(Diyot tek yönde akım iletken yarı iletken bir komponentdir. Yarı iletken elektronik teknolojisinin en temel parçasıdır. )
Bir güneş panelindeki Bypass Diyotu, güneş paneli içindeki kısmen gölgeli fotovoltaik hücre dizisini, aynı PV panelindeki en yoğun güneş ışığında normal olarak çalışan fotovoltaik diziden korumak için kullanılır. Çoklu panel PV dizilerinde, hatalı panel veya dizi, güneş panellerinden yüke akan akıma alternatif yol sağlayan diyot tarafından bypass edilmiştir. Yani güneş paneli hücreleri herhangi bir şekilde gölgelendiğinde veya enerji üretmediğinde, seri bağlı diğer panellerin akımı bypass diyotlar üzerinden akarak devreyi tamamlar. Böylece sadece gölgelenen, enerji üretmeyen problem olan panel devre dışı kalır, diğer paneller enerji üretmeye devam eder.
Güneş panelindeki Bloklama Diyotu, gece veya gökyüzünün bulutlar vb. tarafından tamamen kaplanması durumunda yük görevi gören hücrelerin güneş paneli içindeki PV hücrelerinden boşalmasını veya geri boşalmasını önlemek için kullanılır. Kısaca diyot sadece geçiş yaptığı için kullanılır. Akım tek yönde olduğundan, güneş panellerinden gelen akım aküye akar (ileri yönlü) ve aküden güneş paneline doğru bloke olur (ters yönlü).
Yani, güneş paneli elektrik üretmediğinde, aküler şarj cihazları veya paralel bağlı diğer panellerden üretilen enerji, çalışmayan üretim yapmayan güneş panelini ter syönde beslemeye başlar. Güneş paneli içindeki diyotlar bu ters uygulanan akımın geçmesini engeller.
Güneş Panellerinde Blokaj ve Bypass Diyotlarının Çalışması
Güneş paneli içindeki fotovoltaik hücre, yüzeyindeki doğrudan güneş ışığından fotonu emen/emen ve bunu elektrik enerjisine dönüştüren, birbirine bağlı kristalin silikon hücrelerden yapılmış basit bir yarı iletken fotodiyottur. fotovoltaik hücreler bir güneş panelinin içine seri dizilerle bağlanır ve güneş ışığı bu fotovoltaik hücrelere çarptığında normal çalışma sırasında elektrik enerjisi üretirler.
Ancak yağmur, kar yağışı ve nem gibi anormal çevre koşulları, gökyüzünü kaplayan dolu bulutlar, güneş derecesi radyasyonu, sıcaklık değişiklikleri ve panel dizisinin güneşe göre konumlandırılması vb. gibi bazı faktörler güneş pillerinin elektrik gücü üretme yeteneğini azaltır, arttırır.
Verimi ve verimliliği etkileyen en önemli faktörlerden biri güneş panellerinin bulut, ağaç, yaprak, bina vb. nedenlerle tamamen veya kısmen gölgelenmesidir. Bu durumda fotovoltaik hücrelerin bir kısmı güneş ışığına maruz kalmadıkları için elektrik üretememektedirler. Doğrudan güneş ışığı. Bu senaryoda etkilenen hücreler yük görevi görür ve sıcak nokta nedeniyle hasar görebilir. Güneş panelinde bypass diyotuna ihtiyacımızın nedeni budur
Aşağıda gölgeli güneş panellerinin nasıl hasar göreceğini ve bypass diyotunun güneş panellerini nasıl koruduğunu veya fotovoltaik dizilere zararı önlediğini anlatayım.
Baypas Diyotsuz PV Hücreleri
Tek bir fotovoltaik hücre, 25°C'de yaklaşık 0,58 DC volt üretir. Açık devre durumunda, tipik olarak VOC değeri 0,5 – 0,6V iken, tek bir fotovoltaik hücrenin gücü açık devre durumunda 1 ila 1,5 W arasındadır. Yani 0,5V'luk 1,5W'lık tek bir fotostatik hücre I = P /V (1,5W / 0,5V = 3 Amper) olarak 3A akım üretecektir.
Diyelim ki PV hücrelerine hiçbir baypas diyotu bağlı değil. Gördüğünüz gibi, fotovoltaik hücreler seri dizi halinde bağlanmıştır (pozitif terminal, ikinci güneş panellerinin negatif terminaline vb. bağlanır).
Gerilimler toplanırken serideki “I” akımının her noktada aynı olduğunu biliyoruz, yani VT = V1 + V2 + V3 … Vn. Yani toplam voltaj VT = 0,5V + 0,5V + 0,5V = 1,5V.
Normal bir çalışma olarak, tüm fotovoltaik hücreler mükemmel çalışır; yani üç PV hücresinin tümü, akım ve volt cinsinden nominal gücü üretir. Güç hem seri hem de paralel bağlantıda toplanır. Böylece Amper ve volt cinsinden ideal maksimum nominal gücü elde ederiz. Akımın akışı, PV hücrelerinden çıkış yüküne kadar mavi noktalı çizgilerle gösterilir.
Peki ya hücreler gölgeli olduğu durumunda? Yada bypass diyotu da yoksa? Bakalım bundan sonra ne olacak.
Bypass Diyotsuz Gölgeli PV Hücreleri
Yaprakların düşmesi veya bulutların düşmesi durumunda gölgeli fotovoltaik hücreler elektrik enerjisi üretemez ve dirençli bir yarı iletken yük görevi görür. Bypass diyotların bulunmaması durumunda, doğrudan güneş ışığına bakan PV hücre dizisi tarafından üretilen enerji, aynı zamanda yük görevi de gören gölgeli hücrelere akmaya başlayacaktır. Bu aşırı akım, gücü dağıtarak gölgeli yük hücrelerinin ısınmasına neden olur, bu da sıcak noktaya yol açar ve etkilenen hücreye/hücrelere zarar verebilir veya yanabilir.
Gölgeli hücrelerde gerilim düşmeleri meydana geldiğinde gölgesiz normal hücreler açık devre gerilimini artırarak gerilim düşüşünü ayarlamaya çalışırlar. Bu şekilde, etkilenen gölgeli PV hücreleri ters yönlü hale gelir ve terminalleri boyunca ters yönde negatif voltaj görünür. Bu negatif voltaj, çalışma akımı ve kısa devre akımı ISC oranında güç tüketen, etkilenen gölgeli PV hücrelerinde akımın ters yönde akmasına neden olur. Böylece güneş panelinin içindeki gölgeli hücre, elektrik akımların akışından dolayı içinde meydana gelen ters voltaj düşüşleri nedeniyle güç üretmek yerine enerji tüketecektir. Tüm bu süreç genel verimliliği düşürecek veya güneş panelindeki PV hücrelerinin hasar görmesine ve patlamasına yol açabilecektir.
Mavi noktalı çizgiler akımların akışını gösterir; yani akımın bir kısmı normal hücreler #1 ve hücre#3'ten etkilenen gölgeli hücre#2'ye akar. Açık devre durumunda, tüm akımlar etkilenen hücrelere akabilir, açık devre durumunda ise tüm akımlar etkilenen hücrelere akabilir. PV panele yük bağlandığında, yüke bir miktar akım azalan oranda akar.
Güneş panellerinde baypas diyotu olarak kullanılan iki tip diyot vardır; bu geniş bir akım aralığına sahip PN-diyotu ve Schottky diyotu (Schottky bariyer diyotu olarak da bilinir). Schottky diyotu, 0,7V olan normal silikon PN-diyotuyla karşılaştırıldığında 0,4V'luk daha düşük ileri voltaj durdurmaya sahiptir.
Bu, sıcaklık arttığında Schottky diyotunun her serideki tek fotovoltaik hücrenin (0,5V olan) voltaj seviyesinden neredeyse tasarruflu anlamına gelir. Başka bir deyişle, engelleme modu daha düşük güç kaybı nedeniyle fotovoltaiklerin verimli çalışmasını sağlar.
Güneş hücrelerinin paralel olarak bağlanan baypas diyotunun bir diğer avantajı, çalıştırıldığında (yani yönlendirme doğru yönlendirildiğinde), ileri voltaj düşüşünün 0,4V (ve PN-Kavşak ısıtma durumunda 0,7V) olması, bu verinin negatif olarak üretildiği. Gölgeli hücre sayesinde sıcak nokta oluşma olasılığı azalır. Sıcaklıktaki artış PV hücrelerinin yanmasına veya hasar görmesine yol açabilir, ancak diyotların baypas edilmesi durumunda, bulut kaldırıldığında gölgeli hücreyi normal çalışmalar döndürür. Yukarıda belirtilenler, güneş panellerinde bypass diyotlarının arızalanmasının kesin nedenleridir.
Neden Her PV Hücresinde Bypass Diyotu Yok?
Her bir PV hücresine bir bypass diyotu bağlamak pahalı ve karmaşık bir tasarıma yol açacaktır. Bu nedenle üreticiler, tekli PV hücreleri yerine dizi dizilerine harici olarak güneş paneli bağlantı kutusuna (PV panelinin arka tarafı) baypas diyotları yerleştirir.
Genellikle,30- 36-40 ayrı PV hücresine sahip olan ve 12V ila 24V serisini veya akülerin paralel bağlantısını şarj eden 50W'lık bir güneş paneli için iki bypass diyotu yeterlidir; Schottky durumunda 1-60A ve 45V olan akım ve voltaj değerine bağlıdır.
Güneş Panellerinde Bloklama Diyotları
Yukarıda bahsedildiği gibi diyotlar akımı yalnızca bir yönde geçirir (ileri yönde öngerilim) ve ters yönde bloke eder (ters yönde öngerilim).
Güneş panelindeki engelleme/bloklama diyotlarının gerçekte yaptığı şey budur. Güneş pillerinin açık güneş ışığında normal çalışması sırasında, güneş hücreleri elektrik enerjisi üretir ve elektron akışının tek yönde, yani güneş panelinden aküye veya şarj kontrol cihazına ve diğer bağlı yüklere geçmesine izin verir.
Gece boyunca, bulutlu veya gölgede yük yokken, bağlı akü, normal dirençler gibi davranarak güneş hücrelerine akım sağlayacaktır. Bu sorunun üstesinden gelmek için, bloklama diyotları, güneş panellerine giden akımın engellenmesi için kullanılır, bu da akünün boşalmasını önler ve güneş pillerini, içindeki gücün dağılması nedeniyle güneş pilinin zarar görmesine neden olan sıcak noktalardan korur.
Kısaca bloklama diyotları, güneş panelinden aküye/invertöre/şarj cihazına giden akım için yalnızca tek bir yol sağlar ve güneş hücreleri enerji üretmek yerine yük görevi gördüğü için gece boyunca aküden güneş hücrelerine giden akımları bloke eder.
Engelleme diyotlarının güneş paneliyle seri olarak monte edildiğini unutmayın. Aşağıdaki şekil, güneş paneline seri bağlı engelleme diyotları ve paralel bağlı bypass diyotlarının bir kombinasyonunu göstermektedir.
Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi 3 numaralı hücrenin üzerine bir yaprak düşmektedir. Böylece normal çalışmada olduğu gibi üretilen akım 1 numaralı hücreden ve 2 numaralı hücreden çıkışa akacaktır. Akım, etkilenen 3 numaralı hücre ve 4 numaralı hücre boyunca baypas diyotu üzerinden ve beklendiği gibi güneş enerjisi sisteminin güvenilir bir çalışması olan bloklama diyotları üzerinden yüklere akacaktır.