دیود بای پس در پنل های خورشیدی

دیود بای پس به صورت موازی با سلول های خورشیدی یا صفحه های جداگانه سیم کشی می شود تا در صورت نقص یا مدار باز شدن سلول یا صفحه ، یک مسیر جریان در اطراف آنها ایجاد کند.

این استفاده از دیودهای بای پس اجازه می دهد تا یک سری (به اصطلاح رشته ای) سلول یا پانل متصل به تأمین برق با ولتاژ کاهش یافته ادامه دهند تا اینکه اصلاً نیرو نداشته باشید.

دیودهای بای‌پس با بایاس معکوس بین سلولهای خورشیدی‌(یا صفحه)‌پایانه‌های خروجی مثبت و منفی به‌هم متصل‌می‌شوند و تاثیری در خروجی آن‌ندارند.

در حالت ایده آل برای هر سلول خورشیدی یک دیود بای پس وجود دارد.

اما این می‌تواند گران باشد بنابراین به‌طور کلی در هر‌گروه کوچک از سلول های سری از یک دیود استفاده می‌شود.

یک‌”صفحه خورشیدی”‌با استفاده از سلولهای خورشیدی منفرد ساخته می‌شود و سلول‌های خورشیدی از لایه‌های مواد نیمه هادی سیلیکون ساخته می‌شوند.

یک لایه سیلیسیم با یک ماده برای ایجاد مقدار اضافی الکترون تیمار می شود.

این به لایه منفی یا نوع N تبدیل می شود.

لایه‌دیگر برای ایجاد کمبود الکترون تحت درمان قرار‌می‌گیرد و به لایه مثبت یا نوع P شبیه ترانزیستورها و دیودها تبدیل‌می‌شود.

هنگامی که بهمراه هادی ها مونتاژ می‌شود‌، این آرایش سیلیکون به یک نیمه هادی اتصال PN حساس به‌نور تبدیل می‌شود.

سلول های خورشیدی فتوولتائیک

در واقع سلول های خورشیدی فتوولتائیک یا همان PV که معمولاً نامیده می‌شوند‌، دیودهایی بزرگ و مسطح به عکس نیستند.

سلول های خورشیدی فتوولتائیک نور فوتون اطراف محل‌اتصال PN را مستقیماً به برق و بدون هیچ‌قسمت متحرک یا مکانیکی تبدیل‌می‌کنند.

سلول های PV انرژی را از نور خورشید تولید می کنند نه از گرما.

در حقیقت ، آنها در هنگام سرد بودن بسیار کارآمد هستند !.

هنگامی که در معرض نور خورشید‌(یا منبع نور شدید دیگر) قرار می‌گیریم‌، ولتاژ تولید شده توسط یک سلول خورشیدی در حدود 0.58 ولت DC است‌، جریان جریان (آمپر) متناسب با انرژی نور‌(فوتون ها)‌است.

در اکثر سلولهای فتوولتائیک ولتاژ تقریباً ثابت است و جریان متناسب با اندازه سلول و شدت نور است.

مدار معادل یک PV که در زیر نشان‌داده‌شده،‌این‌است که یک‌باتری با یک مقاومت داخلی سری،‌RINTERNAL، شبیه به‌دیگر باتری معمولی دیگر.

با این حال، به دلیل تغییرات در مقاومت داخلی، ولتاژ سلول و در نتیجه جریان موجود بین سلول‌های خورشیدی با اندازه و ساختار معادل،‌متصل به همان بار و تحت همان منبع نور، متفاوت خواهد بود.

بنابراین این باید در مجموعه پنل‌ های خورشیدی که شما خریداری می‌کنید، محاسبه شود.

مدار معادل یک PV

ویفر سیلیکونی سلول خورشیدی فتوولتائیک که رو به نور خورشید است از تماس های الکتریکی تشکیل شده و با روشی ضد انعکاس پوشانده شده است که به جذب موثرتر خورشید کمک می کند.

تماس های الکتریکی ارتباط بین مواد نیمه هادی و بار الکتریکی خارجی ، مانند لامپ یا باتری را فراهم می‌کند.

هنگامی که نور خورشید به سلول فتوولتائیک می تابد ، فوتون های نور به سطح ماده نیمه هادی برخورد می کنند و الکترون ها را از پیوندهای اتمی آنها آزاد می کنند.

در طول ساخت‌، مواد شیمیایی دوپینگ خاصی به ترکیب نیمه هادی ها اضافه‌می‌شود تا به ایجاد‌مسیری برای الکترونهای آزاد‌شده کمک‌کند.

این مسیرها باعث ایجاد جریانی از الکترون ها می شود که جریان الکتریکی را تشکیل می دهد.

پس شروع به جریان یافتن بر روی سطح سلول خورشیدی فتوولتائیک می کند.

نوارهای فلزی در سراسر سطح یک سلول فتوولتائیک قرار می‌گیرند تا الکترونهایی را که اتصال مثبت‌(+)‌سلول را تشکیل می‌دهند‌،‌جمع کنند.

قسمت پشتی سلول ، در کنار نور خورشید ورودی ، از یک لایه آلومینیوم یا فلز مولیبدن تشکیل شده است که اتصال منفی (-) به سلول را تشکیل می دهد.

سپس یک سلول خورشیدی فتوولتائیک دارای دو‌اتصال الکتریکی برای جریان‌معمولی است‌، یکی‌مثبت و دیگری‌منفی‌، همانطور که نشان داده شده است.

ساخت سلول خورشیدی فتوولتائیک

نوع انرژی خورشیدی تولید شده توسط یک سلول خورشیدی فتوولتائیک DC مشابه باتری است.

اکثر سلول های خورشیدی فتوولتائیک ولتاژ مدار باز‌”بدون بار”‌را در‌حدود‌0.5 تا 0.6 ولت تولید می کنند در صورت‌عدم اتصال مدار‌خارجی.

این ولتاژ خروجی (VOUT) بستگی زیادی به تقاضای جریان بار (I) سلول PV دارد.

به عنوان مثال در یک روز بسیار ابری یا کسل کننده ، تقاضای جریان کم خواهد بود.

بنابراین سلول می تواند ولتاژ خروجی کامل را ارائه دهد ، اما با یک جریان خروجی کاهش یافته.

اما با افزایش تقاضای فعلی بار‌، برای حفظ ولتاژ خروجی کامل‌، در محل اتصال به نور روشن‌تری (تابش خورشید)‌نیاز‌است .

با این‌حال‌، حداکثر جریانی که یک سلول خورشیدی فتوولتائیک می‌تواند تأمین‌کند‌، مهم نیست که تابش خورشید شدید یا روشن باشد.

این جریان حداکثر جریان تحویل نامیده می شود و نماد آن I_MAX است.

مقدار I_MAX یک سلول خورشیدی فتوولتائیک به اندازه یا مساحت سلول (به ویژه محل اتصال PN) ، میزان تابش مستقیم خورشید به سلول ، کارایی آن در تبدیل این انرژی خورشیدی به جریان و البته میزان آن بستگی دارد.

نوع مواد نیمه هادی که سلول از سیلیکون‌، آرسنید گالیوم‌، سولفید کادمیوم یا تلورید کادمیوم و غیره ساخته می‌شود.

بنابراین‌هنگام انتخاب دیود های مسدود‌کننده یا دیودهای بای‌پس برای‌اتصال به سلول‌های‌خورشیدی یا صفحات‌، این حداکثر مقدار فعلی‌، I_MAX باید در نظر‌گرفته‌شود.

دیودها در آرایه های فتو ولتائیک

دیود اتصال PN مانند شیر جامد یک‌طرفه حالت جامد عمل‌می‌کند که فقط اجازه‌می‌دهد جریان‌الکتریکی از‌طریق آنها فقط در یک‌جهت جریان‌یابد.

مزیت این کار این‌است که می‌توان از دیودها برای‌جلوگیری از جریان الکتریکی از سایر قسمتهای مدار خورشیدی الکتریکی استفاده کرد.

این نوع دیود های سیلیکونی هنگامی که با صفحه خورشیدی فتوولتائیک استفاده می‌شوند‌، به عنوان دیودهای مسدود کننده شناخته می‌شوند.

دیودهای بای پس به طور موازی با یک یا تعداد سلول های خورشیدی فتوولتائیک استفاده می شود تا از تأمین جریان گرم جریان سلولهای خورشیدی خوب و در معرض نور خورشید جلوگیری کرده و سلولهای خورشیدی ضعیف تر یا نیمه سایه ای را بسوزاند.

اطراف سلول بد. دیود های مسدود کننده متفاوت از دیود های بای پس استفاده می شوند.

دیودهای بای‌پس در صفحات خورشیدی به طور‌”موازی”‌با یك سلول یا پانل فتوولتائیك متصل‌می‌شوند تا جریان اطراف آن را از بین‌ببرند.

در‌حالی كه دیودهای مسدود كننده به‌صورت‌”سری”‌با پانل های PV متصل می‌شوند تا از برگشت جریان به داخل آنها جلوگیری شود.

دیودهای مسدود کننده از دیود های بای پس متفاوت هستند اگرچه در بیشتر موارد دیود از نظر فیزیکی یکسان است.

اما آنها متفاوت نصب می شوند و هدف دیگری دارند.

آرایه خورشیدی فتوولتائیک ما را در زیر در نظر بگیرید.

دیود بای پس در آرایه های فتو ولتائیک

همانطور که قبلاً گفتیم ، دیودها دستگاههایی هستند که اجازه می دهند جریان فقط در یک جهت جریان یابد.

دیودهای رنگی سبز بالا “دیود های بای پس” هستند‌، یکی به موازات هر صفحه خورشیدی برای ایجاد یک مسیر مقاومت کم.

دیودهای بای پس در صفحات خورشیدی و آرایه ها باید بتوانند این جریان اتصال کوتاه را با خیال راحت حمل‌کنند.

از دو دیود قرمز رنگ به عنوان‌”دیود های مسدود کننده” یاد می‌شود‌، یکی به صورت سری و با هر شاخه سری.

دیودهای مسدود کننده با دیودهای بای‌پس متفاوت هستند‌، اما در بیشتر موارد این دو دیود از نظر فیزیکی یکسان هستند.

با این وجود آنها متفاوت نصب می شوند و هدف دیگری دارند.

این دیودهای مسدود کننده‌، دیود سری یا دیود ایزوله نیز نامیده می‌شوند‌،.

اطمینان حاصل می‌کنند که جریان الکتریکی فقط در‌یک جهت‌”OUT” از آرایه‌سری به سمت بار خارجی‌، کنترل‌کننده یا باتری ها جریان‌می‌یابد.

دلیل این امر جلوگیری از جاری شدن جریان تولید شده توسط سایر صفحات PV موازی متصل در همان آرایه از طریق شبکه ضعیف تر (سایه دار) و همچنین جلوگیری از تخلیه یا تخلیه باتری های کاملاً شارژ شده از طریق آرایه در شب است.

بنابراین‌وقتی چندین صفحه خورشیدی به‌طور موازی به‌هم متصل می‌شوند باید از دیودهای مسدود کننده در هر شاخه متصل موازی استفاده‌شود.

به طور‌کلی‌، دیود های مسدود کننده در آرایه های PV هنگامی استفاده می‌شود که دو یا چند شاخه موازی وجود داشته‌باشد.

یا این که هنگام حرکت خورشید در آسمان ، ممکن است مقداری از آرایه در طول روز سایه بگیرد.

اندازه و نوع دیود مسدود کننده استفاده شده به نوع آرایه فتوولتائیک بستگی دارد.

دو نوع دیود به ‌عنوان دیود بای پس در ‌صفحات خورشیدی و آرایه ها موجود است:

دیود سیلیسیوم اتصال PN و دیود مانع شاتكی.

هر دو با طیف گسترده ای از رتبه بندی های موجود در دسترس هستند.

دیود مانع شاتکی در‌مقایسه با افت دیودهای‌PN 0.7 ولت برای دستگاه سیلیکونی‌، افت‌ولتاژ رو به جلو بسیار کمتری در‌حدود‌0.4 ولت‌دارد.

این افت ولتاژ پایین باعث صرفه جویی در یک سلول PV کامل در هر شاخه سری آرایه خورشیدی می شود.

از این رو آرایه کارآمدتر است زیرا در دیود مسدود کننده انرژی کمتری تلف می شود.

بیشتر تولیدکنندگان در صفحه های خورشیدی خود هم دیود های مسدود کننده و هم دیودهای بای پس را در نظر می گیرند که طراحی را ساده می کند.