13.1 Composition du Panneau Photovoltaïque

Un module photovoltaïque est composé de multiples cellules connectées entre elles en série et parallèle, encapsulées dans une structure "sandwich" protectrice. La composition standard comprend:

• ✓ Verre trempé (3-4 mm): Faible teneur en plomb pour maximale transmissivité
• ✓ EVA supérieur: Encapsulant Éthylène-Vinyle-Acétate
• ✓ Cellules photovoltaïques: Silicium monocristallin ou polycristallin
• ✓ EVA inférieur: Seconde couche encapsulante
• ✓ Tedlar: Couverture postérieure protectrice
• ✓ Cadre en aluminium anodisé: Avec trous de fixation
• ✓ Boîte de connexions: Avec diodes by-pass et câbles homologués
• ✓ Joint en silicone: Étanchéité entre cadre et module

13.2 Types de Cellules Photovoltaïques

13.3 Processus de Fabrication Monocristallin

La méthode Czochralski (Cz) est la plus commune pour le silicium monocristallin:

1. ✓ Fusion: Silicium ultra pur (99.999%) avec bore (1 ppm) à 1400°C
2. ✓ Cristallisation: Graine de cristal germe tournante
3. ✓ Croissance: Atomes s'ordonnent en 3 directions perpendiculaires
4. ✓ Coupe: Cylindre coupé en tranches de 0.3 mm (perte jusqu'à 70%)
5. ✓ Traitement chimique: Restauration superficielle de la coupe
6. ✓ Dopage: Fours 800-1000°C avec atmosphère de phosphore
7. ✓ Couche antireflet: Plus grand profit de radiation
8. ✓ Contacts ohmiques: Métallisation pour connexion
9. ✓ Caractérisation: Mesure de propriétés spectrales

13.4 Caractéristiques Électriques du Panneau

13.5 Effet de l'Irradiance

L'intensité que cède le panneau est directement proportionnelle à l'irradiance reçue. Par contre, la valeur de tension à peine est affectée. Avec cela nous pouvons déduire que le fait d'avoir tension dans le panneau ne signifie pas que nous ayons puissance, puisque l'intensité de sortie peut être très basse.

13.6 Effet de la Température

La température affecte à la tension du panneau. Dans les panneaux de silicium, le voltage diminue à raison de 2.3×10⁻³ volts par cellule et degré centigrade qui s'incrémente la température au-dessus des 25°C. De la même manière, l'intensité augmente 15×10⁻⁶ A par chaque cm² de surface circulaire et par chaque degré centigrade au-dessus des 25°C.

En parlant de puissance, diminue le 0.5% par chaque degré d'augmentation de la température de la cellule au-dessus des 25°C.

13.7 Diodes dans les Panneaux

Les diodes sont des éléments de protection qui s'utilisent pour éviter que le courant continu des panneaux change de sens. Leur intérieur est composé de silicium et le concept est le même que celui des panneaux photovoltaïques.

Les diodes dans les panneaux évitent l'effet appelé "point chaud", sont les appelés by-pass (de passage), protègent aux modules individuels du dommage qui peut arriver par l'effet de l'ombrage partiel dans les panneaux. Un panneau ombré se convertit en un récepteur au générer moins de tension que d'autres, ceci fait que l'énergie des autres panneaux se déchargent en lui et se chauffe jusqu'au point de le détruire. Les diodes évitent ceci faisant que ce courant passe de long et ne se verse pas dans le panneau.

Dans les panneaux de certaine puissance il y a habituellement deux et jusqu'à trois diodes en série, divisant le panneau en deux parties pour ne pas l'annuler complètement et offrir meilleure protection.

Ces diodes doivent s'employer toujours dans les modules dont les connexions de cellule sont en série, spécialement en tensions égales ou supérieures à 24 Vdc.

Il existe un autre type de connexion des diodes dans une installation photovoltaïque, sont les appelés de blocage. Se connectent entre le panneau et la batterie dans une installation isolée de réseau pour éviter qu'elle se décharge en eux quand ils génèrent moins de tension les jours nuageux ou de nuit. Se joint le cathode ou négatif de la diode avec le positif de la batterie et l'anode ou positif de la diode avec le positif du panneau. S'installent dans le régulateur et normalement viennent de fabrique.

13.8 Nombre de Cellules selon Application

13.9 Association de Panneaux

Connexion en série: Est l'union du pôle positif d'un panneau avec le pôle négatif d'un autre panneau différent, de cette manière se sommeront dans les autres deux extrêmes ses tensions et puissances restant l'intensité d'un seul.

Connexion en parallèle: Est l'union des pôles négatifs de tous les panneaux par un côté et l'union des pôles positifs de tous les panneaux par l'autre, de cette forme se sommeront ses intensités et puissances restant la tension d'un seul.

Ce type de connexions se réalise habituellement dans des boîtes étanches. Dans quelques cas on peut réaliser dans les boîtes de connexion d'un panneau (non conseillé). Il existe des connecteurs homologués où on peut unir deux panneaux en parallèle.

Connexion mixte: Est l'union de panneaux en série et en parallèle (rameau).

13.10 Orientation et Inclinaison

Orientation: Azimut - vers le sud dans l'hémisphère nord (α=0º) et vers le nord dans l'hémisphère sud.

Inclinaison: dépend de la latitude et du type de consommation:

• ✓ Usage permanent: β = Latitude + 10º (intéresse maximiser la radiation dans les mois d'hiver ou moindre insolation)
• ✓ Moins consommation dans mois de basse radiation: β = Latitude (intéresse maximiser la radiation des équinoxes)
• ✓ Usage été: β = Latitude - 10º. Irrigation de Mars à Septembre est habituellement: β = Latitude - 20º

En général l'inclinaison doit surpasser 15º pour déplacer pluie et saleté mais il faut tenir compte d'autres facteurs comme le coût de la structure.

13.11 Irradiation Solaire

Pour mesurer l'irradiation solaire nous utilisons l'heure solaire pic (HSP), se définit comme le temps en heures d'une hypothétique irradiation solaire constante de 1000 W/m².

13.12 Pertes par Orientation et Inclinaison

13.13 Distance entre Rangs

13.14 Surface Nécessaire

13.1 Composition of the Photovoltaic Panel

A photovoltaic module is composed of multiple cells connected to each other in series and parallel, encapsulated in a protective "sandwich" structure. The standard composition includes:

• ✓ Tempered glass (3-4 mm): Low lead content for maximum transmissivity
• ✓ Top EVA: Ethylene-Vinyl-Acetate encapsulant
• ✓ Photovoltaic cells: Monocrystalline or polycrystalline silicon
• ✓ Bottom EVA: Second encapsulating layer
• ✓ Tedlar: Protective back cover
• ✓ Anodized aluminum frame: With fixing holes
• ✓ Junction box: With by-pass diodes and approved cables
• ✓ Silicone gasket: Sealing between frame and module

13.2 Types of Photovoltaic Cells

13.3 Monocrystalline Manufacturing Process

The Czochralski method (Cz) is the most common for monocrystalline silicon:

1. ✓ Melting: Ultra pure silicon (99.999%) with boron (1 ppm) at 1400°C
2. ✓ Crystallization: Rotating seed crystal
3. ✓ Growth: Atoms ordered in 3 perpendicular directions
4. ✓ Cutting: Cylinder cut into 0.3 mm wafers (loss up to 70%)
5. ✓ Chemical treatment: Surface restoration of the cut
6. ✓ Doping: Ovens 800-1000°C with phosphorus atmosphere
7. ✓ Anti-reflective coating: Greater radiation utilization
8. ✓ Ohmic contacts: Metallization for connection
9. ✓ Characterization: Measurement of spectral properties

13.4 Electrical Characteristics of the Panel

13.5 Effect of Irradiance

The current delivered by the panel is directly proportional to the irradiance received. On the contrary, the voltage value is barely affected. From this we can deduce that having voltage in the panel does not mean we have power, since the output current can be very low.

13.6 Effect of Temperature

Temperature affects the panel voltage. In silicon panels, the voltage decreases at a rate of 2.3×10⁻³ volts per cell and degree centigrade that the temperature increases above 25°C. In the same way, the current increases 15×10⁻⁶ A per each cm² of circular area and per each degree centigrade above 25°C.

Speaking of power, it decreases 0.5% for each degree increase in cell temperature above 25°C.

13.7 Diodes in Panels

Diodes are protection elements used to prevent the direct current from the panels from changing direction. Their interior is composed of silicon and the concept is the same as that of photovoltaic panels.

The diodes in the panels avoid the so-called "hot spot" effect, they are the so-called by-pass (bypass), they protect individual modules from damage that can occur due to the effect of partial shading on the panels. A shaded panel becomes a receiver when generating less voltage than others, this causes the energy from the other panels to discharge into it and heat up to the point of destroying it. Diodes avoid this by making that current pass through and not pour into the panel.

In panels of certain power there are usually two and up to three diodes in series, dividing the panel into two parts to not completely nullify it and offer better protection.

These diodes must always be used in modules whose cell connections are in series, especially in voltages equal to or greater than 24 Vdc.

There is another type of diode connection in a photovoltaic installation, they are called blocking. They are connected between the panel and the battery in a grid-isolated installation to prevent it from discharging into them when they generate less voltage on cloudy days or at night. The cathode or negative of the diode is connected to the positive of the battery and the anode or positive of the diode to the positive of the panel. They are installed in the regulator and normally come from the factory.

13.8 Number of Cells according to Application

13.9 Panel Association

Series connection: It is the union of the positive pole of one panel with the negative pole of another different panel, in this way their voltages and powers will be added at the other two ends, keeping the current of only one.

Parallel connection: It is the union of the negative poles of all the panels on one side and the union of the positive poles of all the panels on the other, in this way their currents and powers will be added, keeping the voltage of only one.

This type of connections is usually made in waterproof boxes. In some cases they can be made in the connection boxes of a panel (not advisable). There are approved connectors where two panels can be joined in parallel.

Mixed connection: It is the union of panels in series and in parallel (branch).

13.10 Orientation and Tilt

Orientation: Azimuth - towards the south in the northern hemisphere (α=0º) and towards the north in the southern hemisphere.

Tilt: depends on the latitude and type of consumption:

• ✓ Permanent use: β = Latitude + 10º (interested in maximizing radiation in winter months or less insolation)
• ✓ Less consumption in low radiation months: β = Latitude (interested in maximizing equinox radiation)
• ✓ Summer use: β = Latitude - 10º. Irrigation from March to September is usually: β = Latitude - 20º

In general the tilt must exceed 15º to displace rain and dirt but other factors such as the cost of the structure must be taken into account.

13.11 Solar Irradiation

To measure solar irradiation we use the peak solar hour (PSH), it is defined as the time in hours of a hypothetical constant solar irradiation of 1000 W/m².

13.12 Losses due to Orientation and Tilt

13.13 Distance between Rows

13.14 Required Surface

13.1 تكوين اللوح الكهروضوئي

يتكون الوحدة الكهروضوئية من خلايا متعددة متصلة ببعضها البعض على التوالي والتوازي، مغلفة في هيكل "شطيرة" واقي. يتكون التكوين القياسي من:

• ✓ زجاج مقسى (3-4 مم): محتوى منخفض من الرصاص لأقصى نفاذية
• ✓ EVA العلوي: مغلف إيثيلين-فاينيل-أسيتات
• ✓ الخلايا الكهروضوئية: سيليكون أحادي أو متعدد البلورات
• ✓ EVA السفلي: طبقة مغلفة ثانية
• ✓ تيدلار: غطاء خلفي واقي
• ✓ إطار ألمنيوم مؤكسد: مع ثقوب تثبيت
• ✓ صندوق التوصيلات: مع صمامات تجاوز وكابلات معتمدة
• ✓ حشوة سيليكون: إحكام بين الإطار والوحدة

13.2 أنواع الخلايا الكهروضوئية

13.3 عملية التصنيع أحادي البلورة

طريقة كوتشرالسكي (Cz) هي الأكثر شيوعًا للسيليكون أحادي البلورة:

1. ✓ الصهر: سيليكون نقي جدًا (99.999%) مع بورون (1 جزء في المليون) عند 1400°م
2. ✓ التبلور: بذرة بلورية دوارة
3. ✓ النمو: الذرات ترتب في 3 اتجاهات متعامدة
4. ✓ القطع: أسطوانة مقطعة إلى رقائق 0.3 مم (خسارة حتى 70%)
5. ✓ المعالجة الكيميائية: استعادة سطح القطع
6. ✓ التطعيم: أفران 800-1000°م مع جو من الفوسفور
7. ✓ طبقة مضادة للانعكاس: استفادة أكبر من الإشعاع
8. ✓ اتصالات أومية: تمعدن للاتصال
9. ✓ التوصيف: قياس الخصائص الطيفية

13.4 الخصائص الكهربائية للوح

13.5 تأثير الإشعاع

الشدة التي يقدمها اللوح تتناسب طرديًا مع الإشعاع المستلم. على العكس من ذلك، قيمة الجهد بالكاد تتأثر. من هذا يمكننا أن نستنتج أن وجود جهد في اللوح لا يعني أن لدينا قدرة، حيث أن شدة الخرج يمكن أن تكون منخفضة جدًا.

13.6 تأثير درجة الحرارة

درجة الحرارة تؤثر على جهد اللوح. في ألواح السيليكون، ينخفض الجهد بمعدل 2.3×10⁻³ فولت لكل خلية وكل درجة مئوية تزيد درجة الحرارة فوق 25°م. بنفس الطريقة، تزداد الشدة 15×10⁻⁶ أمبير لكل سم² من المساحة الدائرية ولكل درجة مئوية فوق 25°م.

عند الحديث عن القدرة، تنخفض بنسبة 0.5% لكل درجة زيادة في درجة حرارة الخلية فوق 25°م.

13.7 الصمامات في الألواح

الصمامات هي عناصر حماية تستخدم لمنع التيار المستمر من الألواح من تغيير الاتجاه. داخلها يتكون من السيليكون والمفهوم هو نفسه للألواح الكهروضوئية.

الصمامات في الألواح تمنع ما يسمى "النقطة الساخنة"، تسمى بالتجاوز (by-pass)، تحمي الوحدات الفردية من الضرر الذي يمكن أن يحدث بسبب تأثير التظليل الجزئي في الألواح. اللوح المظلل يصبح مستقبلًا عند توليد جهد أقل من الآخرين، هذا يجعل طاقة الألواح الأخرى تتفريغ فيه وتسخن حتى نقطة تدميره. الصمامات تمنع هذا بجعل ذلك التيار يمر ولا يصب في اللوح.

في الألواح ذات القدرة المعينة عادة ما يكون هناك اثنان وحتى ثلاثة صمامات على التوالي، تقسم اللوح إلى جزأين لعدم إلغائه تمامًا وتقديم حماية أفضل.

يجب استخدام هذه الصمامات دائمًا في الوحدات التي تكون اتصالات الخلايا فيها على التوالي، خاصة في الجهود المساوية أو الأكبر من 24 فولت تيار مستمر.

يوجد نوع آخر من توصيل الصمامات في التركيب الكهروضوئي، تسمى بالحظر. توصل بين اللوح والبطارية في تركيب معزول عن الشبكة لمنع تفريغها فيها عندما تولد جهدًا أقل في الأيام الغائمة أو في الليل. يوصل الكاثود أو سالب الصمام مع موجب البطارية والأنود أو موجب الصمام مع موجب اللوح. تركب في المنظم وعادة ما تأتي من المصنع.

13.8 عدد الخلايا حسب التطبيق

13.9 تجميع الألواح

الاتصال على التوالي: هو اتحاد القطب الموجب للوح مع القطب السالب للوح آخر مختلف، بهذه الطريقة ستجمع في الطرفين الآخرين جهوده وقدرته مع بقاء شدة واحد فقط.

الاتصال على التوازي: هو اتحاد الأقطاب السالبة لجميع الألواح من جانب واتحاد الأقطاب الموجبة لجميع الألواح من الجانب الآخر، بهذه الطريقة ستجمع شدتها وقدرتها مع بقاء جهد واحد فقط.

هذا النوع من الاتصالات يتم عادة في صناديق محكمة. في بعض الحالات يمكن عملها في صناديق توصيل اللوح (غير مستحسن). توجد موصلات معتمدة حيث يمكن توصيل لوحين على التوازي.

الاتصال المختلط: هو اتحاد الألواح على التوالي وعلى التوازي (فرع).

13.10 التوجيه والميل

التوجيه: السمت - نحو الجنوب في نصف الكرة الشمالي (α=0º) ونحو الشمال في نصف الكرة الجنوبي.

الميل: يعتمد على خط العرض ونوع الاستهلاك:

• ✓ استخدام دائم: β = خط العرض + 10º (يهتم بتعظيم الإشعاع في أشهر الشتاء أو أقل إشعاع)
• ✓ أقل استهلاك في أشهر الإشعاع المنخفض: β = خط العرض (يهتم بتعظيم إشعاع الاعتدالين)
• ✓ استخدام صيفي: β = خط العرض - 10º. الري من مارس إلى سبتمبر عادة: β = خط العرض - 20º

بشكل عام يجب أن يتجاوز الميل 15º لإزاحة المطر والأوساخ ولكن يجب مراعاة عوامل أخرى مثل تكلفة الهيكل.

13.11 الإشعاع الشمسي

لقياس الإشعاع الشمسي نستخدم ساعة الشمس الذروة (HSP)، تعرف بأنها الوقت بالساعات لإشعاع شمسي افتراضي ثابت قدره 1000 واط/م².

13.12 الخسائر بسبب التوجيه والميل

13.13 المسافة بين الصفوف

13.14 السطح المطلوب

13.1 ترکیب پنل فتوولتائیک

یک ماژول فتوولتائیک از سلول‌های متعدد تشکیل شده که به صورت سری و موازی به هم متصل شده‌اند و در یک ساختار "ساندویچی" محافظ کپسوله شده‌اند. ترکیب استاندارد شامل:

• ✓ شیشه حرارت دیده (3-4 میلی‌متر): محتوای سرب کم برای حداکثر عبور
• ✓ EVA بالا: کپسول‌کننده اتیلن-وینیل-استات
• ✓ سلول‌های فتوولتائیک: سیلیکون تک یا چند کریستالی
• ✓ EVA پایین: لایه کپسول‌کننده دوم
• ✓ تدلار: پوشش محافظ پشتی
• ✓ قاب آلومینیوم آنودایز شده: با سوراخ‌های نصب
• ✓ جعبه اتصال: با دیودهای بای‌پس و کابل‌های تایید شده
• ✓ واشر سیلیکون: آب‌بندی بین قاب و ماژول

13.2 انواع سلول‌های فتوولتائیک

13.3 فرآیند ساخت تک کریستالی

روش چکرالسکی (Cz) رایج‌ترین برای سیلیکون تک کریستالی است:

1. ✓ ذوب: سیلیکون فوق‌العاده خالص (99.999%) با بور (1 قسمت در میلیون) در 1400°س
2. ✓ کریستالیزاسیون: بذر کریستال چرخان
3. ✓ رشد: اتم‌ها در 3 جهت عمود مرتب می‌شوند
4. ✓ برش: استوانه به ورقه‌های 0.3 میلی‌متر بریده می‌شود (خسارت تا 70%)
5. ✓ عملیات شیمیایی: بازیابی سطح برش
6. ✓ دوپینگ: کوره‌های 800-1000°س با اتمسفر فسفر
7. ✓ لایه ضد بازتاب: استفاده بیشتر از تابش
8. ✓ اتصالات اهمی: متالیزاسیون برای اتصال
9. ✓ مشخصه‌یابی: اندازه‌گیری خواص طیفی

13.4 مشخصات الکتریکی پنل

13.5 اثر تابش

جریانی که پنل ارائه می‌دهد مستقیماً با تابش دریافتی متناسب است. برعکس، مقدار ولتاژ به سختی تحت تأثیر قرار می‌گیرد. از این می‌توانیم استنباط کنیم که داشتن ولتاژ در پنل به این معنا نیست که توان داریم، زیرا جریان خروجی می‌تواند بسیار کم باشد.

13.6 اثر دما

دما بر ولتاژ پنل تأثیر می‌گذارد. در پنل‌های سیلیکون، ولتاژ به نرخ 2.3×10⁻³ ولت به ازای هر سلول و هر درجه سانتی‌گراد که دما بالای 25°س افزایش می‌یابد، کاهش می‌یابد. به همین ترتیب، جریان 15×10⁻⁶ آمپر به ازای هر سانتی‌متر مربع سطح دایره‌ای و به ازای هر درجه سانتی‌گراد بالای 25°س افزایش می‌یابد.

وقتی از توان صحبت می‌کنیم، به ازای هر درجه افزایش دمای سلول بالای 25°س، 0.5% کاهش می‌یابد.

13.7 دیودها در پنل‌ها

دیودها عناصر حفاظتی هستند که برای جلوگیری از تغییر جهت جریان مستقیم از پنل‌ها استفاده می‌شوند. داخل آنها از سیلیکون تشکیل شده و مفهوم همان مفهوم پنل‌های فتوولتائیک است.

دیودها در پنل‌ها از آنچه "نقطه داغ" نامیده می‌شود جلوگیری می‌کنند، آنها بای‌پس (bypass) نامیده می‌شوند، از ماژول‌های فردی در برابر آسیبی که می‌تواند به دلیل اثر سایه‌اندازی جزئی در پنل‌ها رخ دهد محافظت می‌کنند. یک پنل سایه‌اندازی شده به یک گیرنده تبدیل می‌شود وقتی ولتاژ کمتری نسبت به دیگران تولید می‌کند، این باعث می‌شود انرژی از پنل‌های دیگر در آن تخلیه شود و تا نقطه‌ای که آن را نابود کند گرم شود. دیودها از این جلوگیری می‌کنند با اینکه آن جریان عبور کند و در پنل نریزد.

در پنل‌هایی با توان معین معمولاً دو و تا سه دیود به صورت سری وجود دارد، پنل را به دو قسمت تقسیم می‌کنند تا آن را کاملاً خنثی نکنند و حفاظت بهتری ارائه دهند.

این دیودها باید همیشه در ماژول‌هایی که اتصالات سلول آنها به صورت سری است استفاده شوند، به خصوص در ولتاژهای مساوی یا بیشتر از 24 ولت DC.

نوع دیگری از اتصال دیودها در یک تأسیس فتوولتائیک وجود دارد، آنها مسدودکننده نامیده می‌شوند. بین پنل و باتری در یک تأسیس جدا از شبکه متصل می‌شوند تا از تخلیه در آنها وقتی ولتاژ کمتری در روزهای ابری یا شب تولید می‌کنند جلوگیری کنند. کاتد یا منفی دیود به مثبت باتری و آند یا مثبت دیود به مثبت پنل متصل می‌شود. در تنظیم‌کننده نصب می‌شوند و معمولاً از کارخانه می‌آیند.

13.8 تعداد سلول‌ها بر اساس کاربرد

13.9 اتصال پنل‌ها

اتصال سری: اتصال قطب مثبت یک پنل با قطب منفی یک پنل دیگر متفاوت است، به این ترتیب ولتاژها و توان‌های آنها در دو انتهای دیگر جمع می‌شوند در حالی که جریان فقط یکی باقی می‌ماند.

اتصال موازی: اتصال قطب‌های منفی همه پنل‌ها از یک طرف و اتصال قطب‌های مثبت همه پنل‌ها از طرف دیگر، به این ترتیب جریان‌ها و توان‌های آنها جمع می‌شوند در حالی که ولتاژ فقط یکی باقی می‌ماند.

این نوع اتصالات معمولاً در جعبه‌های ضد آب انجام می‌شود. در برخی موارد می‌توان در جعبه‌های اتصال یک پنل انجام داد (توصیه نمی‌شود). اتصال‌های تایید شده‌ای وجود دارد که می‌توان دو پنل را به صورت موازی متصل کرد.

اتصال مختلط: اتصال پنل‌ها به صورت سری و موازی (شاخه) است.

13.10 جهت‌گیری و شیب

جهت‌گیری: سمت - به سمت جنوب در نیمکره شمالی (α=0º) و به سمت شمال در نیمکره جنوبی.

شیب: به عرض جغرافیایی و نوع مصرف بستگی دارد:

• ✓ استفاده دائمی: β = عرض جغرافیایی + 10º (علاقه‌مند به به حداکثر رساندن تابش در ماه‌های زمستان یا کمتر آفتاب)
• ✓ مصرف کمتر در ماه‌های تابش کم: β = عرض جغرافیایی (علاقه‌مند به به حداکثر رساندن تابش اعتدالین)
• ✓ استفاده تابستانی: β = عرض جغرافیایی - 10º. آبیاری از مارس تا سپتامبر معمولاً: β = عرض جغرافیایی - 20º

به طور کلی شیب باید از 15º بیشتر باشد تا باران و کثیفی را جابجا کند اما باید عوامل دیگر مانند هزینه سازه را در نظر گرفت.

13.11 تابش خورشیدی

برای اندازه‌گیری تابش خورشیدی از ساعت خورشیدی اوج (HSP) استفاده می‌کنیم، به عنوان زمان در ساعت‌های یک تابش خورشیدی فرضی ثابت 1000 وات/م² تعریف می‌شود.

13.12 تلفات به دلیل جهت‌گیری و شیب

13.13 فاصله بین ردیف‌ها

13.14 سطح مورد نیاز

13.1 Composição do Painel Fotovoltaico

Um módulo fotovoltaico é composto por múltiplas células conectadas entre si em série e paralelo, encapsuladas em uma estrutura "sanduíche" protetora. A composição padrão inclui:

• ✓ Vidro temperado (3-4 mm): Baixo teor de chumbo para máxima transmissividade
• ✓ EVA superior: Encapsulante Etileno-Vinil-Acetato
• ✓ Células fotovoltaicas: Silício monocristalino ou policristalino
• ✓ EVA inferior: Segunda camada encapsulante
• ✓ Tedlar: Cobertura posterior protetora
• ✓ Moldura de alumínio anodizado: Com furos de fixação
• ✓ Caixa de conexões: Com diodos by-pass e cabos homologados
• ✓ Junta de silicone: Estanqueidade entre moldura e módulo

13.2 Tipos de Células Fotovoltaicas

13.3 Processo de Fabricação Monocristalino

O método Czochralski (Cz) é o mais comum para silício monocristalino:

1. ✓ Fusão: Silício ultra puro (99.999%) com boro (1 ppm) a 1400°C
2. ✓ Cristalização: Semente de cristal gême giratória
3. ✓ Crescimento: Átomos se ordenam em 3 direções perpendiculares
4. ✓ Corte: Cilindro cortado em obleias de 0.3 mm (perda até 70%)
5. ✓ Tratamento químico: Restauração superficial do corte
6. ✓ Dopagem: Fornos 800-1000°C com atmosfera de fósforo
7. ✓ Camada antirrefletante: Maior aproveitamento de radiação
8. ✓ Contatos ôhmicos: Metalização para conexão
9. ✓ Caracterização: Medida de propriedades espectrais

13.4 Características Elétricas do Painel

13.5 Efeito da Irradiância

A intensidade que cede o painel é diretamente proporcional à irradiância recebida. Pelo contrário, o valor de tensão apenas é afetado. Com isto podemos deduzir que o fato de ter tensão no painel não significa que tenhamos potência, já que a intensidade de saída pode ser muito baixa.

13.6 Efeito da Temperatura

A temperatura afeta à tensão do painel. Em painéis de silício, o voltaje diminui a razão de 2.3×10⁻³ volts por célula e grau centígrado que se incremente a temperatura por cima dos 25°C. Da mesma maneira, a intensidade aumenta 15×10⁻⁶ A por cada cm² de área circular e por cada grau centígrado por cima dos 25°C.

Falando de potência, diminui o 0.5% por cada grau de aumento da temperatura da célula por cima dos 25°C.

13.7 Diodos em Painéis

Os diodos são elementos de proteção que se utilizam para evitar que a corrente contínua dos painéis mude de sentido. Seu interior está composto de silício e o conceito é o mesmo que o dos painéis fotovoltaicos.

Os diodos nos painéis evitam o chamado "ponto quente", são os chamados by-pass (de passo), protegem aos módulos individuais do dano que pode ocorrer pelo efeito do sombreado parcial nos painéis. Um painel sombreado se converte em um receptor ao gerar menos tensão que outros, isto faz que a energia dos demais painéis se descarreguem nele e se aqueça até o ponto de destruí-lo. Os diodos evitam isto fazendo que essa corrente passe de longo e não se volte no painel.

Em painéis de certa potência costuma haver dois e até três diodos em série, dividindo o painel em duas partes para não anulá-lo completamente e oferecer melhor proteção.

Estes diodos devem empregar-se sempre em módulos cujas conexões de célula estão em série, especialmente em tensões iguais ou superiores a 24 Vdc.

Existe outro tipo de conexão dos diodos em uma instalação fotovoltaica, são os chamados de bloqueio. Conectam-se entre o painel e a bateria em uma instalação isolada de rede para evitar que se descarregue neles quando geram menos tensão em dias nublados ou de noite. Une-se o cátodo ou negativo do diodo com o positivo da bateria e o ânodo ou positivo do diodo com o positivo do painel. Instalam-se no regulador e normalmente vêm de fábrica.

13.8 Número de Células segundo Aplicação

13.9 Associação de Painéis

Conexão em série: É a união do polo positivo de um painel com o polo negativo de outro painel distinto, desta maneira se somarão nos outros dois extremos suas tensões e potências permanecendo a intensidade de um só.

Conexão em paralelo: É a união dos polos negativos de todos os painéis por um lado e a união dos polos positivos de todos os painéis por outro, desta forma se somarão suas intensidades e potências permanecendo a tensão de um só.

Este tipo de conexões se realiza habitualmente em caixas estanques. Em alguns casos se podem realizar nas caixas de conexão de um painel (não aconselhável). Existem conectores homologados onde se podem unir dois painéis em paralelo.

Conexão mista: É a união de painéis em série e em paralelo (ramal).

13.10 Orientação e Inclinação

Orientação: Azimut - para o sul no hemisfério norte (α=0º) e para o norte no hemisfério sul.

Inclinação: depende da latitude e do tipo de consumo:

• ✓ Uso permanente: β = Latitude + 10º (interessa maximizar a radiação nos meses de inverno ou menor insolação)
• ✓ Menos consumo em meses de baixa radiação: β = Latitude (interessa é maximizar a radiação dos equinócios)
• ✓ Uso verão: β = Latitude - 10º. Regadio de Março a Setembro costuma ser: β = Latitude - 20º

Em geral a inclinação deve superar 15º para deslocar chuva e sujeira mas há que ter em conta outros fatores como o custo da estrutura.

13.11 Irradiação Solar

Para medir a irradiação solar usamos a hora solar pico (HSP), define-se como o tempo em horas de uma hipotética irradiação solar constante de 1000 W/m².

13.12 Perdas por Orientação e Inclinação

13.13 Distância entre Fileiras

13.14 Superfície Necessária

13.1 光伏板的组成

光伏组件由多个相互串联和并联连接的电池组成,封装在保护性的"三明治"结构中。标准组成包括:

• ✓ 钢化玻璃(3-4毫米): 低铅含量以获得最大透射率
• ✓ 上层EVA: 乙烯-醋酸乙烯酯封装材料
• ✓ 光伏电池: 单晶或多晶硅
• ✓ 下层EVA: 第二层封装层
• ✓ Tedlar: 保护性背板
• ✓ 阳极氧化铝框架: 带固定孔
• ✓ 接线盒: 带旁路二极管和认证电缆
• ✓ 硅橡胶垫圈: 框架和组件之间的密封

13.2 光伏电池类型

13.3 单晶制造工艺

直拉法(Cz)是单晶硅最常用的方法:

1. ✓ 熔化: 超纯硅(99.999%)加硼(1ppm)在1400°C
2. ✓ 结晶: 旋转晶种
3. ✓ 生长: 原子在3个垂直方向排列
4. ✓ 切割: 圆柱体切割成0.3毫米晶片(损失高达70%)
5. ✓ 化学处理: 切割表面的恢复
6. ✓ 掺杂: 800-1000°C炉内磷气氛
7. ✓ 减反射涂层: 更大程度利用辐射
8. ✓ 欧姆接触: 金属化用于连接
9. ✓ 表征: 光谱特性测量

13.4 面板的电气特性

13.5 辐照度的影响

面板提供的电流与接收到的辐照度成正比。相反,电压值几乎不受影响。由此我们可以推断, 面板中有电压并不意味着我们有功率,因为输出电流可能非常低。

13.6 温度的影响

温度影响面板电压。在硅面板中,电压以每电池2.3×10⁻³伏特和每摄氏度温度增加超过25°C 的速率降低。同样,电流每平方厘米圆形面积和每摄氏度超过25°C增加15×10⁻⁶安培。

谈到功率,每摄氏度电池温度增加超过25°C降低0.5%。

13.7 面板中的二极管

二极管是用于防止面板直流电流改变方向的保护元件。其内部由硅组成,概念与光伏面板 相同。

面板中的二极管避免了所谓的"热点"效应,它们被称为旁路(by-pass),保护单个组件免受 面板部分阴影效应可能造成的损坏。阴影面板在产生比其他面板更低电压时变成接收器, 这导致其他面板的能量在其中放电并加热到破坏它的程度。二极管通过使该电流通过而不 流入面板来避免这种情况。

在具有一定功率的面板中,通常有两个甚至三个二极管串联,将面板分成两部分以不完全 消除它并提供更好的保护。

这些二极管必须始终用于电池串联连接的组件中,特别是在等于或大于24 Vdc的电压下。

光伏安装中还有另一种类型的二极管连接,它们被称为阻塞型。它们连接在离网安装中 的面板和电池之间,以防止在阴天或夜晚产生较低电压时在其中放电。二极管的阴极或负极 连接到电池的正极,二极管的阳极或正极连接到面板的正极。它们安装在调节器中,通常 来自工厂。

13.8 根据应用的电池数量

13.9 面板组合

串联连接: 是一个面板的正极与另一个不同面板的负极的连接,这样在另外 两端将相加它们的电压和功率,而电流保持为一个。

并联连接: 是所有面板的负极在一侧的连接和所有面板的正极在另一侧的 连接,这样它们的电流和功率将相加,而电压保持为一个。

这种类型的连接通常在防水盒中进行。在某些情况下可以在面板的连接盒中进行(不建议)。 有认证的连接器可以将两个面板并联连接。

混合连接: 是面板串联和并联的连接(分支)。

13.10 朝向和倾斜

朝向: 方位角 - 在北半球朝南(α=0º),在南半球朝北。

倾斜: 取决于纬度和消费类型:

• ✓ 永久使用: β = 纬度 + 10º(有兴趣在冬季月份或较少日照时最大化辐射)
• ✓ 低辐射月份较少消费: β = 纬度(有兴趣最大化分点辐射)
• ✓ 夏季使用: β = 纬度 - 10º。3月至9月的灌溉通常为: β = 纬度 - 20º

一般来说,倾斜必须超过15º以排除雨水和污垢,但必须考虑其他因素,如结构的成本。

13.11 太阳辐射

为了测量太阳辐射,我们使用峰值太阳时(HSP),它被定义为假设恒定太阳辐射1000 W/m² 的小时数。

13.12 由于朝向和倾斜造成的损失

13.13 排之间的距离

13.14 所需表面积

13.1 Состав фотоэлектрической панели

Фотоэлектрический модуль состоит из множества ячеек, соединенных между собой последовательно и параллельно, инкапсулированных в защитную структуру "сэндвич". Стандартный состав включает:

• ✓ Закаленное стекло (3-4 мм): Низкое содержание свинца для максимальной пропускной способности
• ✓ Верхний EVA: Инкапсулянт Этилен-Винилацетат
• ✓ Фотоэлектрические ячейки: Монокристаллический или поликристаллический кремний
• ✓ Нижний EVA: Второй инкапсулирующий слой
• ✓ Тедлар: Защитное заднее покрытие
• ✓ Анодированная алюминиевая рама: С крепежными отверстиями
• ✓ Соединительная коробка: С обходными диодами и утвержденными кабелями
• ✓ Силиконовая прокладка: Герметичность между рамой и модулем

13.2 Типы фотоэлектрических ячеек

13.3 Процесс производства монокристаллического

Метод Чохральски (Cz) является наиболее распространенным для монокристаллического кремния:

1. ✓ Плавление: Ультрак чистый кремний (99.999%) с бором (1 часть на миллион) при 1400°C
2. ✓ Кристаллизация: Вращающееся семя кристалла
3. ✓ Рост: Атомы упорядочиваются в 3 перпендикулярных направлениях
4. ✓ Резка: Цилиндр разрезается на пластины 0.3 мм (потеря до 70%)
5. ✓ Химическая обработка: Восстановление поверхности разреза
6. ✓ Легирование: Печи 800-1000°C с атмосферой фосфора
7. ✓ Антиотражающее покрытие: Большее использование излучения
8. ✓ Омические контакты: Металлизация для соединения
9. ✓ Характеризация: Измерение спектральных свойств

13.4 Электрические характеристики панели

13.5 Эффект облученности

Ток, который отдает панель, прямо пропорционален полученной облученности. Напротив, значение напряжения едва затрагивается. Из этого мы можем вывести, что наличие напряжения в панели не означает, что у нас есть мощность, поскольку выходной ток может быть очень низким.

13.6 Эффект температуры

Температура влияет на напряжение панели. В кремниевых панелях напряжение уменьшается со скоростью 2.3×10⁻³ вольт на ячейку и градус Цельсия, который увеличивается температура выше 25°C. Точно так же ток увеличивается на 15×10⁻⁶ А на каждый см² круглой площади и на каждый градус Цельсия выше 25°C.

Говоря о мощности, она уменьшается на 0.5% на каждый градус увеличения температуры ячейки выше 25°C.

13.7 Диоды в панелях

Диоды - это защитные элементы, которые используются для предотвращения изменения направления постоянного тока от панелей. Их внутренность состоит из кремния, и концепция такая же, как у фотоэлектрических панелей.

Диоды в панелях избегают так называемого эффекта "горячей точки", они называются обходными (by-pass), они защищают отдельные модули от повреждения, которое может произойти из-за эффекта частичного затенения на панелях. Затененная панель становится приемником при генерации меньшего напряжения, чем другие, это заставляет энергию других панелей разряжаться в ней и нагреваться до точки разрушения. Диоды избегают этого, заставляя этот ток проходить и не выливаться в панель.

В панелях определенной мощности обычно есть два и до трех диодов последовательно, деля панель на две части, чтобы не аннулировать ее полностью и предложить лучшую защиту.

Эти диоды должны всегда использоваться в модулях, соединения ячеек которых находятся последовательно, особенно в напряжениях, равных или превышающих 24 В постоянного тока.

Существует другой тип соединения диодов в фотоэлектрической установке, они называются блокирующими. Они соединяются между панелью и батареей в установке, изолированной от сети, чтобы предотвратить разрядку в них, когда они генерируют меньшее напряжение в пасмурные дни или ночью. Катод или отрицательный диод соединяется с положительным полюсом батареи, а анод или положительный диод соединяется с положительным полюсом панели. Они устанавливаются в регуляторе и обычно приходят с завода.

13.8 Количество ячеек в зависимости от применения

13.9 Ассоциация панелей

Последовательное соединение: Это соединение положительного полюса одной панели с отрицательным полюсом другой различной панели, таким образом, их напряжения и мощности будут суммироваться на других двух концах, сохраняя ток только одного.

Параллельное соединение: Это соединение отрицательных полюсов всех панелей с одной стороны и соединение положительных полюсов всех панелей с другой, таким образом, их токи и мощности будут суммироваться, сохраняя напряжение только одного.

Этот тип соединений обычно выполняется в водонепроницаемых коробках. В некоторых случаях их можно выполнять в соединительных коробках панели (не рекомендуется). Существуют утвержденные разъемы, где можно соединить две панели параллельно.

Смешанное соединение: Это соединение панелей последовательно и параллельно (ветвь).

13.10 Ориентация и наклон

Ориентация: Азимут - на юг в северном полушарии (α=0º) и на север в южном полушарии.

Наклон: зависит от широты и типа потребления:

• ✓ Постоянное использование: β = Широта + 10º (интересует максимизировать излучение в зимние месяцы или меньшую инсоляцию)
• ✓ Меньшее потребление в месяцы с низким излучением: β = Широта (интересует максимизировать излучение равноденствий)
• ✓ Летнее использование: β = Широта - 10º. Орошение с марта по сентябрь обычно: β = Широта - 20º

В целом наклон должен превышать 15º, чтобы отодвинуть дождь и грязь, но необходимо учитывать другие факторы, такие как стоимость структуры.

13.11 Солнечное излучение

Для измерения солнечного излучения мы используем пиковый солнечный час (HSP), он определяется как время в часах гипотетического постоянного солнечного излучения 1000 Вт/м².

13.12 Потери из-за ориентации и наклона

13.13 Расстояние между рядами

13.14 Необходимая поверхность