حداکثر و حداقل ولتاژ پنل خورشیدی را محاسبه کنید

دو سیم مثبت و یک سیم منفی وجود دارد که انرژی تولید شده توسط خورشید را دریافت می کند. میزان برق خورشیدی با توجه به عوامل مختلفی مانند شدت تابش، دما و سایه متغیر است و در طراحی خورشید باید حداقل و حداکثر این مقدار را تعیین کرد و سیستم بر اساس eat به عنوان مثال، اگر از یک دستگاه ارتباطی یا کنترل کننده شارژ استفاده می شود، محدودیت هایی مانند حداکثر ولتاژ ورودی یا حداقل ولتاژ برای عملکرد صحیح دستگاه وجود دارد.

هر پنل خورشیدی دارای دو مقدار اصلی ولتاژ مدار باز Voc و ولتاژ در حداکثر توان Vmp است که معمولاً در آزمایشگاه طبق تست استاندارد STC اندازه‌گیری می‌شود و در کاتالوگ و روی برچسب پشتی پنل خورشیدی درج می‌شود. برای آشنایی بیشتر با این دو ارزش، با مجله آموزش انرژی خورشیدی تک اینورتر همراه باشید.

ولتاژ مدار باز پنل خورشیدی Voc

این ولتاژ در خروجی پنل خورشیدی زمانی اندازه گیری می شود که جریان برابر با صفر باشد و پنل از مدار جدا شود. ولتاژ مدار باز بالاترین ولتاژ در خروجی پنل خورشیدی است و اغلب هنگام انتخاب یک اینورتر یا کنترل کننده شارژ متصل به شبکه استفاده می شود. لازم به ذکر است که این ولتاژ با تغییر شدت تابش اندکی تغییر می کند، اما با تغییرات دما مقدار آن به میزان قابل توجهی تغییر می کند.

ولتاژ در حداکثر Vmp سلول خورشیدی

این ولتاژ در خروجی پنل خورشیدی زمانی اندازه گیری می شود که حداکثر شدت تابش و حداکثر توان نامی را بتوان در خروجی پنل خورشیدی به دست آورد. مقدار این ولتاژ همیشه کمتر از ولتاژ بدون بار است و مانند ولتاژ بدون بار با شدت تابش و تغییرات دما تغییر می کند. این ولتاژ برای محاسبه حداقل ولتاژ خروجی پنل خورشیدی استفاده می شود.

حداکثر ولتاژ خروجی پنل های خورشیدی

همانطور که گفته شد، تغییرات کوچکی در ولتاژ مدار باز یک پنل خورشیدی نسبت به تغییرات شدت تابش، اما تغییرات قابل توجهی نسبت به تغییرات دما وجود دارد. برای تجزیه و تحلیل دقیق تر، به جدول زیر توجه کنید. این جدول از کاتالوگ پنل خورشیدی مونو کریستال 550 وات گرفته شده است و مربوط به ضرایب تغییرات دما می باشد.

همانطور که می بینید مقدار ولتاژ مدار باز که بالاترین ولتاژ خروجی پنل خورشیدی است با دما تغییر می کند و شیب منفی دارد. بر این اساس مقدار ولتاژ مدار باز این پنل خورشیدی به ازای هر درجه سانتیگراد تغییر دما 0.275 هزار درصد تغییر می کند. با توجه به منفی بودن این نسبت، زمانی که دما به زیر 25 درجه می رسد، مقدار این ولتاژ افزایش می یابد.

از فرمول زیر می توان به عنوان یک رابطه نسبتا دقیق برای محاسبه حداکثر ولتاژ خروجی یک پنل خورشیدی استفاده کرد.

از این نظر، Voc ولتاژ مدار باز سلول خورشیدی است که در برگه اطلاعات و برچسب پشت سلول خورشیدی درج شده است. مقدار Tmin حداقل دمای محیط در فصل سرد و Tstc 25 درجه سانتیگراد می باشد و آخرین پارامتر Tk یا ضریب تغییرات ولتاژ مدار باز می باشد که به عنوان ضریب دمایی Voc در جدول بالا آورده شده است.

مثلاً اگر در تهران پنل خورشیدی نصب کنیم و در نظر بگیریم که حداقل دمای محیط در زمستان کمتر از 10 درجه است. با فرض اینکه مقدار ولتاژ مدار باز این پنل خورشیدی 51.44 ولت و ضریب دمایی ولتاژ مدار باز منفی 0.275S باشد، مقدار ولتاژ مدار باز این پنل خورشیدی اخیراً می تواند به عدد بعدی برسد.

Vmp_min = 42.67 + 42.67x(45+35-25)x(-0.35/100) = 42.67 – 8.21 = 34.46v

با توجه به مقدار فوق حداکثر تعداد تغییرات ولتاژ 4.96 ولت است. علاوه بر این، اگر تعداد مشخصی از پنل ها در یک راستا قرار گیرند، به عنوان مثال، اگر 10 پنل خورشیدی به صورت سری وصل شوند، تعداد تغییرات بیشتر خواهد بود. حداکثر مقدار تغییر ولتاژ 50 ولت است.

حداکثر جریان خروجی پنل خورشیدی

جریان اتصال کوتاه را می توان به عنوان حداکثر شدت جریان خروجی پنل خورشیدی شناسایی کرد. این جریان نیز با توجه به شدت تابش و تغییرات دما کم و زیاد می شود. در جدول ضرایب حرارتی برای جریان اتصال کوتاه نیز ضریب در نظر گرفته شده و مقدار آن مثبت است. برخلاف ولتاژ مدار باز، مقدار جریان اتصال کوتاه با افزایش دما افزایش می‌یابد و با کاهش دما مقدار آن کاهش می‌یابد. این ضریب مقدار کمی دارد و معمولاً تأثیر زیادی بر جریان اتصال کوتاه ندارد.

حداقل ولتاژ خروجی سلول خورشیدی

همانطور که گفته شد ولتاژ خروجی پنل خورشیدی به تغییرات دما و همچنین شدت تابش بستگی دارد و در قسمت قبل حداکثر مقدار این ولتاژ از روی ولتاژ مدار باز پنل خورشیدی محاسبه شد. در این قسمت حداقل ولتاژ را بررسی می کنیم. از آنجایی که مقدار ولتاژ در حداکثر توان برابر با Vmp است، بنابراین کمتر از مقدار Voc است، تمام محاسبات بر اساس این پارامتر است.

اما مشکل اصلی اینجاست که در برگه اطلاعات پنل خورشیدی ضریب حرارتی برای ولتاژ در حداکثر توان مشخص نشده است. اما از آنجایی که تغییرات جریان با دما تغییر قابل توجهی نمی کند، می توانیم از همان ضریب حرارتی توان پنل خورشیدی Pmax برای ولتاژ در حداکثر توان استفاده کنیم. برای محاسبه حداقل ولتاژ یک پنل خورشیدی می توان از رابطه زیر استفاده کرد.

بر این اساس Vmp توان خورشیدی در حداکثر توان، Tmax حداکثر دمای محیط، Tadd اختلاف دمای محیط و Tstc دما در تست STC و برابر با 25 درجه سانتیگراد است و در نهایت Tk پارامتر دمایی است که می توان آن را برای در نظر گرفتن همان دمای Pmax محاسبه کرد. به عنوان مثال یک پنل تک کریستالی AE SOLAR با خروجی 550 وات دارای مقدار Vmp برابر با 42.67 ولت و ضریب دمایی Pmax برابر با منفی 0.35 درصد بر درجه سانتیگراد است. اگر این پنل خورشیدی را در محیطی با دمای متوسط ​​45 درجه سانتیگراد نصب کنیم، حداقل مقدار توان را به صورت زیر بدست می آوریم.

نکته مهم در این قسمت پارامتر Tadd است که اختلاف دمای سلول با دمای محیط است که معمولاً برای پانل های نصب شده بر روی سقف هایی با گردش هوا کم بین 25 تا 35 درجه است. این بدان معناست که دمای سلول یا ماژول به دلیل عدم گردش خوب هوا از دمای محیط بالاتر است.

Vmp_min = 42.67 + 42.67x (45+35-25) x (-0.35/100) = 42.67 – 8.21 = 34.46v

همانطور که می بینید، در صورتی که دمای محیط به 45 درجه سانتیگراد برسد و گردش هوای مناسبی در اطراف پنل خورشیدی وجود نداشته باشد، حداقل ولتاژ پنل خورشیدی می تواند به 34.46 ولت کاهش یابد. یک نکته مهم وجود دارد: تمام محاسبات در این بخش بر اساس تست STC پنل خورشیدی است که میزان تابش را برابر با 1000 وات بر متر مربع است که ممکن است در یک روز ابری کمتر باشد. برای تقریب بهتر حداقل ولتاژ پنل خورشیدی توصیه می شود خروجی اتصال را 10 درصد کاهش دهید.

در این مقاله به حداقل و حداکثر توان خورشیدی می پردازیم که یکی از مهم ترین عوامل در طراحی خورشیدی است و طراح با این اطلاعات می تواند بهترین سیستم را طراحی کند. اگر این مقاله برای شما مفید بود و می خواهید مقالات مرتبط بیشتری را مطالعه کنید، می توانید به مجله دانشگاهی تک اینورتر مراجعه کنید.