Κατασκευαστικά Στοιχεία Φωτοβολταϊκού Πλαισίου

 Η βασική μονάδα εργαστηριακής παρασκευής είναι το φωτοβολταϊκό στοιχείο. Στο εμπόριο όμως, διατίθεται σε διατάξεις με περισσότερα ΦΒ στοιχεία, προκειμένου το παραγόμενο τελικό προϊόν να καλύπτει κατά περίπτωση ανάγκες χρήσης, ευρείας κλίμακας, σε τάση και ισχύ. Το υλικό κατασκευής των ΦΒ στοιχείων του εμπορίου, είναι, κατά κανόνα, το Πυρίτιο.
     Σύνολο ΦΒ στοιχείων (συνήθως 33 ή 36) συνδεμένων σε σειρά, ώστε να εμφανίζουν συγκεκριμένη τάση ανοικτού κυκλώματος (17 V έως 22 V), τοποθετούνται σε επίπεδη γυάλινη πλάκα, προσαρμοσμένη σε μεταλλικό πλαίσιο, συνήθως από αλουμίνιο, υψηλής αντοχής. Το πίσω μέρος καλύπτεται από ειδικό πλαστικό υλικό ενθυλάκωσης. Η τελική κατασκευή πληρεί ειδικές προδιαγραφές, ώστε να διαθέτει την απαραίτητη μηχανική αντοχή, τις κατάλληλες υποδοχές στήριξης και επί πλέον την αυξημένη στεγανότητα για προστασία από την υγρασία. Η διάταξη αυτή αποτελεί την τυπική βιομηχανική μονάδα (Module) και ονομάζεται φωτοβολταϊκό πλαίσιο (Photovoltaic Module). Αποτελεί την βασική δομική μονάδα κάθε μεγαλύτερης εγκατάστασης παραγωγής ηλεκτρικής ΦΒ ενέργειας, δηλαδή της φωτοβολταϊκής γεννήτριας (Photovoltaic Generator).
     Τυπικές τιμές ισχύος αιχμής ενός ΦΒ πλαισίου εμπορίου: από 25W έως 85W. Διατίθεται επίσης σε μεγαλύτερες διαστάσεις, με περισσότερα ΦΒ στοιχεία, σε παράλληλη σύνδεση, εσωτερικά του πλαισίου, ώστε η ισχύς αιχμής του πλαισίου να φτάνει τα 120 W
p. Η αρχική μορφή των ΦΒ στοιχείων στο πλαίσιο ήταν η κυκλική (κυκλικά wafers από το κυλινδρικό ingot της μεθόδου Kzochralski), με αποτέλεσμα να μένει αρκετή μη ενεργός επιφάνεια. Σήμερα τα ΦΒ που χρησιμοποιούνται στα ΦΒ πλαίσια έχουν σχήμα τετραγωνικό (p-Si) ή τετραγωνικό με κομμένες τις γωνίες του (c-Si), ώστε η ενεργός επιφάνεια να προσεγγίζει την γεωμετρική επιφάνεια πλαισίου.
     Ο συγκεκριμένος συνδυασμός έχει άμεση σχέση με την ονομαστική ηλεκτρική τάση 12V στους πόλους των ηλεκτρικών συσσωρευτών Pb / H2SO4 , οι οποίοι κατέχουν την πρώτη θέση στην παγκόσμια αγορά. Ο λόγος είναι ο εξής: Η ΦΒ γεννήτρια αποδίδει την ενέργεια της με την μέγιστη ισχύ, όταν φωτίζεται με ένα ήλιο (1 sun = 1 kw/m²) και λειτουργεί στο λεγόμενο σημείο μέγιστης ισχύος (ΣΜΙ). Το σημείο αυτό, στην περίπτωση ενός ΦΒ πλαισίου, επιδιώκουμε να αντιστοιχεί σε τάση που να καλύπτει την φόρτιση του παραπάνω ηλεκτρικού συσσωρευτή. Για τη φόρτιση του συσσωρευτού μολύβδου-θειικού οξέως (Pb/H2SO4), ονομαστικής τάσης 12V, απαιτείται τάση περίπου 14,2-14,4V. Στο σύστημα αυτό είναι απαραίτητη η παρεμβολή μιας απλής ηλεκτρονικής διάταξης, για τον έλεγχο των ορίων τάσης φόρτισης και εκφόρτισης του

συσσωρευτή καθώς και μιας διόδου αντεπιστροφής, ώστε να αποτρέπεται η εκφόρτιση του ηλεκτρικού συσσωρευτού δια μέσου της ΦΒ γεννήτριας, όταν αυτή δεν φωτίζεται. Αυτά τα πρόσθετα ηλεκτρονικά απαιτούν μια επί πλέον τάση ~2V.

     ’ρα το ΣΜΙ της πιο απλής ΦΒ γεννήτριας, υπό έναήλιο, πρέπει να καλύπτει τουλάχιστον την τάση των 16,4V (14,4 V + 2 V). Η απαίτηση αυτή, σε συνδυασμό με τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των ΦΒ στοιχείων, δικαιολογούν τα αντίστοιχα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά ενός ΦΒ πλαισίου. Όπως θα διαπιστώσετε , το «γόνατο» της I-V είναι στα ~16,5 V και η τάση ανοικτού κυκλώματος, περίπου στα 19V - 22V.