მზის პანელი

მზის პანელი მზის შუქს გარდაქმნის ელექტროენერგიად  ფოტოელექტრული (PV) უჯრედების გამოყენებით. PV უჯრედები დამზადებულია მასალებისგან, რომლებიც ქმნიან დამუხტულ ელექტრონებს სინათლის შუქის ზემოქმედებით. შემდეგ, ისინი მიედინებიან წრეში და წარმოშობენ მუდმივი დენის (DC) ელექტროენერგიას, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა მოწყობილობების კვებისათვის ან აკუმლატორებში შესანახად. მზის პანელები ასევე ცნობილია როგორც მზის უჯრედული პანელები, მზის ელექტრო პანელები ან PV მოდულები.

მზის პანელები როგორც წესი, ეწყობა ჯგუფებად, რომლებსაც უწოდებენ მასივებს ან სისტემებს . ფოტოელექტრული სისტემა შედგება ერთი ან რამდენიმე მზის პანელისგან, ინვერტორისგან, რომელიც გარდაქმნის მუდმივ დენს DC ცვლად დენად alternating current (AC). ფოტოელექტრულ სისტემაში ზოგჯერ შეიძლება იყოს სხვა კომპონენტებიც, როგორიცაა კონტროლერები, მრიცხველები და ტრეკერები . პანელების უმეტესობა არის მზის ფერმებში ან სახურავის მზის პანელებში, რომლებიც ამარაგებენ ელექტროენერგიის ქსელს.

მზის პანელების ხიბლი იმაშია, რომ ისინი იყენებენ განახლებად და სუფთა ენერგიას, ამცირებენ სათბურის გაზების გამოყოფას და ელექტროენერგიის კომუნალურ გადასახადებს. უარყოფითი მხარე არის ის, რომ ისინი დამოკიდებულია მზის შუქის ხელმისაწვდომობაზე და ინტენსივობაზე, საჭიროებენ დასუფთავებას და აქვთ მაღალი საწყისი ხარჯები. მზის პანელები ფართოდ გამოიყენება საცხოვრებელი, კომერციული და სამრეწველო მიზნებისთვის, ასევე საცხოვრებელ ფართებში, ხშირად აკუმლატორებთან ერთად.

 ისტორია 
1839 წელს, ზოგი ნივთიერების უნარი, წარმოქმნას ელექტრული მუხტი სინათლის ზემოქმედებით, პირველად დააფიქსირა ფრანგმა ფიზიკოსმა ედმონდ ბეკერელმა.  მიუხედავად იმისა, რომ ეს პირველი მზის პანელები იყო დაბალეფექტური მარტივი ელექტრო მოწყობილობებისთვისაც კი, მას იყენებდნენ როგორც სინათლის გასაზომ ხელსაწყოს. 

ბეკერელის ცდა განმეორებით ჩატარდა 1873 წელს, როდესაც ინგლისელმა ელექტრო ინჟინერმა უილუბი სმიტმა აღმოაჩინა, რომ მუხტი შეიძლება გამოწვეული იყოს სელენზე შუქის დაცემით. ამ აღმოჩენის შემდეგ, William Grylls Adamsდა რიჩარდ ევანს დეიმ გამოაქვეყნეს "სინათლის მოქმედება სელენზე" 1876 წელს, სადაც აღწერილია ექსპერიმენტი, რომელიც მათ ჩაატარეს სმიტის შედეგების გასამეორებლად. 

1881 წელს ამერიკელმა გამომგონებელმა Charles Fritts შექმნა პირველი კომერციული მზის პანელი, რომელიც ფრიტსმა აღწერა შემდეგი სიტყვებით "უწყვეტი, მუდმივი და მნიშვნელოვანი ძალა არა მხოლოდ მზის სხივების ქვეშ, არამედ მოღრუბლულ ამინდშიც, გაფანტულ დღის შუქზეც".  თუმცა, ეს მზის პანელები ძალიან არაეფექტური იყო, განსაკუთრებით ნახშირზე მომუშავე ელექტროსადგურებთან შედარებით.

1939 წელს რასელ ოლმა შექმნა მზის პანელის ისეთი კონსტრუქცია, რომელიც გამოიყენება ბევრ თანამედროვე მზის პანელში. მან დააპატენტა თავისი კონსტრუქცია 1941 წელს. 1954 წელს ეს კონსტრუქცია პირველად გამოიყენას Bell Labs- მა პირველი კომერციულად სიცოცხლისუნარიანი სილიკონის მზის უჯრედის შესაქმნელად. 

მზის პანელების მონტაჟის მნიშვნელოვანი ზრდა მოდის 2008-2013 წლებზე. ამ ზრდის გამო, მზის პანელები ყენდებოდა ისეთ სახურავებზე, რომლებზეც დაყენება შორს იყო „იდეალური" პირობებისგან. საჭირო გახდა ეპოვათ გადაწყვეტილებები დაჩრდილული სახურავებისთვის და მოეგვარებინათ პანელების ორიენტაციის პრობლემები. ამ პრობლემების თავდაპირველად მიკრო-ინვერტორების ხელახალმა პოპულარიზაციამ და მოგვიანებით დენის ოპტიმიზატორების გამოგონებამ გაართვა თავი.

მზის პანელების მწარმოებლები თანამშრომლობდნენ მიკრო-ინვერტორების მწარმოებელ კომპანიებთან AC მოდულების შესაქმნელად და ელექტროენერგიის ოპტიმიზატორების მწარმოებელ კომპანიებთან, რომლებიც პარტნიორობდნენ მოდულების მწარმოებლებთან ჭკვიანი მოდულების შესაქმნელად.  2013 წელს მზის პანელების ბევრმა მწარმოებელმა განაცადა მზადყოფნა დაეწყო ჭკვიანი მოდულის გადაწყვეტილებების მიწოდება.

 თეორია და მონტაჟი 
მინი| მზის უჯრედიდან PV სისტემამდე
ფოტოელექტრული მოდულები შედგება დიდი რაოდენობით მზის უჯრედისგან რომლებიც იყენებენ მზის ენერგიას (ფოტონებს) ელექტროენერგიის გამოსამუშავებლად ფოტოვოლტური ეფექტის საშუალებით. მოდულების უმეტესობა იყენებს ფირფიტებზე დაფუძნებულ კრისტალურ სილიკონის უჯრედებს ან თხელი ფირის უჯრედებს . მოდულის სტრუქტურული (სიმძლავრის გამტარებელი) ნაწილი შეიძლება იყოს ზედა ან უკანა ფენა. უჯრედები დაცული უნდა იყოს მექანიკური დაზიანებისა და ტენიანობისგან. მოდულების უმეტესობა ხისტია, მაგრამ ასევე ხელმისაწვდომია ნახევრად მოქნილი მოდულები, რომლებიც დაფუძნებულია თხელი ფენის უჯრედებზე. უჯრედები, როგორც წესი, დაკავშირებულია ერთმანეთთან თანმიმდევრულად,  სასურველი ძაბვის მისაღებად და შემდეგ მიერთებული არიან პარალელურად დენის გაზრდის მიზნით. მოდულის სიმძლავრე (ვატებში) არის ძაბვა (ვოლტებში) გამრავლებული დენზე (ამპერებში) და დამოკიდებულია როგორც სინათლის რაოდენობაზე, ასევე მოდულთან მიერთებულ ელექტრულ დატვირთვაზე. მზის პანელების წარმოების სპეციფიკაციები მიიღება სტანდარტულ პირობებში, რომლებიც, როგორც წესი, არ არის რეალური პირობები, რომლებშიც მზის პანელებს უწევთ მუშაობა მონტაჟის ადგილზე.

PV კონექტორი მიმაგრებულია მზის პანელის უკანა მხარეს და ფუნქციონირებს როგორც მისი გამომავალი ინტერფეისი. გარე შეერთებებისთვის ფოტოელექტრული მოდულების უმეტესობისთვის იყენებს MC4 connectors, რათა გააადვილოს ჰერმეტული კავშირები დანარჩენ სისტემასთან. ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას USB დენის ინტერფეისი. მზის პანელები ასევე იყენებენ ლითონის ჩარჩოებს, რომლებიც შედგება საკიდების კომპონენტებისგან, დამჭერებისგან, რეფლექტორის ფორმისა და ღეროებისგან, პანელის კონსტრუქციის უკეთ დასაფიქსირებლად.

 უჯრედის მიერთების ტექნიკები 
მზის უჯრედები ერთმანეთთან უნდა იყოს დაკავშირებული მოდულის შესაქმნელად, წინა ელექტროდები ოდნავ ფარავს მზის ელემენტის წინა ოპტიკური ზედაპირს. მზის შუქის წინა ზედაპირზე მაქსიმალურად დასაცემად და მზის ელემენტის ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად, მწარმოებლები იყენებენ მზის უჯრედების შეერთებების სხვადასხვა ტექნიკას, პანელების უკანა მხარეს:

  უკანა კონტაქტის პასიური ემიტერი (PERC) ამატებს პოლიმერულ ფირს სინათლის შუქს;
 ოქსიდის პასივირებული კონტაქტის ტუნელი (TOPCon) ამატებს ოქსიდურ ფენას PERC ფირზე მეტი მზის შუქის მისაღებად;
 ინტერციფრული უკანა კონტაქტი (IBC);

 PV მოდულები 
ერთ მზის მოდულს შეუძლია გამოიმუშაოს მხოლოდ შეზღუდული რაოდენობის ენერგია; მზის სადგური შედგება რამდენიმე მოდულისგან, რომლებიც ამატებენ მას ძაბვას ან დენს. ფოტოელექტრული სისტემა, როგორც წესი, მოიცავს ფოტოელექტრული მოდულების მასივს, ინვერტორს, აკუმლატორებს ენერგიის შესანახად, დამუხტვის კონტროლერს, საკაბელო გაყვანილობას, ამომრთველებს, დამცავებს, გათიშვის გადამრთველებს, ძაბვის მრიცხველებს და სურვილისამებრ მონაცემთა თვალთვალის მექანიზმს. მოწყობილობა საგულდაგულოდ არის შერჩეული ენერგიის გამომუშავებისა და შენახვის ოპტიმიზაციისთვის, ენერგიის გადაცემის დანაკარგების შესამცირებლად და მუდმივი დენიდან ცვლად დენზე გადასაყვანად.

 ჭკვიანი მზის მოდულები 
ჭკვიანი მოდულები ტრადიციული მზის პანელებისგან განსხვავებით, ჩაშენებული ელექტრონიკის წყალობით, გვთავაზობს გაუმჯობესებულ ფუნქციონირებას, როგორიცაა პანელის დონის მაქსიმალური სიმძლავრის წერტილის ტრეკინგი, მონიტორინგი და გაძლიერებული უსაფრთხოება. ელექტროენერგიის ელექტრონიკა, რომელიც მიმაგრებულია მზის მოდულის ჩარჩოზე, ან დაკავშირებულია ფოტოელექტრო წრედთან კონექტორის საშუალებით, სათანადოდ არ განიხილება ჭკვიანი მოდულები. 

რამდენიმე კომპანიამ დაიწყო PV მოდულებში სხვადასხვა ელექტრონიკის ჩართვა, როგორიცაა:

 მაქსიმალური სიმძლავრის წერტილის ტრეკერი (MPPT) სიმძლავრის ოპტიმიზატორები, DC-დან DC-ის გადამყვანის ტექნოლოგია, რომელიც შემუშავებულია მზის ფოტოელექტრული სისტემებიდან ენერგიის მოსავლის მაქსიმიზაციისთვის, დაჩრდილვის ეფექტების კომპენსირებით, სადაც მოდულის მონაკვეთზე დაცემული ჩრდილი იწვევს მოდულის ერთი ან რამდენიმე სტრიქონის ელექტრული სიმძლავრის დაცემას ნულამდე. 
 მზის მუშაობის მონიტორები მონაცემთა და ხარვეზის აღმოსაჩენად

 ტექნოლოგია 
მინი| PV ტექნოლოგიების ბაზრის წილი 1980 წლიდან
ამჟამად წარმოებული მზის მოდულების უმეტესობა შედგება კრისტალური სილიციუმის (c-Si) მზის უჯრედებისგან, რომლებიც წარმოებულია პოლიკრისტალური ან მონოკრისტალური სილიკონისგან . კრისტალური სილიციუმი წარმოება 2021 წელს შეადგენდა მსოფლიო PV წარმოების 95%-ს, ხოლო ბაზრის დანარჩენ წილს შეადგნდნენ მზის პანელები დამზადებული თხელი ფენის ტექნოლოგიებისგან, რომლებიც იყენებენ კადმიუმის ტელურიდს (CdTe), სპილენძის ინდიუმის გალიუმ სელენიდს  და ამორფულ სილიკონს.

მესამე თაობის მზის ტექნოლოგიები, რომლებიც ჯერ განვითარების სტადიაზეა, იყენებენ მოწინავე თხელი ფირის უჯრედებს. ისინი ახდენე შედარებით მაღალეფექტურ კონვერციას დაბალ ფასად, სხვა მზის ტექნოლოგიებთან შედარებით. ასევე, მაღალი ღირებულების, მაღალი ეფექტურობის და მჭიდროდ შეფუთული მართკუთხა მრავალ მიერთებადი (MJ) უჯრედები ჩვეულებრივ გამოიყენება კოსმოსური ხომალდების მზის პანელებში, რადგან ისინი უზრუნველყოფენ გამომუშავებული ენერგიის მაქსიმალურ სიდიდეს, კოსმოსში გაშვებულ ყოველ კილოგრამზე. MJ-უჯრედები რთული ნახევარგამტარებია და დამზადებულია გალიუმის არსენიდის (GaAs) და სხვა ნახევარგამტარული მასალებისგან. სხვა PV ტექნოლოგია MJ-უჯრედების გამოყენებით, რომლებიც ასევე  ჯერ განვითარების სტადიაზეა, არის კონცენტრატორის ფოტოელექტროსადგურები (CPV).

 მონტაჟი და ტრეკინგი 
მინი| მზის მოდულები, რომლებიც დამონტაჟებულია მზის ტრეკერებზე
მინი|მემონტაჟეები სახლის სახურავის ამონტაჟებენ მზის პანელებს 

 მიწის ნაკვეთზე 
მსხვილი მზის ელექტროსადგურები ხშირად წარმოადგენენ მიწის ნაკვეთზე დამონტაჟებულ მზის პანელების სისტემას. მათი მოდულები მაგრდება ჩარჩოებზე, რომლებიც ფიქსირდებიან მიწაში დაფიქსირებულ სამონტაჟო ბაზებზე.   მიწაში დაფიქსირებულ სამონტაჟო ბაზები მოიცავს:

 ბოძების ბაზები, რომლებიც პირდაპირ მიწაშია ჩარჭობილი ან ბეტონშია ჩასმული.
 საძირკვლის სამაგრები, როგორიცაა ბეტონის ფილები ან ჩამოსხმული საყრდენი.
 ბალასტური საძირკვლები, როგორიცაა ბეტონის ან ფოლადის საყრდენები, რომლებიც იყენებენ წონას მზის მოდულის თავის პოზიციაში დასამაგრებლად და არ საჭიროებს მიწაში შეღწევას. ამ ტიპის სამონტაჟო სისტემა შეეფერება იმ ადგილებს, სადაც გრუნტის ამოღება შეუძლებელია, მაგალითად ნაგავსაყრელები. ეს ამარტივებს მზის მოდულის სისტემების დემონტაჟს, ან გადაადგილებას.

მინი|მიწის ნაკვეთზე მოწყობილი მზის სადგური

 ვერტიკალური ორმხრივი მზის მასივი 
მინი| აგროვოლტაიკის ვერტიკალური ორმხრივი მზის პანელები
მინი|ვერტიკალური ორმხრივი და სამხრეთისკენ მიმართული მზის პანელის ენერგია
ვერტიკალური ორმხრივი მზის პანელები ორიენტირებულია აღმოსავლეთისა და დასავლეთისკენ, რათა უკეთ შეკრიბონ მზის სხივები დილით და საღამოს. მოწყობილობებში შედის აგროვოლტაიკები, მზის ღობეები, მაგისტრალებისა და რკინიგზის ხმაურის დამშლელები და ბარიკადები 

 სახურავი 
სახურავზე დამონტაჟებული მზის ენერგიის სისტემები შედგება მზის მოდულებისაგან, რომლებიც მაგრდება რელსებზე ან ჩარჩოებზე, რომლებიც დამაგრებულია სახურავზე დაფიქსირებულ სამონტაჟო საყრდენებზე.  სახურავზე დაფიქსირებული სამონტაჟო საყრდენები მოიცავს:

 რელსები, რომლებიც მაგრდება უშუალოდ სახურავის კონსტრუქციაზე და შეიძლება გამოყენებულ იქნას დამატებითი სამაგრები მოდულის რელსების ან ჩარჩოების დასამაგრებლად.
 ბალასტური საძირკვლები, როგორიცაა ბეტონის ან ფოლადის საყრდენები, რომლებიც იყენებენ მოდულის წონას პანელის სისტემის პოზიციაში დასამაგრებლად და არ საჭიროებს გრუნტის გათხრას. დამონტაჟების ეს მეთოდი იძლევა მზის პანელის სისტემების დემნტაჟის, ან გადაადგილების საშუალებას სახურავის კონსტრუქციაში, მასზე უარყოფითი ზემოქმედების გარეშე.
 ელგაყვანილობა, რომელიც აკავშირებს მიმდებარე მზის მოდულს ენერგიის მიმღებ მოწყობილობასთან, უნდა იყოს შერჩეული ადგილობრივი ელექტრული კოდების მიხედვით და უნდა იყოს მოქცეული შესაბამისი კლიმატური პირობებისთვის მისაღებ კაბელ-კანალებში.

 მზის ფარდული 
მინი|254x254პქ| მზის პანელების პარკინგი ნიუ ჰევენში სასტუმრო მარსელში. არის ელექტრომობილების დონე 2 დამტენები, ფარდულის ქვეშ, ხოლო უკან არის 12 ადგილიანი ტესლას სუპერდამტენი.
მზის პანელები გადახურვაზე არის მზის მოდულები, რომლებიც დამონტაჟებულია ტრადიციული ფარდულის თავზე. ეს შეიძლება იყოს ავტოსადგომი, ფარდული, პერგოლა ან ეზოს პატიო.

აქვს ბევრი დადებითი მომენტი. ემსახურება ქალაქის უბნებში არსებული სივრცის მაქსიმიზაციას, ასევე უზრუნველყოფს მანქანებისთვის ჩრდილს. გამომუშავებული ენერგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრომობილების (EV) დამტენი სადგურების შესაქმნელად. 

 პორტატული მზის დამტენი 
პორტატულ მზის პანელებს შეუძლიათ უზრუნველყონ დენი, რომელიც საკმარისია მცირე ელექტრომოწყობილობების (მობილური, რადიო, ...) USB პორტის საშუალებით დასამუხტად, ან პოვერბანკების დასატენად.

ასეთი მზის პანელები გამოირჩევიან მაღალი მოქნილობით, გამძლეობით, არიან წყალგაუმტარი. გამოდგება მოგზაურობისთვის ან კემპინგისთვის.
მინი| 5V, 2A, 10W მზის პანელი USB პორტით

 ტრეკერები 
მზის ტრეკერები ზრდიან მოდულზე გამომუშავებულ ენერგიას მექანიკური სირთულისა და ტექმომსახურების ზრდის ხარჯზე. ისინი რეაგირებენ მზის მოძრაობაზე და იხრებიან ან ატრიალებენ მოდულებს, მზის შუქის მაქსიმალური რაოდნეობით მიღების მიზნით. 

პირიქით, ფიქსირებულ ჩარჩოებზე მოდულები მთელი დღის განმავლობაში დგას ერთი და იმავე დახრით (ზენიტის კუთხე) და მიმართულებით (აზიმუტის კუთხე ). დახრის კუთხეები, დამოკიდებულია ადგილმდებარეობის გრძედზე. ზოგიერთ სისტემაში ასევე შესაძლებელია შეიცვალოს დახრის კუთხე, წელიწადის დროის მიხედვით. 

მეორეს მხრივ, აღმოსავლეთისკენ და დასავლეთისკენ მიმართული მზის პანელები (მაგალითად, აღმოსავლეთი-დასავლეთი დახრის მქონე სახურავზე) ჩვეულებრივ მონტაჟდება. მიუხედავად იმისა, რომ ასეთი მოდულები არ გამოიმუშავებენ მაქსიმალურ საშუალო სიმძლავრეს, პანელების ღირებულება არის უფრო იაფი, ვიდრე ტრეკერის მექანიზმი და მათი საშუალებით ელექტრო ენერგია თანაბრად ნაწილდება დილის და საღამოს პიკის საათებში, განსხვავებით პანელებისა, რომლების მიმართულია ჩრდილოეთის და სამხრეთის მიმართულებით. 

 კონცენტრატორი 
რიგი სპეციალური მზის PV მოდული შედგება კონცენტრატორებისგან, რომლებშიც მზის სხივი ფოკუსირდება ლინზებიდან ან სარკეებიდან უფრო მცირე უჯრედში. ეს, მართალია, არის მაღალეფექტური, მაგრამ ამავე დროს არის ძვირადღირებულიც (გამოიყენება გალიუმის არსენიდის უჯრედები). მზის სხივის კონცენტრაციამ შეიძლება გაზარდოს ეფექტურობა დაახლოებით 45%-მდე. 

 მზის სხივის შთანთქმა 
მზის უჯრედის მიერ შთანთქმული მზის სხივის რაოდენობა დამოკიდებულია მზის სხივების დაცემის კუთხეზე. ეს, ნაწილობრივ, განპირობებულია იმით, რომ პანელზე მოხვედრილი სხივების რაოდენობა პროპორციულია დაცემის კუთხის კოსინუსის და ნაწილობრივ იმითაც, რომ მაღალი კუთხით დაცემისას მეტი შუქი აირეკლება. ენერგიის საერთო გამომუშავების მაქსიმალურად გაზრდის მიზნით, მოდულებს ხშირად მიმართავენ სამხრეთისკენ (ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში) ან ჩრდილოეთისკენ (სამხრეთ ნახევარსფეროში) და ხრიან, გრძედის ნიშნულის შესაბამისად. შეიძლება გამოყენებულ იქნას მზის ტრეკერი, დაცემის მცირე კუთხის შესანარჩუნებლად.

მზის პანელები ხშირად დაფარულია არეკლვის საწინააღმდეგო საფარით. ეს საფარი შედგება ისეთი ნივთიერების ერთი ან მეტი თხელი ფენისგან, რომელსაც  აქვს სილიკონსა და ჰაერს შორის შუალედური რეფრაქციული ინდექსი. ეს იწვევს არეკლილ სხივში დესტრუქციულ ჩარევას, რაც ამცირებს უჯრედის მიერ შთანთქმული სხივების რაოდენობას. ფოტოელექტრული მზის პანელების მწარმოებლები ცდილობენ შეამცირენ არეკვლის დონე, პანელებს ფარავენ არეკვლის საწინააღმდეგო საფარით, ან ტექსტურირებული მინით.

 სიმძლავრის მრუდი 
მინი|269x269პქ| ტიპიური ძაბვის/დენის ძალის მრუდი თითოეული დაუჩრდილავი მზის პანელებისთვის. სიმძლავრის წერტილის პიკის თვალყურის დევნება უზრუნველყოფს მაქსიმალური სიმძლავრის დაგროვებას.
ზოგადად, თითოეულ მზის პანელში, თუ საკმარისი დენი არ გამომუშავდა, მაქსიმალური სიმძლავრეც ვერ მიიღება. პირიქით, თუ დენის ძალა გამომუშავდა ძალიან მაღალი, მაშინ ძაბვა დაეცემა. ოპტიმალური დენის გატარება უხეშად პროპორციულია პანელზე მოხვედრილი მზის შუქის რაოდენობის. მზის პანელის სიმძლავრე განისაზღვრება მზის პანელების MPP (მაქსიმალური სიმძლავრის წერტილი) მნიშვნელობით, მზის სრული შუქის პირობებში.

 ინვერტორები 
მზის ინვერტორები პანელებით გამომუშავებულ DC მუდმივ დენს გარდაქმნის AC ცვლად დენად.
მინი|255x255პქ| ნაწილობრივ დაჩრდილული PV მოდულის სიმძლავრე/ძაბვა-მრუდი, მარკირებული ადგილობრივი და გლობალური MPP-ით
მზის პანელის MPP (მაქსიმალური სიმძლავრის წერტილი) შეადგენს MPP ძაბვისა და (V mpp) და MPP დენის (I mpp) ნამრავლს. მზის მოდულის ინვერტორი ამოწმებს მზის ელემენტიდან გამომავალ მაქსიმალურ სიმძლავრის წერტილს (MPPT), (სიმძლავრე/ძაბვა მრუდი) და იყენებს სათანადო ელექტრულ დატვირთვას მაქსიმალური სიმძლავრის მისაღებად.

AC (ცვლადი დენის) მზის პანელს  უკანა მხარეს აქვს პატარა DC-დან AC-ზე გადამყვანი მიკროინვერტორი  და წარმოქმნის AC ენერგიას გარე DC კონექტორის გარეშე . AC მოდულებს Underwriters Laboratories-ი უწოდებს ყველაზე პატარა და ყველაზე სრულყოფილ  მზის ენერგიის შემკრებ სისტემას.

მიკრო-ინვერტორები მუშაობენ დამოუკიდებლად, რათა თითოეულ პანელს შეეძლოს მაქსიმალური სიმძლავრის გამომუშავება მზის მოცემული რაოდენობიდან. თუმცა ასეთი სისტემები შეიძლება იყოს უფრო ძვირი.

 მოდულის კაბელური მიერთებები 
მოდულის შემაერთებელი კაბელები დამზადებულია ისეთი ნივთიერებებიდან, რომლებიც იღებენ დენს მოდულებიდან და არეგულირებენ მას მიმდინარე დატვირთვისა და გაუმართაობის მიხედვით, ხოლო ზოგჯერ აამუშავებენ მცველებს.

მინი| მიერთებების მაგალითი, ბლოკირების დიოდი მოთავსებულია თანმიმდევრულად თითოეული მოდულის რიგში, ხოლო შემოვლითი დიოდები მოთავსებულია მოდულების პარალელურად.

პანელები, როგორც წესი, დაკავშირებულია ერთი ან მეტი პანელის წრედში, რათა შექმნან რიგი სასურველი გამომავალი ძაბვის მისაღწევად, ხოლო რიგები შეიძლება იყოს დაკავშირებული პარალელურად, რათა უზრუნველყონ PV სისტემის სასურველი დენის (ამპერები) მიღება.

რიგების დაკავშირების დროს მოდულების ძაბვები ჯამდება, ხოლო დენის ძალა აიღება იმ პანელიდან, რომელიც გამოიმუშავებს რიგში ყველაზე დაბალ დენის ძალას. ეს ცნობილია  "საშობაო გირლიანდის ეფექტის" სახელწოდებით. პარალელურ მიერთებებში ძაბვა იგივენაირად აიღება, მაგრამ დენები ჯამდება. რიგების დაკავშირება ხდება იმისათვის, რომ გამომავალმა ძაბვამ დააკმაყოფილოს ინვერტორების ძაბვის მოთხოვნები და მნიშვნელოვნად არ აღემატებოდეს დენის ლიმიტებს.

ბლოკირების და შემოვლითი დიოდები შეიძლება იყოს ინტეგრირებული მოდულში ან მიერთდეს დამატებით, მასივის ნაწილობრივი დაჩრდილვის შემთხვევაში მაქსიმალური სიმძლავრის მისაღწევად. თანმიმდევრული მიერთებისას, შემოვლითი დიოდები ყენდება მოდულების პარალელურად, რათა დენმა შეძლოს დაჩრდილული მოდულების გვერდის ავლით გასვლა, რაც სხვა შემთხვევასი მნიშვნელოვნად შეზღუდავდა დენის სიდიდეს. პარალელური მიერთებებისას, დამბლოკავი დიოდი შეიძლება განთავსდეს თითოეული მოდულის რიგში, რათა თავიდან ავიცილოთ დენის უკან გადინება დაჩრდილულ პანელებში, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს სხვა რიგებში მოკლე ჩართვა.

 კონექტორები 
გარე მზის პანელებს, როგორც წესი, უყენიათ MC4 კონექტორები, ავტომატური მზის პანელები შეიძლება შეიცავდეს დამხმარე კვების წერტილს და/ან USB ადაპტერს, ხოლო შიდა პანელები შეიძლება იყოს აღჭურვილი მიკროინვერტერით.

 ეფექტურობა 
მინი|1988 წლიდან მოყოლებული მზის მოდულის მიერ მზის ენერგიის კონვერტაციის ეფექტურობის ჩემპიონები ( განახლებადი ენერგიის ეროვნული ლაბორატორია ) 
თითოეული მოდული რანჟირებულია სტანდარტული ტესტის პირობებში (STC) მისი DC გამომავალი დენით. შესაბამისად, ველიდან გამომავალი სიმძლავრე შეიძლება მერყეობდეს. სიმძლავრე ჩვეულებრივ არის 100-დან 365 ვატამდე (W) შუალედში. მოდულის ეფექტურობა განსაზღვრავს მოდულის ფართობს იგივე გამომავალი ნომინალური სიმძლავრით8% ეფექტურობის 230 ვტ-იან მოდულს ექნება ორჯერ მეტი ფართობი, ვიდრე 16%-იანი ეფექტურობის 230 ვტ-იან მოდულს. ბაზარზე არსებული ზოგი მზის მოდულის ეფექტურობა აღემატება 24%-ს.   ამჟამად, მზის შუქის საუკეთესო კონვერტაციის კოეფიციენტი (მზის მოდულის ეფექტურობა) არის დაახლოებით 21.5% ახალ კომერციულ პროდუქტებში , რაც, როგორც წესი, უფრო მცირეა, ვიდრე მათი უჯრედების ეფექტურობების ჯამი. მასობრივი წარმოების ყველაზე ეფექტურ მზის მოდულებს აქვთ სიმძლავრის სიმკვრივის მნიშვნელობები 175 ვტ/მ 2 -მდე (16,22 ვტ/ფტ2). 

მოდულის დენი/ძაბვის მრუდი იძლევა სასარგებლო ინფორმაციას მისი ფუნქციონირების შესახებ. წარმოებისას, ხშირად სხვადასხვა ფოტოელექტრული მოდულები განსხვავდებიან თავიანთი ელექტრო მახასიათებლებით, მიუხედავად იმისა, რომ მათი უჯრედები შეიძლება იყოს ერთი და იგივე ტიპის. ამიტომ, მხოლოდ დენი/ძაბვის მრუდის ექსპერიმენტული გაზომვა გვაძლევს საშუალებას ზუსტად დავადგინოთ ფოტოელექტრული მოწყობილობის ელექტრო მახასიათებლები. ასეთი გაზომვები იძლევა უაღრესად რელევანტურ ინფორმაციას ფოტოელექტრული სისტემების პროექტირების, მონტაჟისა და მოვლისას. ზოგადად, ფოტოელექტრული მოდულების ელექტრო მახასიათებლები იზომება შენობაში ჩატარებული ტესტებით. თუმცა, გარეთ ტესტირებას აქვს მნიშვნელოვანი უპირატესობები. კერძოდ, არ არის საჭირო ძვირადღირებული ხელოვნური განათების წყარო, არ არის შეზღუდვა ნიმუშის ზომაზე და ნიმუშის განათება ხდება უფრო ერთგვაროვანი შუქით.

მზის პანელის სიმძლავრის კოეფიციენტი იზღუდება, ძირითადად, გეოგრაფიული გრძედით და მნიშვნელოვნად დამოკიდებულია ღრუბლიანობაზე, მტვრის ინტენსივობაზე, დღის ხანგრძლივობაზე და სხვა ფაქტორებზე. გაერთიანებულ სამეფოში სეზონური სიმძლავრის კოეფიციენტი მერყეობს 2%-დან (დეკემბერში) 20%-მდე (ივლისში), საშუალო წლიური სიმძლავრის კოეფიციენტით 10-11%. მაგალითად, ესპანეთში ეს მაჩვენებელი 18%-ს აღწევს.  მსოფლიოს მასშტაბით, სიმძლავრის კოეფიციენტი PV ფერმებისთვის 2019 წელს შეადგენდა 16.1%.

მზის პანელის ეფექტურობის უმნიშვნელოვანესი ფაქტორია გადახურება.

 დასხივებაზე დამოკიდებული ეფექტურობა 
კონსტრუქციიდან გამომდინარე, ფოტოელექტრულ მოდულებს შეუძლიათ გამოიმუშაონ ელექტროენერგია სხივის სიხშირეების დიაპაზონიდან, მაგრამ, როგორც წესი, არ შეუძლიათ შეკრიბონ მზის შუქის მთელი დიაპაზონი (კერძოდ, ულტრაიისფერი, ინფრაწითელი და სუსტი ან გაბნეული მზის შუქი). ამრიგად, მზის ენერგიის უმეტესი ნაწილი მზის მოდულების მიერ არ გადამუშავდება. შესაბამისად, ისინი ბევრად უფრო მაღალ- ეფექტურები იქნებოდნენ, რომ ნათდებოდნენ მონოქრომატული შუქით. მაშასადამე, კიდევ ერთი კონსტრუქციული კონცეფციაა შუქის დაყოფა ექვს-რვა სხვადასხვა ტალღის სიგრძის დიაპაზონებად, რაც გამოიმუშავებდა სინათლის სხვადასხვა ფერებს და მიმართავდა ამ სხვადასხვა დიაპაზონის სხივებს სხვადასხვა უჯრედებზე.

 ექსპლუატაცია და დეგრადაცია 
მინი| 
მოდულის მუშაობა ჩვეულებრივ მოწმდება სტანდარტული ტესტირების პირობებში (STC): დასხივება 1000 ვტ/მ 2, მზის სპექტრი AM 1.5 და მოდულის ტემპერატურა 25 °C.  მოდულის რეალური გამომავალი ძაბვა და დენი ძალა იცვლება განათების, ტემპერატურისა და დატვირთვის პირობების მიხედვით, ამიტომ არ არსებობს მზის პანელის მუშაობისას ერთი კონკრეტული ძაბვა. ფუნქციონირებისას პარამეტრები დამოკიდებულია გეოგრაფიულ მდებარეობაზე, დღის დროის მონაკვეთზე, წელიწადის დღეზე, მზის გამოსხივების რაოდენობაზე, მოდულების მიმართულებასა და დახრაზე, ღრუბლიანობაზე, დაჩრდილვის ინტენსივობაზე, პანელის ზედაპირის დაბინძურებაზე, აკუმულატორებში დამუხტვის მდგომარეობასა და მათ ტემპერატურაზე. მოდულის ან პანელის ეფექტურობა შეიძლება გაიზომოს სხვადასხვა დროის ინტერვალში DC clamp მეტრით ან შუნტით და დარეგისტრირდეს, დაიხაზოს გრაფიკი ან ნიშნულების მითითებით დიაგრამებზე, ასევე მონაცემთა ლოგებით.

ოპტიმალური მუშაობისთვის, მზის პანელი უნდა იყოს დამზადებული მსგავსი მოდულებისაგან, რომლებიც მიმართული იქნება იმავე მიმართულებით, მზის სხივების მიმართ პერპენდიკულარულად. შემოვლითი დიოდები გამოიყენება დაზიანებული, ან დაჩრდილული პანელების გვერდის ასავლელად და გამომავალი სიმძლავრის ოპტიმიზაციისთვის. შემოვლითი დიოდები, როგორც წესი, დაკავშირებული არიან მზის უჯრედების ჯგუფებთან, რათა შექმნან უწყვეტი ნაკადი.

ელექტრული პარამეტრები მოიცავს ნომინალურ სიმძლავრეს (PMAX, იზომება W- ში), ღია წრედის ძაბვას (VOC ), მოკლე ჩართვის დენს (ISC, იზომება ამპერებში ), მაქსიმალური კვების ძაბვა (V MPP ), მაქსიმალური კვების დენი (IMPP), პიკური სიმძლავრე ( ვატ-პიკი, Wp) და მოდულის ეფექტურობა (%).

ღია წრედის ძაბვა ან VOC არის მაქსიმალური ძაბვა, რომელიც შეუძლია გამოიმუშაოს მოდულს, როდესაც ის არ არის მიერთებული ელექტრულ წრედთან ან სისტემასთან. VOC შეიძლება გაიზომოს ვოლტმეტრით უშუალოდ განათებული მოდულის ტერმინალებზე ან მის გათიშულ კაბელზე.

ნომინალური პიკური სიმძლავრე, W p, არის მაქსიმალური გამომავალი სიმძლავრე სტანდარტული ტესტირების პირობებში (და არა მაქსიმალური შესაძლო გამომავალი სიმძლავრე). ტიპიური მოდულებისთვის, რომელთა ზომები შეიძლება იყოს დაახლოებით 1 x 2 მ (3 x 7 ფუტი), ნომინალური პიკური სიმძლავრე შეიძლება მერყეობდეს 75 ვატიდან 600 ვატამდე, მათი ეფექტურობის მიხედვით. ტესტირების დროს, სატესტო მოდულები იკვრება მათი ტესტის შედეგების მიხედვით და ტიპიურმა მწარმოებელმა შეიძლება შეაფასოს მათი მოდულები 5 ვტ ნამატებით და შეაფასოს ისინი +/- 3%, +/-5%, +3/-0% ან +5/-0%.   

 ტემპერატურის გავლენა 
მინი|ეს სქემა ასახავს ღრუბლების გავლენას მზის ენერგიის წარმოებაზე.ფოტოელექტრული (PV) მოდულის მუშაობა დამოკიდებულია გარემო პირობებზე, ძირითადად მოდულის ზედაპირზე G გლობალურ შემთხვევით დასხივებაზე. თუმცა, p–n შეერთების ტემპერატურა T ასევე გავლენას ახდენს ძირითად ელექტრულ პარამეტრებზე: მოკლე ჩართვის დენი ISC, ღია წრედის ძაბვა VOC და მაქსიმალური სიმძლავრე Pmax. ზოგადად, ცნობილია, რომ VOC ავლენს მნიშვნელოვან უარყოფით კორელაციას T-სთან, ხოლო ISC- სთვის ეს კორელაცია არის დადებით, მაგრამ უფრო სუსტი. შესაბამისად, ეს ზრდა არ აკომპენსირებს V OC-ის შემცირებას. შედეგად, Pmax მცირდება, როდესაც T იზრდება. ეს კორელაცია მზის ელემენტის სიმძლავრის გამომუშავებასა და მისი შეერთების მუშა ტემპერატურას შორის დამოკიდებულია ნახევარგამტარულ მასალაზე და განპირობებულია T-ის გავლენით კონცენტრაციაზე, მსახურის ვადის განმავლობაში, და შინაგანი მატარებლების, ანუ ელექტრონებისა და დაშორებების კონცენტრაციაზე. ფოტოელექტრული უჯრედის შიგნით.

ტემპერატურის მიმართ მგრძნობელობა ჩვეულებრივ აღწერილია ტემპერატურული კოეფიციენტებით, რომელთაგან თითოეული გამოხატავს იმ პარამეტრის წარმოებულს, რომელსაც იგი ეხება შეერთების ტემპერატურასთან მიმართებაში. ამ პარამეტრების მნიშვნელობები შეგიძლიათ იხილოთ ფოტოელექტრული მოდულის ნებისმიერ მონაცემთა ფურცელში; არის შემდეგი:

- β: VOC ვარიაციის კოეფიციენტი T-სთან მიმართებაში, გამოხატული ∂V OC /∂T-ით.

- α: ISC- ის ვარიაციის კოეფიციენტი T-სთან მიმართებაში, გამოხატული ∂I SC /∂T-ით.

- δ: P max- ის ვარიაციის კოეფიციენტი T-სთან მიმართებაში, გამოხატული ∂Pmax /∂T-ით.

კვლევებმა აჩვენა, რომ მაშინ, როდესაც მაღალი ტემპერატურა უარყოფითად მოქმედებს ეფექტურობაზე, დაბალმა ტემპერატურამ შეიძლება გააუმჯობესოს მზის პანელის მუშაობა, უჯრედებში შემცირებული ელექტრული წინააღმდეგობის გამო. თუმცა, ზამთარში თავს იჩენს დამატებითი პრობლემები, როგორიცაა თოვლის საფარი და დღის განათების შემცირება, რამაც შეიძლება შეამციროს დაბალი ტემპერატურის შედეგად ეფექტურობის ზრდისგან მიღებული სარგებელი. მიუხედავად იმისა, რომ მზის პანელებს მაინც შეუძლიათ ენერგიის გამომუშავება ზამთარში, საერთო გამომუშავება მაინც იქნება დაბალი მზის შუქის დაბალი ინტენსივობის და სხვა გარემოებების გამო. 

 დეგრადაცია 
მზის მოდულების უნარი გაუძლოს წვიმას, სეტყვის და ძლიერი თოვლის დატვირთვას და სიცხისა და სიცივის ციკლებს, არის განსხვავებული, მწარმოებლების მიხედვით . თუმცა აშშ-ს ბაზარზე მზის პანელების უმეტესობა ჩამოთვლილია UL-ში, რაც ნიშნავს, რომ მათ გაიარეს ტესტირება სეტყვაგამძლეობაზე.

პოტენციური ინდუცირებული დეგრადაცია (ასევე ცნობილი, როგორც PID) არის პოტენციალით გამოწვეული მუშაობის დეგრადაცია კრისტალურ ფოტოელექტრო მოდულებში, გამოწვეული ე.წ. მოხეტიალე დენებით. ამ ეფექტმა შეიძლება გამოიწვიოს 30%-მდე ენერგიის დაკარგვა.

ნახევარგამტარულ კრისტალში გამოიყენება რიგი ქიმიკატი, მაგალითად ბორი (p-ტიპის), რათა შეიქმნას ვალენტობისა და გამტარის დიაპაზონში  დონორის და მიმღების ენერგიის დონეები. ბორის მინარევის დამატება საშუალებას იძლევა აქტივაციის ენერგია შემცირდეს ოცჯერ 1.12-დან eV 0.05-მდე eV. ვინაიდან პოტენციალთა სხვაობა (EB ) არის ასეთი დაბალი, ბორს შეუძლია თერმულად იონიზაცია ოთახის ტემპერატურაზე. ეს საშუალებას აძლევს თავისუფალი ენერგიის მატარებლებს გამტარობისა და ვალენტობის დიაპაზონში, ხელი შეუწყონ ფოტონების ელექტრონებად გადაქცევას.

ფოტოელექტრული (PV) მოწყობილობის სიმძლავრე დროთა განმავლობაში მცირდება. ეს გამოწვეულია მზის დასხივებით, ისევე როგორც კლიმატური პირობებით. დეგრადაციის ინდექსი განისაზღვრება, როგორც გამომავალი სიმძლავრის წლიური შემცირება პროცენტებში. მისი ცოდნა აუცილებელია ფოტოელექტრული სადგურის სიცოცხლის ხანგრძლივობის განსაზღვრისათვის. დეგრადაციის სიდიდე დამოკიდებულია თითოეულ ელექტრულ მახასიათებელზე. ცალკეული ფოტოელექტრული მოდულის დეგრადაციამ შეიძლება მნიშვნელოვნად იმოქმედოს მთლიანად რიგის მიერ გამომუშავებულ სიმძლავრეზე. გარდა ამისა, ერთსა და იმავე მზის სადგურში ყველა მოდული ერთნაირად არ ამცირებს სადგურის ეფექტურობას. გრძელვადიან პერსპექტივაში, ღია ცის ქვეშ მომუშავე მოდულებში საყურადღებოა ძირითადი ელექტრული მახასიათებლების ინდივიდუალური დეგრადაცია და მათი დისპერსიის ზრდის დონე. ვინაიდან თითოეული მოდული განსხვავებულად დეგრადირდება, მოდულების ეფექტურობა დროთა განმავლობაში სულ უფრო მკვეთრად იქნება განსხვავებული ერთმანეთისგან, რაც უარყოფითად აისახება მზის სადგურის მთლიან მუშაობაზე.

არსებობს კვლევები, რომლებიც ეხება სხვადასხვა ფოტოელექტრული ტექნოლოგიებით წარმოებული მოდულების სიმძლავრის დეგრადაციის ანალიზს. უახლესი კვლევის თანახმად, კრისტალური სილიციუმის მოდულების დეგრადაცია არის მუდმივი ხასიათის. მისი სიდიდე მერყეობს დიაპაზონში 0,8%-დან 1,0%-მდე წელიწადში.

მეორეს მხრივ, თუ გავაანალიზებთ თხელი ფენის ფოტოელექტრული მოდულების მუშაობას, ვნახავთ, რომ დასაწყისში (2 თვიდან 2 წლამდეც საწყის პერიოდში) დეგრადაციის დონე არის მაღალი, რომლის შემდეგაც დეგრადაცია სტაბილიზდება და შემდეგ დეგრადირდება ისევე, როგორც კრისტალური სილიციუმის უჯრედები.   ასეთ თხელი ფენის ტექნოლოგიებში ასევე შეიმჩნევა ძლიერი სეზონური ცვლილებები, რადგან მზის სპექტრის გავლენა მასზე არის გაცილებით დიდი. მაგალითად, ამორფული სილიციუმის, მიკრომორფული სილიციუმის ან კადმიუმის ტელურიდის მოდულებისთვის, წლიური დეგრადაციის მაჩვენებლების პირველი წლების განმავლობაში მერყეობს 3%-დან 4%-მდე დიაპაზონში. თუმცა, სხვა ტექნოლოგიებისთვის, როგორიცაა CIGS, დეგრადაციის მაჩვენებლები არის გაცილებით დაბალი, თუნდაც იმ ადრეულ წლებში.

 მოვლა და ტექმომსახურება 
მინი|მიწის ნაკვეთზე მოწყობილი მზის პანელების ზოგადი გაწმენდა შანტას ოქროს მაღაროში, ტანზანიაში
მინი|მზის პანელების უფრო საფუძვლიანი, წნევით რეცხვა Googleplex-ში, Mountain View, კალიფორნიაი
მზის პანელების მიერ მზის სხივების შთანთქმის ეფექტურობა, როგორც წესი, შეადგენს დაახლოებით 20%. ის შეიძლება შემცირდეს მზის პანელებზე მტვრის, ჭუჭყის, ტალახის და სხვა ნაწილაკების დაგროვების, რომლებსაც ზოგადად უწოდებენ დაბინძურებას, შემთხვევაში. „ბინძური მზის პანელი" გამოიმუშავებს დაახლოებით 30%-მდე ნაკლებ ენერგიას, მაგალითად, თუ გარემო არის მეტად მტვრიანი, ან სადგური მოწყობილია უდაბნოს ტერიტორიაზე“, ამბობს სეიმუს კურანი, ჰიუსტონის უნივერსიტეტის ფიზიკის ასოცირებული პროფესორი და ნანოენერგიის ინსტიტუტის დირექტორი, რომელიც სპეციალიზირებულია ნანოსტრუქტურების პროექტირებაზე, ინჟინერიასა და აწყობაზე. მსოფლიოში დაბინძურების შედეგად გამომუშავებული სიმძლავრის დანაკარგის საშუალო სიდიდე, 2018 წელს, შეადგენდა მინიმუმ 3%-4%-ს. 

ბევრ რეგიონში მზის პანელების გამწმენდ მოწყობილობებში ინვესტირება, 2019 წლის მონაცემებით, არის მეტად მომგებიანი. თუმცა, ზოგიერთ რეგიონში გამწმენდი სამუშაოების ორგანიზება არ წარმოადგენს ეკონომიკურად გამართლებულ ღონისძიებას. მაგალითად, კალიფორნიის შტატში, 2013 წლის მონაცემებით, დაბინძურებით გამოწვეული ფინანსური დანაკარგები იშვიათად იყო საკმარისი სტიმული, პანელების რეცხვის ორგანიზებისთვის. საშუალოდ, კალიფორნიის პანელები დღეში კარგავდნენ მათი საერთო ეფექტურობის 0,05%-ზე ნაკლებს.

ასევე არსებობს პროფესიული საფრთხეები მზის პანელების დამონტაჟებისა და მოვლის დროს . 2015-2018 წლებში დიდ ბრიტანეთში მეცნიერებმა გამოიკვლიეს 80 PV-თან დაკავშირებული ხანძრის ინციდენტი. 20-ზე მეტი "სერიოზული ხანძარი" გამოწვეული იყო უშუალოდ PV უხარისხო მონტაჟით. მათ შორის სერიოზულად დაზიანდა 37 საყოფაცხოვრებო შენობა და 6 მზის სადგური. ერთ მესამედ შემთხვევაში  ძირითადი მიზეზი არ იყო დადგენილი, თუმცა უმეტეს შემთხვევაში ხანძრები გამოწვეული იყო ცუდად ჩატარებული სამონტაჟო სამუშაოებით, გაუმართავი პროდუქტით ან კონსტრუქციული პრობლემებით. ხანძრის გამომწვევი ყველაზე ხშირი მიზეზი იყო DC იზოლატორები. 

 სქოლიო 

კატეგორია:სმარტ მოწყობილობები