Напряжение, сила тока и мощность, последовательно-параллельные соединения

Большинство солнечных батарей производят постоянный ток напряженностью примерно в 0,5 вольт, если к ним не подключена нагрузка. Если потребление электричества невелико, даже при достаточно сумрачном освещении можно получить максимальное выходное напряжение (Vв). С ростом потребления электричества для получения полного V_вых требуется более яркий свет.

Существует верхний предел силы тока, который может обеспечить солнечная батарея, и он не зависит от интенсивности освещения. Максимально достижимая сила тока обозначается I_max . Значение I_max для солнечной батареи зависит от размера площади p-n-перехода и от технологии, использованной при ее производстве.

Максимальная мощность Р_max кремниевого фотогальванического элемента в ваттах эквивалентна произведению V_вых в вольтах на I_max в амперах. Таким образом,

Р_max =0,5 I_max

Последовательно-параллельные соединения

Фотоэлектрические ячейки часто объединяют в последовательно-параллельные соединения, повышая таким образом выходную мощность. Когда несколько фотоэлементов (или параллельных соединений нескольких фотоэлементов) соединяются в цепь последовательно, их выходное напряжение (V_вых) увеличивается. Когда несколько фотоэлементов (или последовательных соединений нескольких фотоэлементов) подсоединяются параллельно, максимальная сила тока (V_вых) всех соединенных в цепь ячеек эквивалентна произведению I_max одной ячейки или их комбинации на количество ячеек или их комбинаций. При этом максимальная мощность (Р_max) последовательно-параллельного соединения одинаковых ячеек эквивалентна произведению Р_max каждой ячейки на количество ячеек. Иными словами, максимальная мощность (Р_max) такого соединения эквивалентна произведению V_вых и I_max всего соединения.

Для примера рассмотрим десять параллельно соединенных комбинаций из 36 последовательно соединенных фотоэлектрических ячеек каждая. Предположим, максимально достижимая сила тока для каждой ячейки составляет I_max = 2,2 ампера. Тогда

V_вых = 36 х 0,5 В = 18 В;
I_max = 10 х 2,2 А = 22 А;
Р_max = 18 В х 22 А = 396 Вт.

Это значение можно округлить до 400 ватт. Однако это лишь теоретический результат. На деле при подключенной к системе гротоэлектрических ячеек нагрузке ее выходная мощность будет ниже расчетной. Это происходит потому, что напряжение всей системы последовательно соединенных ячеек при подключении нагрузки падает на несколько процентов из-за возникающего внутреннего сопротивления в самой системе. В описанном выше случае реальное выходное напряжение (V_вых) системы при потреблении электричества, близком к I_max, составит только 14 вольт.

Таким образом, реальная выходная мощность составит:

Р_max = 14 В х 22 А = 308 Вт, что можно округлить до 300 ватт.