміна напруги фотоелектричного модуля можна вирахувати за формулою:
де 0,0021 - температурний коефіцієнт;
ϫТ = Т-25, Т - температура елемента;
N- кількість елементів.
Точка перетину кривої з віссю напруг називається напругою холостого ходу - Uxx, точка перетину з віссю струмів - струмом короткого замикання Iкз.
Максимальна потужність модуля визначається як найбільша потужність при STC (Standart Test Conditions).
Напруга, що відповідає максимальній потужності, називається напругою максимальної потужності (робочою напругою - Up), а відповідний струм - струмом максимальної потужності (робочим струмом - Ip).
Значення робочої напруги для модуля, що складається з 36 елементів, таким чином, буде близько 16 ... 17В при 25оС.
Такий запас по напрузі в порівнянні з напругою повного заряду акумулятора (14,4 В) необхідний для того, щоб компенсувати втрати в контролері заряду-розряду АКБ. Слід зауважити, що напруга холостого ходу модуля мало залежить від освітленості, в той час як струм короткого замикання, а відповідно і робочий струм, прямо пропорційні освітленості.
Таким чином, при нагріванні в реальних умовах роботи, модулі розігріваються до температури 60-70оС, що відповідає зсуву точки робочої напруги, наприклад, для модуля з робочою напругою 17В - зі значення 17В до 13,7-14,4В (0,38 -0,4 В на елемент).
Вибрати фотоелектричний модуль ви можете в розділі нашого магазину