Η Καμπύλη I - V Ενός Φωτοβολταϊκου Στοιχείου

 

      Για τον έλεγχο της αποδοτικής λειτουργίας ενός ΦΒ στοιχείου αλλά και για τον σχεδιασμό των ηλεκτρονικών που συνδυάζονται μ' αυτό, προσδιορίζουμε τα σημεία μέγιστης ισχύος, τα οποία αντιστοιχούν σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας του στοιχείου. Επιδιώκουμε το σημείο λειτουργίας του σε κάθε διαφορετική κατάσταση που θα προκύψει π.χ. από αλλαγή της πυκνότητας ισχύος ακτινοβολίας, Ε, να αποτελεί και το σημείο μέγιστης ισχύος, Pm για τη δεδομένη κατάσταση (Σχήμα, για την καμπύλη I-V, με Ε = 1 kW/m²).
     Στις υπόλοιπες καμπύλες I-V, τα δύο σημεία δεν συμπίπτουν. Για να συμβεί κάτι τέτοιο, πρέπει ο φόρτος να αλλάζει, έτσι ώστε η νέα ευθεία φόρτου (θεωρούμε ωμικό φόρτο), να περνά από το αντίστοιχο σημείο μέγιστης ισχύος της νέας καμπύλης I-V. Αν τη θέση του φόρτου πάρει ο ηλεκτρικός συσσωρευτής, συμβαίνουν αντίστοιχα φαινόμενα απόκλισης από την κατάσταση μέγιστης ισχύος. Γίνεται λοιπόν φανερή η ανάγκη να προσαρμόζεται το σημείο λειτουργίας του συστήματος με το σημείο μέγιστης ισχύος από το ΦΒ στοιχείο. Την διαδικασία αυτή, δηλαδή την μετακίνηση του σημείου λειτουργίας καθώς αλλάζουν οι συνθήκες καθορισμού της I-V, επιτυγχάνουμε με ειδική ηλεκτρονική διάταξη παρακολούθησης του ΣΜΙ.
     Το σημείο αυτό μπορεί να προσδιοριστεί πειραματικά, αν παραστήσουμε γραφικά την παρεχόμενη από το ΦΒ στοιχείο, ηλεκτρική ισχύ, Ρ = I.V, υπό δεδομένη πυκνότητα ισχύος, Ε, πάνω σε μία μεταβλητή ηλεκτρική αντίσταση, σαν συνάρτηση της τάσης V, στα άκρα της αντίστασης. Το μέγιστο αποδιδόμενης ηλεκτρικής ισχύος αντιστοιχεί στο "γόνατο" της I-V. Οι τιμές ρεύματος - τάσης, στο σημείο μέγιστης ισχύος, συμβολίζονται με Ι
m και Vm. Η μέγιστη δυνατή ισχύς, που μπορεί να δώσει το ΦΒ στοιχείο, υπό δεδομένη προσπίπτουσα πυκνότητα ακτινοβολίας, Ε, ισούται με: Pm=Im.Vm.
      Όταν αλλάζει ο φωτισμός ενός ΦΒ στοιχείου το οποίο τροφοδοτεί μια ηλεκτρική αντίσταση, το σημείο λειτουργίας μετατοπίζεται. Στην αντίσταση τότε αποδίδεται μικρότερη από την μέγιστη ισχύ, σε κάθε περίπτωση. ΣΛ1, ΣΛ2, ΣΛ3 και ΣΛ4: τέσσερα σημεία λειτουργίας, αντίστοιχα των τεσσάρων φωτισμών. Το ΣΛ4 συμπίπτει με το ΣΜΙ της I-V, που αντιστοιχεί σε πυκνότητα ισχύος ακτινοβολίας Ε = 1kW/m². Το παρακάτω σχήμα παρουσιάζει αυτη την κατάσταση.