Izvor: alternative-energy-tutorials.com
Bypass diodesare koristi se u solarnim fotonaponskim sistemima (PV) za zaštitu djelomično zasjenjenih PV ćelija od potpuno aktivnih ćelija na punom suncu unutar istog solarnog panela kada se koristi u nizovima visokog napona.
Solarni fotonaponski paneli odličan su način za stvaranje besplatne električne energije koristeći sunčevu snagu. Jednostavno ih postavljate gdje god želite, a dalje odlazite ili kao dio samostalnog sistema izvan mreže ili kao krovni PV paneli za mrežni sistem. Raspon snage solarnog fotonaponskog sistema izuzetno je širok, od nekoliko milivata do stotina megavata, dijelom i zbog modularnosti solarnih panela.
Fotonaponske ćelije su vrsta poluprovodničke fotodiode koja direktno pretvara svjetlost koja udara o njihovu površinu u električnu snagu. Fotonaponski sistemi generišu električnu energiju spajanjem solarnih PV panela zajedno u obliku niza i izlaganjem ih direktnoj sunčevoj svjetlosti. Tada bismo pomislili da će tokom normalnog rada svi solarni paneli PV sistema imati iste solarne uvjete kao što su svi dio istog solarnog niza.
Međutim, na performanse proizvodnje električne energije i pouzdanost PV sistema mogu utjecati vanjski faktori, poput okoliša, temperature, vlažnosti, položaja i stepena sunčevog zračenja, što sve može dovesti do degradacije snage.
Ali, kao i ovi očigledni faktori okoline, jedan faktor koji će posebno dovesti do neusklađenosti između solarnih ćelija ili cijelih ploča, a degradacija snage unutar solarnog nijansa zasjenjuje, to je blokiranje sunčeve svjetlosti na ćeliji ili ploči lišćem, drveće, zgrade ili antene. To može biti potpuno ili djelomično zasjenjenje, a ovisno o stupnju zasjenjenosti, uzrokovat će smanjenje izlazne snage.
Serija povezanih solarnih ćelija
Fotonaponski (PV) paneli izrađeni su od međusobno povezanih kristalnih silicijskih ćelija i stoga su osjetljivi na zasjenjenje. U standardnom PV panelu, ove solarne ćelije su povezane u seriju, što rezultira visokim naponom, ali ista vrijednost struje prolazi kroz sve povezane ćelije. Sve dok je sunčeva svjetlost koja udara o površinu PV panela jednolična, svaka fotonaponska ćelija unutar istog panela proizvodiće jednaku količinu električnog napona, približno 0,5 volta. Tako će, na primjer, pri punom suncu PV ćelija od 2 vata proizvoditi konstantnu struju od oko 4 ampera (0,5 x 4=2 vata).
Ako, međutim, ćelija postane zasjenjena nekim vanjskim sredstvima, prestat će proizvoditi električnu energiju i ponašat će se više poput poluprovodničkog otpora, snažno smanjujući ukupnu količinu energije koju proizvodi solarni panel. Na primjer, pretpostavimo da imamo tri serije fotonaponskih ćelija od 0,5 volta sa sunčevim zračenjem od 1kW / m2 u sve tri fotonaponske ćelije, kao što je prikazano.
Serijski povezane PV ćelije
Kako su tri PV ćelije spojene u seriju, generirana struja (I) bit će ista (pod pretpostavkom da ćelije budu jednake), a ukupni napon, VTje samo zbroj pojedinačnih napona ćelije, (V1+ V2+ V3= 0.5V + 0.5V + 0.5V = 1.5V), tako da se I – V karakteristične krivulje tri ćelije jednostavno dodaju duž naponske (vodoravne) osi jer je struja uobičajena i konstantna. Koristeći naš primjer ćelije od 2 vata odozgo, maksimalna tačka snage za ovaj serijski niz bi bila: 6 vati (1,5 V x 4A=6 W).
Sjenanje fotonaponskih ćelija
Sada pretpostavimo da je Solarna ćelija br. 2 u nizu postala ili djelomično ili potpuno zasjenjena, dok preostale dvije ćelije u nizu povezane nizove nisu, odnosno ostaju na suncu. Kada se to dogodi, izlaz niza povezanih nizova dramatično će se smanjiti kao što je prikazano.
Zasjenjena PV ćelija
Ovdje se događa da zasjenjena ćelija prestaje proizvoditi električnu energiju i ponaša se više poput poluprovodničkog otpora. Osjenjena ćelija generira manje struje od druge dvije ćelije, što značajno smanjuje proizvodnju energije serijske žice. Rezultat je da se energija koju generiraju „sunčane“ ćelije sada rasipa „zasjenjenom“ ćelijom, što vremenom može prouzročiti pregrijavanje (žarišta) i na kraju uništavanje loše ćelije.
Kako zasjenjena ćelija uzrokuje pad generirane struje. Neosjenjene dobre ćelije prilagođavaju se ovom padu struje povećavanjem napona otvorenog kruga duž njihovih krivulja karakteristika IV, što rezultira obrnutom pristranošću zasjenjene ćelije, odnosno negativni napon se sada pojavljuje na njenim stezaljkama u suprotnom smjeru.
Ovaj reverzni napon dovodi do toga da struja sada teče u suprotnom smjeru kroz zasjenjenu ćeliju što rezultira trošenjem snage brzinom ovisno o ISCi radnu struju, I. Tako će potpuno zasjenjena ćelija doživjeti obrnuti pad napona u bilo kojim trenutnim uvjetima i stoga će rasipati ili trošiti električnu energiju, umjesto da je generira.
Bypass diode
Pa kako možemo zaštititi fotonaponsku ćeliju, ploču ili čak čitav niz od razarajućih efekata djelomičnog ili potpunog zasjenjivanja. Jednostavan i efikasan način zaštite fotonaponskih ćelija od razarajućih efekata zasjenjenja ćelija je povezivanje onoga što je cnazvani abypass diodeacross each PV ćelija serijski povezanog niza.
Bypass diodespojeni su izvana i obrnuto paralelno sa PV ćelijom kako bi se osigurala alternativna električna putanja da generirana struja teče, jer ne može proći kroz ćeliju kada je zasjenjena. Ovo pomaže u očuvanju performansi serijskog niza ograničavanjem napona obrnutog pristranosti koji se generira na bilo kojoj djelomično zasjenjenoj ćeliji i time smanjuje električnu snagu koju ćelija može rasipati.
Razmotrite naše tri serije povezanih PV ćelija u nastavku sa dodanim bajpas diodama.
Zaobilaženje diodne zaštite
Bypass diode povezane su paralelno preko svake od tri PV ćelije. Ove vanjski povezane premosne diode povezane su u načinu obrnutog prednapona preko njihove odgovarajuće ćelije, odnosno diode Anodni terminal povezan je s pozitivnom stranom ćelije, dok je diodni katodni terminal povezan s negativnom stranom ćelije.
Kad tri solarne ćelije dobiju puno sunca, svaka generira napon kao i obično, a kako su svaka od tri premosne diode obrnuto preusmjerene na odgovarajuće ćelije, svaka obrnuta struja (crvene strelice) koja pokušava proći kroz njih je blokirana. Stoga su obrnuto pristranske, diode se ponašaju kao da ih nema sa serijskim nizom koji proizvodi punu izlaznu snagu (6 W u prethodnom primjeru) jer tri solarne ćelije rade kako se očekivalo.
Međutim, ako kao i prije jedna od PV ćelija postane djelomično zasjenjena zbog lišća, drveća ili snijega, itd. Zasjenjena ćelija ne proizvodi i električnu energiju kao što smo vidjeli gore, a time njihova premošćujuća dioda preuzima aktiviranje kao što je prikazano.
Zasjenjena PV ćelija sa zaštitom od zaobilazne diode
Ovdje pod uvjetom zasjenjenja, ćelija dvije prestaje proizvoditi električnu energiju i ponaša se poput poluprovodničkog otpora kao što smo ranije razgovarali. Zbog zasjenjene ćelije koja generira reverznu snagu, ona unaprijed odstupa od paralelno povezane obilazne diode (tj. Uključuje je "ON"), preusmjeravajući struju dvije dobre ćelije kroz sebe, kao što je prikazano zelenim strelicama gore. Prema tome, premosna dioda povezana preko zasjenjene ćelije održava rad druge dvije PV ćelije stvaranjem električne putanje za protok generirane struje.
Zatim, iako je jedna ćelija zasjenjena (ćelija 2 u ovom primjeru) druge dvije ćelije, 1 i 3 nastavljaju generirati energiju, ali smanjenom snagom. Dakle, kao u našem prethodnom primjeru gore, izlaz bi koristio naš primjer ćelije od 2 vata odozgo i ne pretpostavljajući gubitke kroz premosnu diodu, 4 vata (1,0 V x 4A).
Još jedna prednost paralelno povezanih zaobilaznih dioda je ta što kada je prednji pristranik, odnosno kada provode, pad napona unaprijed iznosi oko 0,6 volta čime se ograničava svaki visoki reverzni negativni napon koji stvara zasjenjena ćelija što zauzvrat smanjuje temperaturne uvjete vruće tačke i dakle otkaz ćelije, omogućavajući ćeliji da se vrati u normalu nakon uklanjanja sjene.
Zaobilaženje integracije dioda
Integracija bypass diode kroz svaku pojedinu pojedinačnu ćeliju, kao što smo prethodno učinili u našem jednostavnom primjeru, bila bi preskupa i ne tako jednostavna za instalaciju. U praksi proizvođači postavljaju zaobilazne diode preko grupa ili podsklopova PV ćelija (obično 16 do 24 ćelije) na stražnjoj strani panela ili unutar razvodne kutije solarnog modula. Tako bi, na primjer, dvije zaobilazne diode bile dovoljne za solarni panel nominalne snage oko 50 vata koji sadrži između 36 do 40 pojedinačnih ćelija. Mnogi solarni paneli vrhunskog kvaliteta ih izrađuju direktno na strukturi poluprovodničkih fotonaponskih ćelija.
Iako je moguće spojiti bilo koji tip diode na stražnju stranu solarnog panela, tip i odabir premosne diode uglavnom ovisi o struji i ocjeni snage ćelija i / ili panela, koje ona mora zaštititi. Najčešći tip korištene bypass diode je Schottky dioda s nominalnom strujom u rasponu od 1 do 60 ampera i naponom do 45 volti, što je više nego dovoljno za jedan solarni panel za punjenje akumulatora od 12 V ili 24 V.
