Diodele bypass (de ocolire) sunt cablate în paralel cu celule sau panouri solare individuale, pentru a oferi o cale de curent în jurul lor, în cazul în care o celulă sau un panou devine defect sau circuit-deschis.

Această utilizare a diodelor bypass permite unei serii (numite șir) de celule sau panouri conectate să continue să furnizeze energie la o tensiune redusă, mai degrabă decât nimic la toate.

Diodele bypass sunt conectate în polarizare inversă între terminale de ieșire pozitivă și negativă ale unei celule solare (sau panou) și nu are nici un efect asupra ieșirii ei. În mod ideal, ar exista o diodă bypass pentru fiecare celulă solară, dar acest lucru poate fi destul de scump, astfel încât, în general, se utilizează o diodă pe grup mic de celule în serie.

Un "panou solar" este construit folosind celule solare individuale, iar celulele solare sunt realizate din straturi de materiale semiconductoare din siliciu. Un strat de siliciu este tratat cu o substanță pentru a crea un exces de electroni. Acesta devine strat negativ sau tip N. Celălalt strat este tratat pentru a crea o lipsă de electroni și devine un strat pozitiv sau de tip P, similar tranzistoarelor și diodelor.

Când este asamblat împreună cu conductori, acest aranjament de siliciu devine un semiconductor cu joncțiune PN sensibilă la lumină. De fapt, celulele solare fotovoltaice sau PV-uri, așa cum sunt ele numite mai des, nu sunt decât diode mari, plate, foto-sensibile.

Celulele solare fotovoltaice transformă lumina fotonilor din jurul joncțiunii PN direct în electricitate fără părți mecanice sau mobile. Celulele PV produc energie de la lumina soarelui, nu de la căldură. De fapt, ele sunt cele mai eficiente când sunt reci!

Când este expusă la lumina soarelui (sau la o altă sursă de lumină intensă), tensiunea produsă de o singură celulă solară este de circa 0,58 volți DC, debitul de curent (amperi) fiind proporțional cu energia luminii (fotoni). În majoritatea celulelor fotovoltaice, tensiunea este aproape constantă, iar curentul este proporțional cu dimensiunea celulei și intensitatea luminii.

Circuitul echivalent al unui PV, prezentat mai sus, este acela al unei baterii cu rezistență internă în serie RINTERNAL, similar cu orice altă baterie convențională. Dar, datorită variațiilor rezistenței interne, tensiunea celulei și, prin urmare, curentul disponibil vor varia între celule fotovoltaice de dimensiune și structură echivalente, conectate la aceeași sarcină și sub aceeași sursă de lumină, astfel încât acestea trebuie să fie luate în considerare în ansamblurile de panouri solare cumpărate.

Placa siliconică a celulei solare fotovoltaice care se confruntă cu lumina soarelui este formată din contacte electrice și este acoperită cu un strat antireflexiv care ajută la absorbția mai eficientă a luminii soarelui. Contactele electrice asigură conexiunea dintre materialul semiconductor și sarcina electrică externă, cum ar fi un bec sau o baterie.

Când lumina soarelui cade pe o celulă fotovoltaică, fotonii de lumină lovesc suprafața materialului semiconductor și eliberează electronii de legăturile lor atomice. În timpul fabricării, se adaugă la compoziția semiconductoarelor anumite substanțe chimice dopante pentru a ajuta la stabilirea unei căi pentru electronii eliberați. Aceste căi creează un flux de electroni ce formează un curent electric care începe să curgă peste suprafața celulei solare fotovoltaice.

Fâșii metalice sunt plasate pe suprafața unei celule fotovoltaice pentru a colecta electronii care formează conexiunea pozitivă (+) a celulei. Partea din spate a celulei, partea departe de lumina soarelui, este formată dintr-un strat de metal aluminiu sau molibden care formează conexiunea negativă (-) a celulei. Deci, o celulă fotovoltaică are două conexiuni electrice pentru fluxul de curent convențional, una pozitivă și una negativă, așa cum se arată.

Construcția celulei solare fotovoltaice

Tipul de energie solară produsă de o celulă fotovoltaică este DC identică cu cea a unei baterii. Cele mai multe celule solare fotovoltaice produc o tensiune de circuit deschis "fără sarcină" de aproximativ 0,5 până la 0,6 volți atunci când nu există nici un circuit extern conectat. Această tensiune de ieșire (VOUT) depinde foarte mult de cerințele curentului de sarcină (I) ale celulei PV.

De exemplu, pe o zi foarte noroasă sau plictisitoare, cererea de curent ar fi scăzută și astfel celula ar putea furniza tensiunea de ieșire maximă, dar la un curent de ieșire redus. Dar, când cererea de curent a sarcinii crește, o lumină mai puternică (radiație solară) este necesară la joncțiune pentru a menține o tensiune de ieșire maximă VOUT.

Totuși, există o limită fizică a curentului maxim pe care o singură celulă solară fotovoltaică o poate furniza, indiferent de cât de intensă sau luminoasă este radiația solară, și se numește curentul maxim de livrare, simbolizat cu IMAX.

Valoarea IMAX a unei celule solare fotovoltaice depinde de mărimea sau suprafața celulei (în special de joncțiunea PN), cantitatea de lumină directă a soarelui care lovește celula, eficiența convertirii acestei energii solare într-un curent și bineînțeles tipul de material semiconductor din care celula este fabricată.

Prin urmare, atunci când selectați diodele de blocare sau diodele bypass pentru conectarea la celulele sau la panouri solare, trebuie luată în considerare această valoare maximă de curent IMAX.

Diode în panouri fotovoltaice

Dioda joncțiune PN acționează ca o supapă electrică solid-state cu o singură cale, care permite curentului electric să curgă prin ea într-o singură direcție. Avantajul este că diodele pot fi utilizate pentru a bloca fluxul de curent electric din alte părți ale unui circuit solar electric. Atunci când sunt utilizate cu un panou solar fotovoltaic, aceste tipuri de diode de siliciu sunt denumite în general diode de blocare.

Diodele bypass sunt utilizate în paralel cu un singur sau un număr de celule solare fotovoltaice pentru a preveni curentul (curenții) care curge de la celulele solare bune, bine expuse la lumina soarelui, supraîncălzind și arzând celulele solare slăbite sau parțial umbrite prin asigurarea unei căi de curent în jurul celulei rele. Diodele de blocare sunt folosite diferit decât diodele bypass.

Diodele bypass în panouri solare sunt conectate în "paralel" cu o celulă fotovoltaică sau un panou pentru a șunta curentul în jurul său, în timp ce diodele de blocare sunt conectate în "serie" cu panourile PV pentru a preveni curgerea curentului înapoi în ele. Astfel, diodele de blocare sunt diferite de diodele bypass, deși în cele mai multe cazuri dioda este fizic aceeași, dar ele sunt instalate diferit și servesc unui scop diferit. Considerați panoul fotovoltaic de mai jos.

Diode bypass în panouri fotovoltaice

Așa cum am spus mai devreme, diodele sunt dispozitive care permit curentului să curgă într-o singură direcție. Diodele colorate verde de mai sus sunt "diode bypass", una în paralel cu fiecare panou solar pentru a oferi o cale de rezistență scăzută. Diodele bypass în panouri solare trebuie să poată să transporte în siguranță acest curent de scurtcircuit.

Cele două diode colorate roșii sunt denumite "diode de blocare", una în serie cu fiecare ramură. Aceste diode de blocare, denumite și diode serie sau diode de izolare, asigură curgerea curentului electric numai într-o direcție "OUT" către sarcina externă, controller sau baterii.

Motivul este de a împiedica curenții generați de celelalte panouri PV conectate paralel în aceeași rețea să curgă înapoi printr-o rețea mai slabă (umbrită) și, de asemenea, să împiedice descărcarea bateriilor complet încărcate înapoi prin matrice în timpul nopții. Deci, atunci când mai multe panouri solare sunt conectate în paralel, trebuie folosite diode de blocare în fiecare ramură conectată paralel.

În general vorbind, diodele de blocare sunt utilizate în rețele PV atunci când există două sau mai multe ramificații paralele sau există posibilitatea ca una dintre ele să devină parțial umbrită în timpul zilei când soarele se mișcă pe cer. Dimensiunea și tipul diodei de blocare utilizate depind de tipul de panou fotovoltaic.

Două tipuri de diode sunt disponibile ca diode bypass în panourile solare: dioda joncțiune PN cu siliciu și dioda barieră Schottky. Ambele sunt disponibile cu o gamă largă de curenți nominali. Dioda barieră Schottky are o cădere de tensiune directă mult mai mică de 0,4 V, spre deosebire de căderea de tensiune de 0,7 V a diodelor PN pentru un dispozitiv cu siliciu.

Această cădere de tensiune mai mică permite o economie a unei celule PV complete în fiecare ramură serie a matricei solare, prin urmare matricea este mai eficientă, deoarece mai puțină putere este disipată în dioda de blocare. Majoritatea producătorilor includ atât diodele de blocare, cât și diodele bypass în panourile lor solare, simplificând schema.