Блокирующий диод и обходные диоды в распределительной коробке панели солнечных батарей

Обходной диод и блокирующий диод, используемые для защиты солнечной панели в затененном состоянии

В различных типах конструкций солнечных панелей производители включают как обходные, так и блокирующие диоды для защиты, надежной и бесперебойной работы. Мы обсудим как блокирующие, так и обходные диоды в солнечных панелях. с рабочими и принципиальными схемами в деталях ниже.

Обходной диод в солнечной панели используется для защиты частично затененного массива фотоэлектрических элементов внутри солнечной панели от нормально работающей фотоэлектрической цепочки в пик солнечного света в той же фотоэлектрической панели. В цепочках фотоэлектрических панелей с несколькими панелями неисправная панель или цепочка были зашунтированы диодом, который обеспечивает альтернативный путь для тока, протекающего от солнечных панелей к нагрузке.

Блокирующий диод в солнечной панели используется для предотвращения разряда батарей или обратного разряда через фотоэлементы внутри солнечной панели, поскольку они действуют как нагрузка ночью или в случае, когда небо полностью покрыто облаками и т. д. Короче говоря, поскольку диод пропускает ток только в в одном направлении, поэтому ток от солнечных панелей течет (с прямым смещением) к батарее и блокируется от батареи к солнечной панели (с обратным смещением).

• Публикация по теме: Как спроектировать и установить солнечную фотоэлектрическую систему? С решенным примером

Что такое диод?

Диод – это однонаправленный полупроводниковый прибор, который пропускает ток только в одном направлении (прямое смещение, т. е. анод подключается к положительному выводу, а катод — к отрицательному). Он блокирует протекание тока в противоположном направлении (обратное смещение, т.е. анод к клемме -Ve, а катод к клемме +Ve).

Они сделаны из полупроводниковых материалов, таких как кремний и германий. Они обеспечивают высокое сопротивление току в одном направлении (обратное смещение) и образуют путь короткого замыкания для тока в противоположном направлении (прямое смещение). Ниже приведен общий символ диода с выводом анода и катода.

Работа блокирующих и обходных диодов в фотоэлектрических модулях Панели

Система солнечных панелей является лучшей альтернативой широкому диапазону (от мВт до МВт) бесплатной электроэнергии и может использоваться с энергосистемой On-Grid или Off-Grid. Его можно установить в любом месте в пределах диапазона солнечного света для выработки электроэнергии.

Фотогальванический элемент внутри солнечной панели представляет собой простой полупроводниковый фотодиод, состоящий из взаимосвязанных элементов кристаллического кремния, которые всасывают/поглощают фотоны от прямого солнечного света на своей поверхности и преобразуют их в электрическую энергию. фотогальванические элементы соединены последовательно внутри солнечной панели, и они генерируют электроэнергию при нормальной работе, когда солнечный свет попадает на эти фотогальванические элементы.

Но на способность солнечных батарей генерировать электроэнергию влияют некоторые факторы, такие как ненормальные условия окружающей среды, такие как дождь, снегопад и влажность, сплошные облака, покрывающие небо, солнечная радиация, изменения температуры и позиционирование массива панелей относительно солнца и т.д.

Одним из факторов, влияющих на производительность и эффективность, является полное или частичное затенение солнечных панелей из-за облаков, деревьев, листьев, зданий и т. д. В этом случае некоторые фотоэлектрические клетки не могут генерировать энергию, так как они не подвергаются воздействию прямых солнечных лучей. В этом сценарии затронутые ячейки действуют как нагрузка и могут быть повреждены из-за горячей точки. Вот почему нам нужен обходной диод в солнечной панели.

 

Давайте посмотрим ниже, чем могут быть опасны заштрихованные солнечные панели и как байпасный диод предотвращает солнечные панели или повреждает фотогальванические цепи.

• Похожая запись: Солнечная панель какой мощности вам нужна для бытовой техники?

Фотоэлементы без обходных диодов

Один фотоэлектрический элемент генерирует около 0,58 В постоянного тока при 25 °C. . В случае разомкнутой цепи обычно значение V_OC составляет 0,5–0,6 В, а мощность одного фотоэлемента составляет от 1 до 1,5 Вт. в случае обрыва цепи. Таким образом, один фотостатический элемент мощностью 1,5 Вт при напряжении 0,5 В будет производить ток силой 3 А. поскольку I =P / V (1,5 Вт / 0,5 В =3 ампера).

Предположим, к фотоэлементам не подключены шунтирующие диоды. Как видите, фотоэлементы соединены последовательно (плюсовая клемма подключена к минусовой клемме второй солнечной панели и так далее).

Мы знаем, что ток "I" в последовательном соединении одинаков в каждой точке, а напряжения складываются, т.е. V_T =В₁ + В₂ + В₃ … В_н . Таким образом, общее напряжение V_T =0,5 В + 0,5 В + 0,5 В =1,5 В.

При нормальной работе все фотоэлементы работают отлично, то есть все три фотоэлемента производят номинальную мощность в токах и вольтах. Мощность аддитивна как при последовательном, так и при параллельном соединении. Так мы получаем идеальную максимальную номинальную мощность в Амперах и Вольтах. Поток тока показан синими пунктирными линиями от фотоэлектрических элементов к выходной нагрузке.

Но что делать с заштрихованными ячейками? А если еще и обходного диода нет? Посмотрим, что будет дальше.

• Похожая запись: Основные компоненты, необходимые для установки системы солнечных батарей

Затененные фотоэлементы без обходных диодов

В случае опавших листьев или облаков заштрихованные фотоэлементы не смогут производить электроэнергию и действуют как резистивная полупроводниковая нагрузка. В случае отсутствия обходных диодов энергия, вырабатываемая цепочкой фотоэлементов, обращенной к прямому солнечному свету, начнет поступать в затененные элементы, поскольку они также ведут себя как нагрузка. Этот чрезмерный ток приведет к нагреву заштрихованных тензодатчиков, поскольку они рассеивают мощность, что приводит к возникновению точки перегрева и может повредить или сжечь затронутый(е) датчик(и).

Поскольку в заштрихованных ячейках происходит падение напряжения, обычные ячейки без затенения пытаются отрегулировать падение напряжения, увеличивая напряжение холостого хода. Таким образом, затронутые заштрихованные фотоэлементы становятся смещенными назад, и отрицательное напряжение появляется в противоположном направлении на его клеммах. Это отрицательное напряжение вызывает протекание тока в противоположном направлении в затронутых заштрихованными фотоэлементами, которые потребляют мощность в размере рабочего тока и тока короткого замыкания I_SC . Таким образом, заштрихованная ячейка внутри солнечной панели будет рассеивать энергию, а не производить ее, поскольку в ней происходит обратное падение напряжения из-за протекания электронных токов. Весь этот процесс снизит общую эффективность или может привести к повреждению и взрыву фотоэлементов в солнечной панели.

Синие пунктирные линии показывают протекание токов, т. е. некоторый ток течет от обычных ячеек № 1 и ячейки № 3 к затронутой заштрихованной ячейке № 2. В случае разомкнутой цепи, все токи могут течь к затронутым ячейкам, в то время как в случае подключения нагрузки к фотоэлектрической панели часть тока течет к нагрузке с уменьшенной скоростью.

Вот почему нам нужны обходные диоды в солнечной панели. Давайте посмотрим, что происходит, когда в фотоэлектрической панели есть обходной диод, как показано ниже.

• Похожая запись:  Полное руководство по установке солнечных панелей. Пошаговая процедура с расчетами и диаграммами

Фотоэлементы с обходными диодами

Теперь давайте посмотрим, как мы можем защитить солнечную панель или фотогальваническую батарею и струны от частичных или полностью затененных фотоэлементов. Это обходной диод. Обходные диоды можно использовать, подключив их параллельно фотоэлектрической ячейке последовательно соединенной гирлянды, чтобы исключить фактор риска и защитить солнечные панели от общего повреждения и взрыва в случае полного или частичного затенения.

Обходные диоды подключаются снаружи параллельно (параллельно) фотогальваническим элементам с обратным смещением (анодная клемма подключается к +Ve, а катод к -Ve стороне солнечного элемента), что обеспечивает альтернативный путь для текущего потока в случае заштрихованных ячеек. Обходные диоды обратного смещения не пропускают ток, вырабатываемый в нормальных ячейках, в заштрихованные ячейки.

Поток генерируемых токов показан синими пунктирными линиями. В случае ясного неба, т. е. пикового солнечного света, вырабатываемый ток не будет протекать через обходные диоды, как показано красными пунктирными линиями, поскольку они смещены в обратном направлении и действуют как разомкнутая цепь. Таким образом, общая мощность, идущая на зарядку аккумулятора или подключенную нагрузку, не влияет на ожидаемую эффективность.

Но что происходит, когда на частичных ячейках есть облака или тени? давайте посмотрим, как следовать.

• Публикация по теме:Как подключить автоматический ИБП/инвертор к домашней системе электроснабжения?

Затененные фотоэлементы с обходными диодами

В случае облаков или снега и т. д. ячейка № 2 будет затронута и не сможет генерировать энергию, поэтому теперь полупроводниковый резистор действует как нагрузка. Теперь заштрихованные ячейки обеспечивают отрицательную мощность (хотят рассеивать мощность, а не генерировать ее), байпасные диоды на ячейке активируются (поскольку сейчас они находятся в прямом смещении) и отводят поток тока на нагрузку, как показано синими пунктирными линиями. минуя заштрихованную ячейку на рис.

Короче говоря, обходные диоды, подключенные к заштрихованным ячейкам №2, обеспечивают альтернативный путь для прохождения токов от ячейки №1 к ячейке №3, а затем к нагрузке. Таким образом, обходной диод поддерживает надежную и бесперебойную работу фотоэлектрических элементов без повреждения фотоэлектрического элемента или всего массива фотоэлектрических цепочек с пониженной мощностью, поскольку элемент № 2 не может генерировать электроэнергию.

В качестве обходных диодов в солнечных панелях используются два типа диодов:диод с PN-переходом и диод Шоттки (также известный как диод с барьером Шоттки) с широким диапазоном тока. рейтинг. Диод Шоттки имеет более низкое прямое падение напряжения 0,4 В по сравнению с обычным кремниевым диодом с PN-переходом, который составляет 0,7 В.

Это означает, что при прямом смещении диод Шоттки сохраняет почти уровень напряжения одного фотоэлемента (то есть 0,5 В) в каждой последовательной цепочке. Другими словами, обеспечивает эффективную работу фотоэлементов за счет меньшего рассеивания мощности в блокировочном режиме.

Еще одно преимущество обходного диода, подключенного параллельно солнечным элементам, заключается в том, что при его работе (т. Диод PN-перехода), который ограничивает обратное, то есть отрицательное напряжение, создаваемое заштрихованной ячейкой, что снижает вероятность возникновения горячих точек. Повышение температуры может привести к возгоранию или повреждению фотоэлектрических элементов, но в случае шунтирующих диодов оно возвращает заштрихованную ячейку в нормальный режим работы после удаления облака. Вышеупомянутое - точные причины, по которым в солнечных панелях есть обходные диоды.

• Похожая запись: Параллельное подключение батарей к солнечной панели

Почему на каждой фотоэлектрической ячейке нет обходного диода?

Подключение шунтирующего диода к каждому отдельному фотоэлементу приведет к удорожанию и сложности конструкции. Таким образом, производитель устанавливает обходные диоды снаружи в распределительной коробке солнечной панели (обратная сторона фотоэлектрической панели) в виде массивов строк вместо отдельных фотоэлементов.

Обычно двух обходных диодов достаточно для солнечной панели мощностью 50 Вт, имеющей 36–40 отдельных фотоэлементов и заряжающей последовательное или параллельное соединение батарей от 12 В до 24 В в зависимости от тока и номинальное напряжение 1-60А и 45В в случае диода Шоттки.

• Похожая запись: Последовательное соединение солнечной панели с системой автоматического ИБП

Блокирующие диоды в солнечных панелях

Как упоминалось выше, диоды пропускают ток только в одном направлении (прямое смещение) и блокируют в противоположном направлении (обратное смещение).

Это то, что на самом деле делают блокирующие диоды в солнечной панели. При нормальной работе солнечных элементов при ясном солнечном свете солнечные элементы генерируют электрическую энергию и пропускают поток электронов в одном направлении, то есть от солнечной панели к аккумулятору или контроллеру заряда и другим подключенным нагрузкам.

Ночью, облачностью или отсутствием нагрузки в тени подключенная батарея будет подавать ток на солнечные элементы, поскольку они ведут себя как обычные резисторы. Чтобы решить эту проблему, используются блокирующие диоды, чтобы блокировать ток обратно к солнечным панелям, что предотвращает разрядку батареи, а также защищает солнечные элементы от точек перегрева из-за рассеивания мощности внутри них, что приводит к повреждению солнечного элемента.

Короче говоря, блокирующие диоды обеспечивают только один путь для тока от солнечной панели к батарее и блокируют токи от батареи к солнечным элементам в ночное время, поскольку солнечные элементы действует как нагрузка, а не генерирует энергию.

Имейте в виду, что блокировочные диоды устанавливаются последовательно с солнечной панелью. На следующем рисунке показана комбинация блокирующих диодов, соединенных последовательно, и шунтирующих диодов, соединенных параллельно с солнечной панелью.

Как показано на рисунке ниже, лист упал на ячейку № 3. Таким образом, генерируемый ток будет течь от ячейки № 1 и ячейки № 2 к выходу, когда он находится в штатном режиме. Ток будет течь через обходной диод через ячейку № 3, которая подвергается воздействию, и ячейку № 4, а затем к нагрузкам, затем через блокировочные диоды, что, как и ожидалось, является надежной работой солнечной энергосистемы.

Надеюсь, стало понятно, что это за шунтирующие и блокировочные диоды в распределительной коробке на задней стороне солнечной панели.