في المقال السابق (الوضع التشغيلي للخلية الكهروضوئية)، تعتمد الطاقة الكهربائية الناتجة من الخلية الكهروضوئية على عدة عوامل وهي شدة الاشعاع الشمسي (Solar Irradiance) ودرجة الحرارة المحيطة بها (Ambient Temperature). بالإضافة الى ذلك، تتأثر ايضاً الطاقة الناتجة من الخلية الكهروضوئية بتغير الحمل الأومي (Resistive Load) الموصولة على اطرافها، أي انه عند توصيل مقاومة بشكل مباشر مع اطراف الخلية الكهروضوئية يصبح لدينا دائرة كهربائية من نوع الحمل المتحكم بالدائرة الكهربائية (Load-controlled Circuit). لذا عند تغير أحد العوامل الثلاث الاشعاع الشمسي، درجة الحرارة، والحمل فإنه من الصعب الاستفادة من الطاقة الناتجة من الخلية الكهروضوئية، وعليه لا بد من وجود نظام تحكم متكامل قادر على تشغيل الخلية الكهروضوئية والاستفادة الكاملة من الطاقة الناتجة منها تحت ظروف تغير الاشعاع الشمسي ودرجة الحرارة والحمل.

يتكون نظام التحكم بالخلايا الكهروضوئية بشكل اساسي من عدة مكونات كما هو موضح بالشكل (1). الخلية الكهروضوئية أو اللوح الكهروضوئي (PV Panel)، محول التيار المباشر (DC-DC Converter)، خوارزمية تتبع الحد الأقصى للطاقة (MPPT Algorithm)، والمتحكم (DC Controller). فيما يلي توضيح لكل هذه العناصر ودورها في دائرة التحكم لإستخراج أقصى قيمة للطاقة الكهربائية من اللوح الكهروضوئي.

1. اللوح الكهروضوئي (PV Panel): هو عبارة عن مجموعة من الخلايا الكهروضوئية () موصولة مع بعضها البعض على التوالي. تقومكل خلية كهروضوئية بتحويل الطاقة الضوئية الساقطة عليها الى طاقة كهروبائية عند جهد قيمته غالباً 0.5 فولت. وعندما يكون اللوح الكهروضوئي يتكون من خلايا كهروضوئية موصولة على التوالي فهذا يعني أن الجهد على أطراف اللوح الكهروضوئي يساوي مجموع الجهود لجميع الخلايا الكهروضوئية، أما بالنسبة للتيار الكهربائي الخارج من اللوح الكهروضوئي فإنه يساوي قيمة التيار لكل خليه كهروضوئية على حده. على سبيل المثال: اذا كان لدينا لوح كهروضوئي يتكون من 10 خلايا كهروضوئية وكل خلية كهروضوئية لها الخصائص الكهربائية التالية : قيمة تيار قصر(ISC) يساوي 8 أمبير وقيمة التيار التشغيلي (IMP) يساوي أمبير7.34 وقيمة جهد الدارة المفتوحة (Voc) يساوي 36.3 فولت وقيمة الجهد التشغيلي (VMP) يساوي 29 فولت. فإن الخصائص الكهربائية للوح الكهروضوئي يتم احتسابها كما في الشكل (2).

2. محول التيار المباشر (DC-DC Converter): هو دائرة من نوع الكترونيات القوى (Power Electronics) تستخدم لنقل الطاقة الكهربائية من مصدر الطاقة الى الحمل عن طريق التحكم بمركبات القدرة وهما الفولتية والتيار. يتم التحكم بقيمة الفولتية أو قيمة التيار على أطراف المصدر من خلال عملية التبديل (Switching). عادة يستخدم نوع محول الرفع (DC-DC Boost Converter) مع أنظمة الطاقة الشمسية للتحكم بالتيار الخارج من اللوح الكهروضوئي (التيار الخارج من اللوح الكهروضوئي يساوي التيار الداخل لمحول التيار المباشر). لأن هذا المحول يفصل اللوح الكهروضوئي عن الحمل، يوجد معادلة رياضية تربط قيمة التيار الداخل الى محول التيار المباشر (التيار الخارج من اللوح الكهروضوئي) و قيمة التيار الخارج من محول التيار المباشر (التيار الداخل على الحمل) مع قيمة اشارة التحكم (Duty Cycle). يتم تعديل عرض النبضة (Pulse Width Modulation) بناءاً على قيمة اشارة التحكم ليتم تولي قيادة محول التيار المباشر من خلال الترانزيستور (MOSFET) الذي يعمل كمفتاح في دائرة محول التيار المباشر.

3. المتحكم (DC Controller): هو عبارة عن دائرة تحكم مغلقة من خلال (Feedback Loop). تتضمن اشارة مرجعية (Reference Signal) تقوم بإنتاجها خوارزمية تتبع الحد الأقصى للطاقة (MPPT Algorithm) ويقوم بمقارنتها بالقيمة الحالية للنظام التي يتم قياسها بواسطة (Feedback Loop)، ثم بعد ذلك يتم عمل مقارنة بينهما. في بداية الامر، يكون الفرق او ما يسمى بقيمة الخطأ (Error) كبير يقوم المتحكم بهذه الحالة بعمل تكامل (Integration) او اشتقاق (Derivative) ليتمكن من تقليل قيما الخطأ. وهكذا تستمر العملية للحد الذي تكون فيه قيمة الخطأ تساوي صفر عندها تكون القيمة الحالية المقاسة نفس قيمة الاشارة المرجعية.

3. خوارزمية تتبع الحد الأقصى للطاقة (MPPT Algorithm): هي عبارة عن خوارزمية تعتمد على معادلات رياضية وجمل شرطية بهدف انتاج اشارة مرجعية للمتحكم. تختلف الخوارزميات عن بعضها البعض من حيث التعقيد والبساطة. أفضلها البسيط والاقل تكلفة من حيث عدد الحساسات التي تحتاجها.

في نهاية المطاف، العناصر السابقة اللوح الكهروضوئي (PV Panel)، محول التيار المباشر (DC-DC Converter)، خوارزمية تتبع الحد الأقصى للطاقة (MPPT Algorithm)، والمتحكم (DC Controller) هي أجزاء رئيسية لتشغيل الخلية الكهروضوئية بالوضع الامثل تحت ظروف تغير الاشعاع الشمسي ودرجة الحرارة والحمل.