Diode en bypass-diodes in een aansluitdoos voor zonnepanelen blokkeren

Bypassdiode en blokkeerdiode die werken voor bescherming van zonnepanelen in schaduwrijke toestand

In verschillende soorten zonnepanelenontwerpen worden zowel de bypass- als de blokkeringsdiode door de fabrikanten meegeleverd voor bescherming, betrouwbare en soepele werking. We zullen zowel blokkerings- als bypass-diodes in zonnepanelen bespreken met werk- en schakelschema's in details hieronder.

Bypass-diode in een zonnepaneel wordt gebruikt om gedeeltelijk beschaduwde fotovoltaïsche cellen in het zonnepaneel te beschermen tegen de normaal werkende fotovoltaïsche string in de piekzon in hetzelfde PV-paneel. In PV-strings met meerdere panelen is het defecte paneel of de defecte string omzeild door de diode die een alternatief pad biedt voor de stromende stroom van zonnepanelen naar de belasting.

Blokkeerdiode in een zonnepaneel wordt gebruikt om te voorkomen dat de batterijen leeglopen of terug ontladen via de PV-cellen in het zonnepaneel, aangezien ze 's nachts als belasting fungeren of in het geval van volledig bedekte lucht door wolken enz. Kortom, aangezien diode alleen stroom doorlaat in één richting, dus de stroom van zonnepanelen stroomt (voorwaarts gericht) naar de batterij en blokkeert van de batterij naar het zonnepaneel (omgekeerd voorgespannen).

• Gerelateerde post:Hoe ontwerp en installeer ik een zonne-PV-systeem? Met opgelost voorbeeld

Wat is een diode?

Een diode is een unidirectioneel halfgeleiderapparaat dat slechts in één richting stroom doorlaat (voorwaartse voorspanning, d.w.z. de anode is aangesloten op de positieve pool en de kathode is aangesloten op de negatieve pool). Het blokkeert de stroom in de tegenovergestelde richting (omgekeerde voorspanning, d.w.z. anode naar de -Ve-terminal en kathode naar de +Ve-terminal).

Ze zijn gemaakt van halfgeleidermaterialen zoals silicium en germanium. Ze bieden een hoge weerstand tegen de stroom in één richting (reverse bias) en werken als een kortsluitpad voor stroom in de tegenovergestelde richting (forward bias). Hieronder volgt het algemene symbool van een diode met anode- en kathode-aansluiting.

Werking van blokkerings- en bypassdiodes in PV Panelen

Zonnepanelensysteem is het beste alternatief met een breed bereik (mW tot MW) aan gratis elektrische energie en kan worden gebruikt met een On-Grid of Off-Grid-stroomsysteem. Het kan worden geïnstalleerd waar u maar wilt binnen het zonlichtbereik om elektrische stroom op te wekken.

Fotovoltaïsche cel in een zonnepaneel is een eenvoudige halfgeleider-fotodiode gemaakt van onderling verbonden kristallijne siliciumcellen die foton uit het directe zonlicht op het oppervlak zuigen/absorberen en omzetten in elektrische energie. de fotovoltaïsche cellen zijn in serie geschakeld in een zonnepaneel en ze wekken bij normaal gebruik elektrische stroom op wanneer zonlicht op deze fotovoltaïsche cellen valt.

Maar sommige factoren zijn van invloed op het vermogen van zonnecellen om elektrische energie op te wekken, zoals abnormale omgevingsomstandigheden, zoals regen, sneeuwval en vochtigheid, volle wolken die de lucht bedekken, zonnestraling, temperatuurveranderingen en positionering van de panelen op de zon enz.

Een van de belangrijkste factoren die de output en efficiëntie beïnvloeden, zijn volledig of gedeeltelijk beschaduwde zonnepanelen als gevolg van wolken, bomen, bladeren, gebouwen enz. In dit geval is een deel van de fotovoltaïsche cellen kunnen geen stroom opwekken omdat ze niet worden blootgesteld aan direct zonlicht. In dit scenario fungeren de aangetaste cellen als een belasting en kunnen ze beschadigd raken door een hotspot. Daarom hebben we een bypass-diode nodig in een zonnepaneel.

Laten we hieronder zien hoe de schaduwrijke zonnepanelen gevaarlijk kunnen zijn en hoe de bypass-diode de zonnepanelen verhindert of de fotovoltaïsche strings beschadigt.

• Gerelateerde post: Hoeveel watt zonnepaneel heb je nodig voor huishoudelijke apparaten?

PV-cellen zonder bypass-diodes

Een enkele fotovoltaïsche cel genereert ongeveer 0,58 DC volt bij 25°C . In het geval van een open circuit, typisch de waarde van V_OC is 0,5 – 0,6 V terwijl het vermogen van een enkele fotovoltaïsche cel 1 tot 1,5 W is in geval van open circuit. Dus een enkele fotostatische cel van 1,5 W met 0,5 V zal 3 A stroom produceren als I =P /V (1,5W / 0,5V =3 ampère).

Stel dat er geen bypass-diodes zijn aangesloten over de PV-cellen. Zoals je kunt zien, zijn de fotovoltaïsche cellen in serie geschakeld (de positieve pool is verbonden met de negatieve pool van de tweede zonnepanelen enzovoort).

We weten dat de huidige "I" in serie op elk punt hetzelfde is, terwijl de spanningen additief zijn, d.w.z. V_T =V₁ + V₂ + V₃ … V_n . Dus de totale spanning V_T =0,5V + 0,5V + 0,5V =1,5V.

Bij normaal gebruik werken alle fotovoltaïsche cellen perfect, d.w.z. alle drie de PV-cellen produceren het nominale vermogen in stromen en volt. Het vermogen is additief in zowel serie- als parallelschakeling. We krijgen dus het ideale maximale nominale vermogen in ampère en volt. De stroomstroom wordt weergegeven in blauwe stippellijnen van PV-cellen naar de uitgangsbelasting.

Maar wat in het geval van gearceerde cel(len) ? En wat als er ook geen bypass-diode is? Laten we eens kijken wat er daarna gebeurt.

• Gerelateerde post: Basiscomponenten die nodig zijn voor de installatie van een zonnepaneelsysteem

Geschaduwde PV-cellen zonder bypass-diodes

In het geval van gevallen bladeren of wolken, kunnen de beschaduwde fotovoltaïsche cellen geen elektrische energie produceren en fungeren ze als een resistieve halfgeleiderbelasting. Als er geen bypass-diodes zijn, zal de energie die wordt geproduceerd door PV-cellen die in direct zonlicht staan, naar de gearceerde cellen gaan stromen omdat ze zich ook als belasting gedragen. Deze overmatige stroom zorgt ervoor dat de gearceerde loadcellen worden verwarmd terwijl ze stroom dissiperen, wat leidt tot hotspots en de betreffende cel(len) kan beschadigen of verbranden.

Als er spanningsdalingen optreden bij de gearceerde cellen, proberen de normale cellen zonder tinten de spanningsdaling aan te passen door de nullastspanning te verhogen. Op deze manier worden de betrokken gearceerde PV-cellen voorgespannen en verschijnt er een negatieve spanning in de tegenovergestelde richting over de klemmen. Deze negatieve spanning zorgt ervoor dat de stroom in de tegenovergestelde richting vloeit in de betrokken gearceerde PV-cellen die stroom verbruiken met de snelheid van bedrijfsstroom en kortsluitstroom I_SC . Op deze manier zal de gearceerde cel in een zonnepaneel stroom dissiperen in plaats van deze te produceren, omdat er sperspanningsdalingen optreden als gevolg van de stroom van elektronische stromen. Dit hele proces zal de algehele efficiëntie verminderen of kan leiden tot schade en tot ontploffing van de PV-cellen in een zonnepaneel.

De blauwe stippellijnen geven de stroom van stromen weer, d.w.z. er vloeit wat stroom van normale cellen #1 en cel #3 naar de betreffende gearceerde cel #2. In het geval van een open circuit, alle stromen kunnen naar de betrokken cellen stromen, terwijl in het geval van aangesloten belasting op het PV-paneel, sommige stroom met verminderde snelheid naar de belasting vloeit.

Dit zijn de redenen waarom we bypass-diodes in een zonnepaneel nodig hebben. Laten we als volgt kijken wat er gebeurt als er een bypass-diode in het PV-paneel zit.

• Gerelateerde post:  Een complete gids over de installatie van zonnepanelen. Stap voor stap procedure met berekening en diagrammen

PV-cellen met bypass-diodes

Laten we nu eens kijken hoe we een zonnepaneel of fotovoltaïsche array en strings kunnen beschermen tegen gedeeltelijke of volledig gearceerde PV-celeffecten. Dat is een bypass-diode. Bypass-diodes kunnen worden gebruikt door ze parallel aan te sluiten op de PV-cel van een seriegeschakelde stringarray om de risicofactor te elimineren en de zonnepanelen te beschermen tegen algehele schade en explosie in geval van volledige of gedeeltelijke schaduw.

Bypass-diodes zijn extern (parallel) verbonden met de fotovoltaïsche cellen in omgekeerde voorspanning (anode-aansluiting verbonden met de +Ve en kathode met de -Ve-zijde van de zonnecel) die biedt een alternatief pad voor de stroom in het geval van gearceerde cellen. De reverse bias bypass-diodes laten de geproduceerde stroom in de normale cellen niet toe in de gearceerde cellen.

De stroom van gegenereerde stromen wordt weergegeven door de blauwe stippellijnen. In het geval van een heldere hemel, d.w.z. piekzon, zal de geproduceerde stroom niet door de bypass-diodes vloeien, zoals aangegeven door rode stippellijnen, omdat ze in tegengestelde richting zijn voorgespannen en werken als een open circuit. Dus het totale vermogen gaat naar het opladen van de batterij of de aangesloten belasting zonder de verwachte efficiëntie te beïnvloeden.

Maar wat gebeurt er als er wolken zijn of schaduwen ontstaan ​​op gedeeltelijke cellen? laten we zien volgen.

• Gerelateerde post:hoe sluit ik een automatische UPS/omvormer aan op het thuisvoedingssysteem?

Geschaduwde PV-cellen met bypass-diodes

In het geval van wolken of sneeuw enz., wordt cel# 2 beïnvloed en zal deze geen stroom kunnen genereren, dus wordt een halfgeleiderweerstand die nu als een belasting fungeert. Nu leveren de gearceerde cellen negatief vermogen (wil stroom dissiperen in plaats van genereren), de bypass-diodes over de cel geactiveerd (omdat deze nu in voorwaartse voorspanning is) en de stroomstroom naar de belasting omleiden, zoals weergegeven door de blauwe stippellijnen de gearceerde cel in fig. omzeilen.

Kortom, de bypass-diodes die over de gearceerde cellen #2 zijn aangesloten, bieden een alternatief pad om stromen van cel#1 naar cel#3 te laten lopen en vervolgens te laden. Op deze manier handhaaft de bypass-diode de betrouwbare en soepele werking van PV-cellen zonder de PV-cel of de algehele fotovoltaïsche stringarray te beschadigen met een lager vermogen omdat cel #2 niet in staat is om het elektrische vermogen te genereren.

Er zijn twee soorten diodes die worden gebruikt als bypass-diode in zonnepanelen, namelijk PN-Junction-diode en Schottky-diode (ook bekend als Schottky-barrièrediode) met een breed stroombereik beoordeling. De Schottky-diode heeft een lagere voorwaartse spanningsval van 0,4 V in vergelijking met de normale silicium PN-Junction-diode die 0,7 V is.

Dit betekent dat de Schottky-diode, wanneer voorwaarts voorgespannen, bijna het spanningsniveau van een enkele fotovoltaïsche cel (dat is 0,5 V) in elke seriereeks bespaart. Met andere woorden, het zorgt voor een efficiënte werking van fotovoltaïsche cellen dankzij een lager vermogensverlies in de blokkeermodus.

Een ander voordeel van een bypass-diode die parallel is geschakeld met zonnecellen is dat wanneer deze wordt gebruikt (d.w.z. voorwaarts voorgespannen), de voorwaartse spanningsval 0,4 V is (en 0,7 V in het geval van PN-junctiediode) die het omgekeerde, d.w.z. negatieve spanning die door de gearceerde cel wordt geproduceerd, beperkt, waardoor de kans op het maken van hotspots wordt verkleind. De temperatuurstijging kan leiden tot verbranding of beschadiging van de PV-cellen, maar in het geval van bypass-diodes keert het de gearceerde cel terug naar de normale werking wanneer de bewolking is verwijderd. Bovenstaande zijn de exacte redenen waarom er bypass-diodes in zonnepanelen zitten.

• Gerelateerde post: Parallelle aansluiting van batterijen met zonnepaneel

Waarom is er geen bypass-diode over elke PV-cel?

Het aansluiten van een bypass-diode over elke afzonderlijke PV-cel leidt tot een duur en ingewikkeld ontwerp. Daarom installeert de fabrikant bypass-diodes extern in de aansluitdoos van het zonnepaneel (achterkant van het PV-paneel) om arrays te stringen in plaats van afzonderlijke PV-cellen.

Gewoonlijk zijn twee bypass-diodes voldoende voor een zonnepaneel van 50 W met 36-40 afzonderlijke PV-cellen en het opladen van een 12V naar 24V serie of parallelle aansluiting van het accusysteem hangt af van de stroom en spanningswaarde die 1-60 A en 45 V is in het geval van Schottky-diode.

• Gerelateerde post: Serieverbinding van zonnepaneel met automatisch UPS-systeem

Blokkeerdiodes in zonnepanelen

Zoals hierboven vermeld, laten de diodes de stroom slechts in één richting door (voorwaartse voorspanning) en blokkeren ze in de tegenovergestelde richting (omgekeerde voorspanning).

Dit is wat de blokkerende diodes in een zonnepaneel eigenlijk doen. Tijdens de normale werking van zonnecellen bij helder zonlicht, wekken de zonnecellen elektrische energie op en laten ze de elektronenstroom in één richting door, d.w.z. van het zonnepaneel naar de batterij of laadregelaar en andere aangesloten belastingen.

Tijdens de nacht, bij bewolking of bij geen belasting in de zonwering, zal de aangesloten batterij de zonnecellen van stroom voorzien, aangezien ze zich gedragen als normale weerstanden. Om dit probleem op te lossen, worden blokkeerdiodes gebruikt om de stroom terug naar de zonnepanelen te blokkeren, waardoor de batterij niet leeg raakt en de zonnecellen worden beschermd tegen hotspots als gevolg van het dissiperende vermogen erin, wat kan leiden tot schade aan de zonnecel.

Kortom, de blokkeerdiodes bieden slechts een enkel pad voor stroom van het zonnepaneel naar de batterij en blokkeren 's nachts de stroom van de batterij naar de zonnecellen, aangezien zonnecellen fungeren als een belasting in plaats van energie op te wekken.

Houd er rekening mee dat blokkeerdiodes in serie met het zonnepaneel worden geïnstalleerd. De volgende afbeelding toont een combinatie van blokkeerdiodes die in serie zijn geschakeld en bypass-diodes die parallel zijn geschakeld met het zonnepaneel.

Zoals in onderstaande afbeelding is te zien, is er een blad op cel# 3 gevallen. Op deze manier zal de opgewekte stroom van cel#1 en cel#2 naar de uitgang vloeien zoals is in normaal bedrijf. De stroom loopt door de bypass-diode over cel # 3 die wordt beïnvloed en cel # 4 en naar de belastingen en vervolgens door blokkeerdiodes, wat een betrouwbare werking van het zonne-energiesysteem is zoals verwacht.

Ik hoop dat het het concept duidelijk heeft gemaakt dat wat zijn die omleidings- en blokkeerdiodes in de aansluitdoos zijn aan de achterzijde van zonnepaneel een paneel.