ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์

กำลังไฟฟ้าที่กำหนดและพารามิเตอร์อื่นๆ ของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ทั้งหมดจะถูกวัดภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน เงื่อนไขมาตรฐานนี้คืออุณหภูมิของโมดูลคือ 25°C แสงคือ 1000 วัตต์ต่อตารางเมตร และคุณภาพอากาศคือ AM1.5 (แผ่จากพื้นผิวของดวงอาทิตย์) เมื่อแสงมาถึงชั้นบรรยากาศของโลก แสงจะเปลี่ยนแปลงไปตามละติจูด เวลา และสภาพอุตุนิยมวิทยา กล่าวคือ แสงแดดโดยตรง ณ สถานที่เดียวกันจะเปลี่ยนแปลงไปตามปริมาณอากาศในฤดูกาลต่างๆ ปริมาณอากาศที่ผ่านชั้นบรรยากาศเรียกว่าคุณภาพอากาศคือ AM ปริมาณอากาศที่แสงอาทิตย์ผ่านชั้นบรรยากาศในแนวตั้งจากจุดเหนือศีรษะเรียกว่า AM1 แต่ในสภาพธรรมชาติ โดยทั่วไปแสงอาทิตย์จะผ่านชั้นบรรยากาศในแนวเฉียง และปริมาณอากาศ ณ เวลานี้เรียกว่า AM1.5) ลักษณะสเปกตรัม อย่างไรก็ตาม เซลล์แสงอาทิตย์ทั่วไปไม่สามารถทำงานได้ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้

เซลล์แสงอาทิตย์ประกอบด้วยซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ ซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ ฟิล์มบาง และอื่นๆ เซลล์แสงอาทิตย์เหล่านี้ใช้ปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกของสารกึ่งตัวนำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า และประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์เหล่านี้ย่อมขึ้นอยู่กับอุณหภูมิบริเวณรอยต่อ อุณหภูมิบริเวณรอยต่อสัมพันธ์กับอุณหภูมิโดยรอบ ความเข้มของแสงอาทิตย์ และการระบายอากาศ

ภายใต้แสงแดด อุณหภูมิบริเวณรอยต่อของเซลล์แสงอาทิตย์จะสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฤดูร้อนที่มีแสงแดดแรงและอุณหภูมิสูง อุณหภูมิบริเวณรอยต่อของโมดูลอาจสูงถึง 70°C หรือสูงกว่า ยิ่งอุณหภูมิใช้งานสูง ข้อดีของเซลล์ซิลิคอนอะมอร์ฟัสก็ยิ่งชัดเจนมากขึ้น กำลังการผลิตไฟฟ้าเฉลี่ยต่อปีของเซลล์ซิลิคอนอะมอร์ฟัสสูงกว่าเซลล์ซิลิคอนผลึกประมาณ 10%

สถานีพลังงานแสงอาทิตย์ทุกแห่งประกอบด้วยส่วนประกอบหลายชิ้นที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม และสุดท้ายเชื่อมต่อแบบขนานผ่านคอนฟลูเอนซ์ ส่วนประกอบต่างๆ ได้รับการออกแบบให้เชื่อมต่อแบบอนุกรม เพื่อให้พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดและแรงดันไฟฟ้าใช้งานมีค่าเหมาะสมที่สุดและตรงกับอินเวอร์เตอร์ ต้องมีเงื่อนไขพื้นฐานสามประการเพื่อให้ส่วนประกอบที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมสามารถจับคู่กันได้ดีที่สุด: ประการแรก แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุดของส่วนประกอบที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมต้องไม่เกินแรงดันไฟฟ้าระบบสูงสุดของส่วนประกอบ (แรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัยของส่วนประกอบ โดยทั่วไปค่านี้กำหนดในจีนแผ่นดินใหญ่และยุโรปไว้ที่ 1000 โวลต์ และ 600 โวลต์ในอเมริกาเหนือ) ประการที่สอง แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุดของส่วนประกอบต้องไม่เกินแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่อินเวอร์เตอร์อนุญาต และประการที่สาม แรงดันไฟฟ้าใช้งานของส่วนประกอบที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมต้องอยู่ในช่วงแรงดันไฟฟ้าใช้งานของอินเวอร์เตอร์ที่ควบคุมได้ อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญที่ต้องเน้นย้ำคือทั้งสามประเด็นข้างต้นล้วนได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิและแสง

กำลังไฟฟ้าขาออกของเซลล์แสงอาทิตย์จะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นหลังจากถึงอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสมที่ 25°C โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฤดูร้อน การลดทอนกำลังไฟฟ้าจะสูงขึ้นภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง เมื่อเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแบบผลึก เซลล์ฟิล์มบางซิลิคอนอะมอร์ฟัสมีความเหมาะสมมากกว่าสำหรับการทำงานภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงในฤดูร้อน เนื่องจากมีคุณสมบัติที่อุณหภูมิต่ำที่ดี เมื่อเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทอื่น เซลล์ฟิล์มบางซิลิคอนอะมอร์ฟัสที่มีกำลังไฟฟ้าเท่ากันสามารถผลิตไฟฟ้ารวมต่อปีได้มากกว่า

โดยทั่วไปแล้ว พารามิเตอร์ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของโมดูลโฟโตโวลตาอิกจะวัดภายใต้เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐาน เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐาน (STC) ประกอบด้วย: (ความเข้มแสง: 1000 วัตต์/ตารางเมตร; สเปกตรัม: 1.5 แอมแปร์; อุณหภูมิโมดูล: 25°C) อย่างไรก็ตาม เมื่อโมดูลโฟโตโวลตาอิกทำงานกลางแจ้ง อุณหภูมิโดยทั่วไปจะสูงกว่า 25°C ในขณะที่อุณหภูมิการทำงานของโมดูลที่ติดตั้งบนหลังคาจะสูงกว่า ในการใช้งานจริง อุณหภูมิการทำงานของโมดูลมักจะสูงกว่า 55°C ดังนั้น เมื่อผู้บริโภคเลือกประเภทของโมดูลโฟโตโวลตาอิก พวกเขาควรพิจารณาค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นปัจจัยสำคัญ

เนื่องจากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น กำลังขับของส่วนประกอบจะลดลงตามไปด้วย ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของแบตเตอรี่ฟิล์มบางซิลิคอนอะมอร์ฟัสอยู่ที่ -0.2%/℃ ในขณะที่ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของซิลิคอนผลึกอยู่ที่ -0.5%/℃ ซึ่งหมายความว่าเมื่ออุณหภูมิของโมดูลถึง 50°C กำลังไฟฟ้าจะลดลงประมาณ 5% เมื่อเทียบกับสภาวะมาตรฐานที่ 25°C ในขณะที่ค่าการลดทอนกำลังไฟฟ้าของซิลิคอนผลึกจะอยู่ที่ประมาณ 12.5% ​​ดังนั้น แม้ว่าประสิทธิภาพการแปลงของเซลล์ฟิล์มบางซิลิคอนอะมอร์ฟัสจะต่ำกว่าเซลล์ซิลิคอนผลึกภายใต้สภาวะการทดสอบมาตรฐาน แต่ในทางปฏิบัติ ความแตกต่างของประสิทธิภาพการทำงานโดยเฉลี่ยระหว่างทั้งสองจะลดลง

เซลล์แบบฟิล์มบางซิลิคอนอะมอร์ฟัสทำงานได้ดีกว่าเซลล์แบบผลึกซิลิคอนในสภาพแสงน้อย ในทางปฏิบัติ โมดูลโฟโตวอลตาอิกมักทำงานภายใต้ความเข้มแสงมาตรฐาน 1000 วัตต์/ตารางเมตร² ซึ่งต่ำกว่าความเข้มแสงนี้ และหากแบตเตอรี่แบบผลึกซิลิคอนต้องการประสิทธิภาพการทำงานที่เหมาะสม จำเป็นต้องได้รับแสงที่แรงสูงในแนวตั้ง แบตเตอรี่แบบฟิล์มบางซิลิคอนอะมอร์ฟัสมีข้อจำกัดด้านความเข้มแสงและมุมรับแสงอาทิตย์น้อยกว่ามาก ดังนั้น ในช่วงเวลาก่อนพระอาทิตย์ตกดิน แบตเตอรี่แบบผลึกซิลิคอนอาจไม่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ แต่แบตเตอรี่แบบฟิล์มบางยังคงสามารถทำงานได้ อีกประเด็นหนึ่งคือ แบตเตอรี่แบบฟิล์มบางซิลิคอนอะมอร์ฟัสมีเส้นโค้ง IV ที่อ่อนกว่า จึงสามารถเข้าถึงกำลังไฟฟ้าสูงสุดที่ใช้งานได้เร็วกว่า

เนื่องจากกำลังไฟฟ้าขาออกของส่วนประกอบเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงอาทิตย์ การกระจายตัวของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ อุณหภูมิ เงา และโครงสร้างผลึกของเซลล์แสงอาทิตย์ ดังนั้น การวัดส่วนประกอบเซลล์แสงอาทิตย์จึงดำเนินการภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน (STC) และเงื่อนไขการวัดนี้กำหนดโดยคณะกรรมาธิการยุโรปว่าเป็นมาตรฐานหมายเลข 101 เงื่อนไขมีดังนี้: ความเข้มของแสงสเปกตรัมคือ 1000 วัตต์/ตารางฟุต

m2; สเปกตรัม AMl.5; อุณหภูมิแบตเตอรี่ 25 ℃

ภายใต้สภาวะนี้ กำลังไฟฟ้าสูงสุดที่โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ส่งออกเรียกว่า กำลังไฟฟ้าสูงสุด (Peak Power) และมีหน่วยเป็นวัตต์สูงสุด (Wp) ในหลายกรณี กำลังไฟฟ้าสูงสุดของโมดูลมักจะวัดด้วยเครื่องจำลองพลังงานแสงอาทิตย์และเปรียบเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์มาตรฐานจากหน่วยงานรับรองระดับสากล

การวัดกำลังไฟฟ้าสูงสุดของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์กลางแจ้งเป็นเรื่องยาก เนื่องจากสเปกตรัมของแสงอาทิตย์ที่โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ได้รับจริงขึ้นอยู่กับสภาพบรรยากาศและตำแหน่งของดวงอาทิตย์ ความเข้มของแสง (ความเข้มแสง) ก็มีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาเช่นกัน ข้อผิดพลาดในการวัดกลางแจ้งอาจสูงถึง 10% หรือมากกว่านั้นได้อย่างง่ายดาย

เมื่ออุณหภูมิของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์สูง ประสิทธิภาพการทำงานจะลดลง เมื่ออุณหภูมิของเซลล์แสงอาทิตย์เพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดจะลดลง ในช่วง 20-100°C แรงดันไฟฟ้าของแต่ละเซลล์จะลดลง 2mV ทุกๆ 1°C ที่เพิ่มขึ้น ในขณะที่กระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ประมาณทุกๆ 1°C ที่เพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าของแต่ละเซลล์จะเพิ่มขึ้นหนึ่งในพัน หรือ 03mA/°C•cm2 โดยทั่วไป กำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์จะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น โดยมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิโดยทั่วไปอยู่ที่ -0.35%/°C กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากอุณหภูมิของเซลล์แสงอาทิตย์เพิ่มขึ้น 1°C กำลังไฟฟ้าจะลดลง 0.35% ดังนั้น การไหลเวียนของอากาศเหนือและใต้โมดูลจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากจะช่วยระบายความร้อนและป้องกันไม่ให้เซลล์แสงอาทิตย์ร้อนขึ้น

สิ่งที่จะกล่าวถึงในที่นี้คืออิทธิพลของอุณหภูมิต่อประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแบบผลึก แต่เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแบบอะมอร์ฟัสมีความแตกต่างกัน รายงานของบริษัทยูนิ-โซลาร์ในสหรัฐอเมริการะบุว่า ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิกำลังไฟฟ้าของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแบบอะมอร์ฟัสสามจุดเชื่อมต่อของบริษัทอยู่ที่ -0.21% เท่านั้น

ความเข้มของแสงจะแปรผันตรงกับโฟโตเคอร์เรนต์ของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ และความเข้มของแสงจะอยู่ระหว่าง 100 ถึง 1000W/m2

ภายใน กระแสไฟฟ้าโฟโตเคอร์เรนต์จะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงเสมอเมื่อความเข้มแสงเพิ่มขึ้น ในขณะที่ความเข้มแสงมีอิทธิพลเพียงเล็กน้อยต่อแรงดันไฟฟ้าโฟโต ในสภาวะอุณหภูมิคงที่ เมื่อความเข้มแสงเปลี่ยนแปลงในช่วง 400-1000W/m2 แรงดันไฟฟ้าในวงจรเปิดของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์จะคงที่โดยพื้นฐาน ด้วยเหตุนี้ กำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์จึงแปรผันตามความเข้มแสงโดยพื้นฐาน

ผลกระทบของการบังแดดต่อประสิทธิภาพของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์นั้นไม่ควรมองข้าม แม้แต่การบังแดดบางส่วนบนโมดูลโฟโตโวลตาอิกก็อาจทำให้กำลังไฟฟ้าขาออกลดลงอย่างมาก ส่วนประกอบบางชิ้นมีความเสี่ยงต่อการบังแดดมากกว่าชิ้นส่วนอื่นๆ และบางครั้งการบังแดดเพียงเล็กน้อยบนเซลล์เดียวก็สามารถสร้างความแตกต่างได้อย่างมาก เมื่อเซลล์เดียวถูกบังแดดอย่างสมบูรณ์ โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์สามารถลดกำลังไฟฟ้าขาออกได้ถึง 75% ดังนั้นการบังแดดจึงเป็นส่วนสำคัญอย่างยิ่งในการประเมินพื้นที่ แม้ว่าโมดูลจะติดตั้งไดโอดเพื่อลดผลกระทบของเงา แต่เนื่องจากการประเมินผลกระทบของเงาบางส่วนที่ต่ำกว่าความเป็นจริง ประสิทธิภาพของระบบโฟโตโวลตาอิกที่สร้างขึ้นและผลกระทบต่อการลงทุนของผู้ใช้จะลดลงอย่างมาก