ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Фотоэлектрические ячейки часто объединяют в последовательнопараллельные соединения, повышая таким образом выходную мощность. Когда несколько фотоэлементов (или параллельных соединений нескольких фотоэлементов) соединяются в цепь последовательно, их выходное напряжение (Увых) увеличивается. Когда несколько
фотоэлементов (или последовательных соединений нескольких фотоэлементов) подсоединяются параллельно, максимальная сила тока (7тах) всех соединенных в цепь ячеек эквивалентна произведению /тах одной ячейки или их комбинации на количество ячеек или их комбинаций. При этом максимальная мощность (Ртах) последовательно — параллельного соединения одинаковых ячеек эквивалентна произведению Ртлх каждой ячейки на количество ячеек. Иными словами, максимальная мощность (Ртах) такого соединения эквивалентна произведению V ^ и / „ всего соединения.
Для примера рассмотрим десять параллельно соединенных комбинаций из 36 последовательно соединенных фотоэлектрических ячеек каждая. Предположим, максимально достижимая сила тока для каждой ячейки составляет 7шах = 2,2 ампера. Тогда
^вых = 36 х 0,5 В = 18 В;
7тах = 10 х 2,2 А = 22 А;
= 18 В х 22 А = 396 Вт.
Это значение можно округлить до 400 ватт. Однако это лишь теоретический результат. На деле при подключенной к системе фотоэлектрических ячеек нагрузке ее выходная мощность будет ниже расчетной. Это происходит потому, что напряжение всей системы последовательно соединенных ячеек при подключении, нагрузки падает на несколько процентов из-за возникающего внутреннего сопротивления в самой системе. В описанном выше случае реальное выходное напряжение (Увых) системы при потреблении электричества, близком к /гаах, составит только 14 вольт.
Таким образом, реальная выходная мощность составит:
Рт = 14 В х 22 А = 308 Вт, что можно округлить до 300 ватт.
НИЗКО-, СРЕДНЕ — И ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
В низковольтных слаботочных фотоэлектрических системах для достижения желаемого выходного напряжения (Ивых) отдельные ячейки обычно подсоединяются последовательно. Для подзарядки 12-вольтовой аккумуляторной батареи стандартное значение Пых составляет 16 В, что требует последовательного подсоединения 32 ячеек.
Такое соединение называют фотоэлектрическим модулем. Несколько модулей, подключенных параллельно, образуют фотоэлек-
трическую панель (солнечную батарею) и позволяют получать бблыние значения максимальной силы тока (/тах). Для достижения еще более высоких значений Увь1х или /тах несколько фотоэлектрических панелей подключают, соответственно, последовательно или параллельно, создавая фотоэлектрическую батарею.
Теоретически, последовательно подключая сотни и тысячи фотоэлектрических ячеек, можно получить очень высокое напряжение (до 5 киловольт постоянного тока), но на практике решить подобную задачу проблематично. Дело в том, что внутреннее (или собственное) сопротивление ячеек суммируется, что жестко ограничивает максимальное значение /тах и приводит к тому, что под нагрузкой выходное напряжение падает. Эту проблему можно решить с помощью высоковольтных фотоэлектрических комплексов, где множество ячеек или низковольтных модулей подключены параллельно. В этом случае они образуют множество идентичных параллельно подключенных элементов, которые потом соединяются последовательно.
Получить среднее напряжение от низковольтной солнечной батареи можно с помощью инвертирующего усилителя мощности, запитанного от аккумулятора большой емкости. Солнечная батарея поддерживает заряд аккумулятора, а тот обеспечивает ток высокого напряжения для усилителя, когда это необходимо. Такая система позволяет получать обычный (для США) переменный ток напряжением 117 вольт от источников постоянного тока мощностью в 12 или 24 вольта.