Диоды для солнечных батарей: Возобновляемый источник энергии — солнечная энергия от Гелиос Хаус

   alexxlab

Содержание

Возобновляемый источник энергии — солнечная энергия от Гелиос Хаус

Опубликовано 23 мая 2020
Ни для кого не секрет, что, при производстве солнечных батарей, а также при их монтаже, используют диоды. Тем не менее, у большинства пользователей нет четкого понимания о том, какую роль эти диоды выполняют и зачем они вообще нужны.
Мы постараемся пролить свет на этот сложный вопрос и сформулируем основные правила применения диодов при монтаже солнечных электростанций.

По большей части солнечные батареи состоят из некоторого количества солнечных ячеек. Простейшая эквивалентная схема солнечной ячейки выглядит следующим образом:
  
Рис. 1 Эквивалентная схема фотоэлектрической ячейки

Здесь Rп – последовательное сопротивление фотоэлектрической ячейки, Rш – шунтовое (параллельное) сопротивление фотоэлектрической ячейки.
Обычно в солнечной панели все элементы соединяются последовательно, что может приводить к проблеме «черного пятна». Рассмотрим схему солнечной батареи. Нагрузку обозначим как Rн.
  
Рис.2 Схема солнечной батареи

Если затеняется один из элементов, исчезает его ЭДС, а активное сопротивление растет по мере затенения. Нетрудно догадаться, что на затененной ячейке выделится большая часть мощности солнечной батареи, от чего ячейка может перегреться и выйти из строя, а вместе с ней и вся солнечная панель.
Для предотвращения этого нежелательного эффекта каждую фотоэлектрическую ячейку нужно шунтировать диодом.


Рис. 3 Схема фотоэлектрической панели с шунтирующими диодами.

Если солнечная ячейка освещена, шунтирующий диод заперт ЭДС самой ячейки, и ток через него не идет, солнечная батарея работает в обычном режиме. При затенении исчезает ЭДС, диод открывается и весть ток идет мимо ячейки, не повреждая её. Таким образом, фотоэлектрическая ячейка, равно как и вся солнечная батарея, не выходит из строя.

Конечно, шунтировать каждую ячейку очень сложно и дорого, поэтому обычно диоды подключают к некоторой группе ячеек. В зависимости от мощности и конструкции солнечной батареи, в монтажной коробке может быть различное количество шунтирующих диодов.

Теперь, наверняка, понятно, зачем нужны шунтирующие диоды, также совершенно ясно, что ставить их отдельно не нужно, они уже есть внутри солнечных батарей. Могут встречаться солнечные батареи и без шунтирующих диодов, однако это большая редкость.

Блокирующие диоды для солнечных панелей


Помимо шунтирующих диодов широко применяются и блокирующие. Зачем они нужны? Рассмотрим параллельное соединение двух солнечных батарей. Для наглядности изобразим их как диоды.
                   
Рис.4 Параллельное соединение двух солнечных батарей.

При затенении одной из солнечных батарей, даже частичном, возникнет довольно неприятная картина: затененный модуль станет нагрузкой для освещенного, возникнет противоток и дополнительный нагрев. Ситуация усугубляется, если сопротивление нагрузки велико, а это запросто может быть, если аккумулятор заряжен. В предельном случае имеет место просто короткое замыкание освещенной панели через затененную.

Тем не менее, если солнечных батарей две, то все не так страшно, в цепи будет течь ток короткого замыкания одной солнечной батареи, который, как известно, не так велик, чтобы как-то повредить панель.
                
Рис.5 Параллельное соединение трех солнечных батарей.

Другое дело, если параллельно соединено много солнечных батарей, больше двух. Тогда, при затенении, в цепи может протекать сумма нескольких токов короткого замыкания и затененный солнечный модуль запросто может выйти из строя. В данном случае, чтобы исключить противоток, следует установить блокирующий диод для каждой параллельной цепочки, будь это одна солнечная батарея или несколько, соединенных последовательно.

             

Рис. 6 Применение блокирующих диодов при параллельном соединении солнечных батарей.

Итак, мы рассмотрели тот единственный случай, когда действительно нужно дополнительно устанавливать блокирующие диоды.
Подключается диод при помощи МС4 коннекторов. Прелесть в том, что подключить его в неверном направлении просто невозможно, так как МС4 + и – разные и они просто не подойдут, если направление неверное. Диоды характеризуются предельным током, от 5 до 30 А. Больше 30А вряд ли получится встретить, так как это максимальный ток для МС4 коннектора.

Намеренное затенение солнечных батарей


Затенение солнечных батарей является большой проблемой, однако иногда оно создается намеренно. Довольно популярна идея установки солнечных батарей на разные стороны света, допустим, на восток и на запад. Идея, действительна, хорошая. Пожертвовав суммарной дневной выработкой, мы улучшаем распределение этой выработки в течении дня, то есть увеличиваем утреннюю и вечернюю часть. Таким образом, аккумулятор меньше циклируется и живет дольше. Использовать в подобных системах следует два независимых трекера, то есть два солнечных контроллера, что вполне логично, солнечные массивы освещены по-разному и каждый имеет свою рабочую точку.
Пример такой электростанции мы уже разбирали в обзоре «Установка солнечных батарей на разные скаты крыши».
Тем не менее, очень часто, по большей части из экономии, оба солнечных массива подключают к одному контроллеру. Якобы второй контроллер вообще не нужен, а влияние солнечных батарей друг на друга можно исключить при помощи диодов. Применяется даже термин – «развязывающие» диоды. Действительно, блокирующие диоды в данной ситуации просто необходимы, и скорее уже как противопожарная мера. Тем не менее, в течение дня один из солнечных массивов постоянно блокирован диодом, работает только самый освещенный. По сути, солнечные батареи мешают работать друг другу и толку от такой системы совсем не много.
Итак, имея солнечные батареи в разных условиях, это могут быть просто разные солнечные панели, разная ориентация по сторонам света, или разный угол установки — используйте отдельные контроллеры заряда. Диоды вам не помогут сохранить выработку. Вообще, как мы выяснили, диоды нужно ставить лишь в одном случае, когда параллельно соединены три и более солнечных батареи или группы солнечных батарей.

Вам могут быть интересны:
Монтаж солнечной электростанции своими руками
Инвертор для солнечной электростанции. Что внутри?
Защита солнечных батарей. Устройства защиты и предохранители фотоэлектрической системы

Купите современное диоды для солнечных панелей для своих нужд

О продукте и поставщиках:
 Выбрать. диоды для солнечных панелей из огромной коллекции на Alibaba.com. Вы можете купить массив. диоды для солнечных панелей включая, помимо прочего, светодиоды, микрофон, выпрямитель, лазер, стабилитрон, триггер, Шоттки, SMD, энергосберегающие диодные лампы. Вы можете выбрать. диоды для солнечных панелей из широкого набора ключевых параметров, спецификаций и рейтингов для вашей цели. 
 диоды для солнечных панелей на Alibaba.com удобны в установке и использовании. Используемый пластик более высокого качества обеспечивает изоляцию, снижающую нагрев. Они доступны в кремнии и германии. диоды для солнечных панелей используются в различных отраслях промышленности для различных электрических функций и датчиков. Они используются в инверторах, светодиодах, автомобильной электронике, потребительских товарах, USB 2.0 и USB 3.0, HDMI 1.3 и HDMI 1.4, SIM-карте, мобильной одежде, беспроводной связи, автомобильном генераторе и лазерной эпиляции. Они используются как выпрямитель, датчик света, излучатель света, для рассеивания нагрузки и т. Д. Различная физическая упаковка для. диоды для солнечных панелей предлагаются для монтажа на печатной плате, теплоотвода, проводного и поверхностного монтажа.  
 Основные особенности. диоды для солнечных панелей - это толстая медная опорная пластина, низкая утечка, высокий ток, низкое прямое падение напряжения, легирование золотом, низкое сопротивление инкрементным скачкам напряжения, отличная зажимная способность, быстрое время отклика и т. д. Технические характеристики, предлагаемые на. диоды для солнечных панелей включают различные оптические и электрические характеристики, такие как максимальная мощность, напряжение, оптический выход, время обратного восстановления, рабочая температура и т. д. диоды для солнечных панелей производятся в соответствии со стандартными процедурами для поддержания высочайшего качества. Они соответствуют требованиям RoHS и IEEE 1394. 
 
 Получите лучшее. диоды для солнечных панелей предлагает на Alibaba.com от различных поставщиков и оптовиков. Получите высшее качество. диоды для солнечных панелей в соответствии с требованиями вашего проекта.

Электрик и диод. Зачем диоды солнечным панелям? | Солнечные батареи и лайфхаки

Нужно ли ставить диоды для солнечных панелей? А быть может — они там уже стоят? Разберём простейшие схемы солнечных батарей и случаи, когда диод поможет избежать проблем, а когда будет ненужной финансовой нагрузкой.

Все солнечные панели состоят из некоторого числа фотоэлектрических ячеек. Схема солнечной ячейки в самом доступном варианте выглядит вот так:

Рис.1. Схема фотоэлектрической ячейки

Рис.1. Схема фотоэлектрической ячейки

Rn – последовательное сопротивление солнечной ячейки, Rш – параллельное или шунтовое. Как правило в фотоэлектрической батареи все элементы соединяются последовательно. Это иногда приводит к возникновению «чёрного пятна». Давайте посмотрим на схему солнечной панели, где нагрузка будет обозначена Rн.

Рис. 2 Схема готовой солнечной панели

Рис. 2 Схема готовой солнечной панели

Когда происходит затенение одного из элементов – исчезает его ЭДС, а вот активное сопротивление возрастает по мере затенения. Большая часть мощности солнечной панели выделится именно на затененной ячейки, что приведёт к её перегреву и выходу из строя. При этим выйти из строя может вся панель.

Именно для избегания этой проблемы каждую ячейку нужно шунтировать диодом.

Рис.3 Схема солнечной батареи с шунтирующим диодом

Рис.3 Схема солнечной батареи с шунтирующим диодом

Когда ячейка солнечной панели освещена — шунтирующий диод заперт ЭДС самой ячейки. В этот момент ток через него не идёт, а солнечная панель работает в обычном режиме. Когда же происходит затенение ячейки исчезает ЭДС, диод открыт, а ток проходит мимо ячейки не нанося ей повреждений. Ни ячейка ни панель не выходят из строя.

Производить шунтирование каждой ячейки крайне дорого и сложно, поэтому чаще диоды подключают к группе ячеек.

Становится понятно зачем необходимы шунтирующие диоды и почему ставить их отдельно нет никакой необходимости – их уже содержит солнечная панель. Конечно возможно встретить солнечную батарею и без шунтирующих диодов, но сегодня это большая редкость.

Что такое блокирующие диоды? Зачем они нужны.

Предлагаем вам рассмотреть схему параллельного соединения двух солнечных панелей, изобразим их как диоды.

Рис.4 Параллельное соединение двух фотоэлектрических панелей

Рис.4 Параллельное соединение двух фотоэлектрических панелей

Когда затеняется одна панель, даже частично, происходит следующее: затенённая солнечная панель становится нагрузкой для той, что осталась освещённой. Противоток приводит к дополнительному нагреву. Сосем плохо, если сопротивление нагрузки высокое, а такое возможно при полном заряде подключённого аккумулятора. В крайнем случае возможно возникновение КЗ (короткого замыкания) той панели, что осталась освещена, через затеняемую.

Однако если фотоэлектрических панелей только две, то всё не так страшно и в цепи будет течь ток короткого замыкания одной панели, которые не такой уж и большой, что бы вывести из строя солнечную батарею. Куда хуже, если солнечных панелей больше, тогда ток в цепи будет выше и может привести к выходу из строя солнечного модуля.

Рис. 5 Параллельное соединение трёх солнечных панелей

Рис. 5 Параллельное соединение трёх солнечных панелей

Что бы исключить противоток нужно установить блокирующий диод для каждой параллельной цепи (в не зависимости от того одна солнечная панели или несколько соединены последовательно в каждом параллельном каскаде).

Рис.6 Блокирующие диоды при параллельном соединении солнечных батарей

Рис.6 Блокирующие диоды при параллельном соединении солнечных батарей

Интересно! Подключение диода производится через разъемы МС4. При этом подключить диод в неверной полярности невозможно, так как + и – МС 4 разные и попросту не состыкуются неправильно. Исключением могут быть диоды неизвестных производителей, в том числе заказанные на китайских сайтах. Ведь что внутри у них – неизвестно никому.

Когда затенение солнечной панели делают специально?

Есть только один случай, при котором намеренное затенение фотоэлектрической панели оправдано – разносторонняя установка. Уступить суммарной выработке в угоду распределённой, в течение дня, – очень интересная идея.

В системах с разносторонней ориентацией солнечных батарей можно использовать отдельные контроллеры. То есть если у вас две панели развернуты в разные стороны – то они установлены на два разных контроллера заряда. Три – на три контроллера. Почему? Каждая будет иметь свою рабочую точку.

Есть заблуждение, что установка блокирующих диодов решает эту проблему. Почему заблуждение? Да потому что в течении дня панели будут работать по очереди, исключая друг друга, а выработка будет незначительно выше, чем у одно панели. Так есть ли смысл?

Детально тему «Монтаж солнечных батарей на разные скаты» мы разбирали в одноименной статье. А вот с видео обзором «Когда нужен диод солнечной панели?» можно ознакомиться на нашем YouTube канале.

Схема подключения солнечных батарей: основные элементы

В связи с повышением стоимости энергоносителей, люди все больше интересуются солнечной энергетикой. Экологически чистая и бесплатная энергия солнца практически неисчерпаема и имеется в предостаточном количестве. Задача человечества заключается в эффективном преобразовании солнечной энергии в другой вид, например, в тепловую или электрическую. Получение последней стало возможным благодаря изобретению солнечной батареи, принцип работы которой основан на свойствах полупроводника вырабатывать электрический ток под воздействием света.

Солнечные батареи являются эффективным средством преобразования экологически чистой и бесплатной энергии солнца, которая является практически неисчерпаемой, в электрическую.

Для правильной работы всей системы должна быть корректно составлена схема подключения солнечных батарей.

Устройство и принцип работы

Рисунок 1 – Общий вид солнечной батареи.

Основными составляющими солнечной батареи являются фотогальванические ячейки, сделанные из пластин кремния. Панель состоит из алюминиевой рамы, в которую вставлено закаленное, ударопрочное сверхпрозрачное стекло. На стекло в виде матрицы укладываются ячейки, которые соединяются последовательно методом пайки. Общий вид солнечной батареи приведен на рисунке 1, а типичная схема соединения ее ячеек – на рисунке 2. Количество ячеек может быть разное в зависимости от требуемой мощности. В результате этого у собранной батареи получаются два вывода – “+” и “-“. Далее этот набор ячеек подвергается инкапсуляции, то есть тщательно герметизируется специальной пленкой или заливается двухкомпонентным компаундом – веществом, похожим на эпоксидную смолу.

Под воздействием света на кремниевых элементах возникает разность потенциалов, которая в итоге суммируется, так как ячейки соединены последовательно. Напряжение солнечной батареи будет меняться, в зависимости от интенсивности освещения. Чтобы эффективно использовать полученную электроэнергию, солнечную батарею нужно правильно подключать в схему взаимодействия с другими устройствами.

Вернуться к оглавлению

Схема подключения

Рисунок 2 – Типичная схема соединения ячеек солнечной батареи.

Типичная схема фотоэлектрической системы приведена на рисунке 3. Основные ее элементы – это одна или несколько солнечных батарей, соединенных параллельно, контроллер заряда-разряда аккумулятора, аккумуляторные батареи, инвертор и потребители электроэнергии. Самыми распространенными являются 12-вольтовые системы с преобразованием в 220 вольт переменного напряжения (при необходимости). Чтобы лучше понять, как работает такая схема, следует рассмотреть все ее элементы поподробнее.

Первым элементом в схеме подключения солнечных батарей является диод Шоттки. Обычно на схемах эта деталь не показана, так как она, как правило, изначально вмонтирована в солнечную панель. Диоды Шоттки защищают элементы от выхода из строя в те моменты, когда часть батареи или вся панель с наступлением ночи затеняется и перестает генерировать электрический ток. В этом случае элементы становятся потребителями тока от аккумуляторных батарей, и именно диод Шоттки препятствует обратному протеканию тока. Это проиллюстрировано на рисунке 4.

Следующий элемент – это контроллер заряда АКБ. Он представляет собой электронное устройство, которое автоматически управляет процессами заряда и разряда аккумулятора, а также защищает его от чрезмерного заряда и разряда, ведь эти факторы могут вывести АКБ из строя. Это работает следующим образом. Днем, когда аккумулятор заряжается от солнечной батареи, контроллер следит за напряжением на клеммах аккумулятора, и, как только оно достигает верхнего предельного значения (более 14 вольт для 12-вольтной системы), процесс зарядки прекращается, ток перенаправляется к нагрузке. Ночью солнечная панель не работает и питание системы осуществляется только от заряженного за день аккумулятора. Как только напряжение на его клеммах достигает предельно низкого значения (около 11 вольт), контроллер отключает работу схемы. Помимо указанных функций, контроллер также защищает элементы схемы от короткого замыкания и от грозы.

Рисунок 3 – Схема фотоэлектрической системы.

Аккумуляторная батарея служит в этой схеме накопителем электроэнергии, которая вырабатывается солнечной батареей в течение дня, чтобы в темное время суток питать подключенные устройства. К аккумулятору подключается одна из пар выводов контроллера. Для этой системы можно использовать и автомобильный аккумулятор, но только вне помещений, так как он выделяет вредные вещества. Гораздо лучше применять специальные необслуживаемые аккумуляторы. Хотя они и стоят дороже автомобильных, их срок службы в разы выше, они безопасны и специально предназначены для многократных частых циклов заряда-разряда.

Схема подключения работает таким образом, что на выходе контроллера поддерживается постоянное напряжение 12 вольт. Для работы светодиодного освещения и приборов с соответствующим напряжением питания этого вполне достаточно. Но если схема будет содержать еще и инвертор, то на выходе можно получить переменное напряжение 220 вольт. Это и есть основная функция инвертора – преобразование из 12 вольт постоянного напряжения в 220 вольт переменного. Для бытового применения вполне подходят автомобильные инверторы, но в тех случаях, где требуется большая мощность и более правильная синусоида переменного напряжения, применяются более дорогие инверторы.

Рисунок 4 – Схема защиты от обратного протекания тока.

Следует учитывать еще один нюанс, который иногда вызывает путаницу. Если измерить напряжение на выходе солнечной батареи, не подключая ее в схему, то вольтметр покажет около 18 вольт. Но почему такая батарея считается 12-вольтовой? Дело в том, что при подключении фотогальванической панели к нагрузке происходит просадка напряжения, и оно приблизится к 12 вольтам. А то, что показывает вольтметр на клеммах солнечной батареи без нагрузки, – это напряжение холостого хода. Если требуется большая мощность, то в схему нужно подключить параллельно несколько солнечных панелей и, соответственно, аккумуляторов.

Солнечные панели монтируются на открытых участках под углом 45 градусов к горизонту с направлением на юг. Именно в таком положении будет выработано наибольшее количество электроэнергии. Однако это количество можно еще увеличить, если поместить панель на поворотное устройство, которое в течение дня от восхода до заката автоматически медленно поворачивается, направляя панель строго на солнце.

Вернуться к оглавлению

Каковы перспективы

Приведенная схема описывает простую фотогальваническую систему, которая может быть реализована в своем доме или на даче. Для серьезных солнечных электростанций схема получается сложнее в связи с большим количеством солнечных панелей и необходимостью подключения системы к линии электропередач. Солнечная энергетика пока является недешевым удовольствием, но в ее развитие вкладываются огромные средства во всем мире. Это подчеркивает хорошую перспективу данного направления. Ученые совершенствуют технологии, благодаря которым снижается стоимость солнечных батарей и они становятся более доступными.

Солнечная энергия и диоды Шоттки Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.311.25

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ И ДИОДЫ ШОТТКИ

В. А. Алехин

В данной статье рассматривается независимый источник энергии — солнечная батарея, в основе которой лежит фотоэлектрический элемент, выполняющий роль фотоэлектрического преобразователя. Работа фотоэлемента невозможна без использования диодов. В статье также рассказано о диодах Шоттки — полупроводниковых диодах, имеющих малое падение напряжения при прямом включении.

Ключевые слова: независимый источник энергии, солнечные батареи, фотоэлектрические преобразователи, солнечные элементы, диод Шоттки, р-п переход, кремневые элементы, солнечные панели.

Благодаря цивилизации и техническому прогрессу каждый современный человек имеет всё, что необходимо для его удобства. Мы уже рефлекторно открываем кран с горячей или холодной водой, зажигаем газ и включаем свет для удовлетворения своих каких-либо потребностей, и уже временное отсутствие воды или электричества по техническим причинам нам доставляет массу неудобств. Однако вряд ли многие задумываются, что когда-то эти блага закончатся, как же тогда нам быть? На этот случай сама природа подсказала нам новые возобновляемые источники энергии, например, Солнце.

С помощью Солнца практически каждый из нас может получить независимый источник электроэнергии, основанный на солнечных батареях [4]. Непосредственное преобразование солнечной энергии в электрическую происходит посредством фотоэлектрических преобразователей — солнечных элементов, из которых и состоит солнечная батарея.

Самой распространенной основой фотоэлементов является кремний, хотя и процесс производства с этим материалом весьма сложен и экономически невыгоден. Есть и альтернативы кремниевым солнечным батареям, в частности, полимерные солнечные батареи, которые являются более компактными, легкими, недорогими, а самое главное, экологичными. Тем не менее, на экономичность всей установки влияет такой технический параметр, как полезная мощность. Ее можно определить с помощью напряжения и выходного тока, которые в свою очередь зависят от интенсивности солнечного излучения. Увеличить эти параметры позволяет параллельно-последовательное соединение фотоэлементов: параллельное соединение повышает выходной ток, а параллельное — выходное напряжение. Такая комбинация позволяет также повысить надежность батареи, так как выход из строя одного элемента не влияет на работу всей цепочки [6].

Если по каким-либо причинам свет не попадает на часть батареи, и она оказалась затемненной, то возможен ее выход из строя. Предотвратить

18

это могут диоды, правда генерируемая выходная мощность будет на 25 % меньше, чем при нормальном освещении. Однако же и без диодов солнечным элементам не обойтись: на время затемнения они начинают перегреваться и превращаться в потребителей тока. При использовании диодов они шунтируются, и ток через них уже не идет. Чтобы минимизировать падение напряжения, диоды должны иметь низкое сопротивление, поэтому в последнее время наиболее часто используют низкоомные диоды Шоттки.

Диод Шоттки — это полупроводниковый диод, который имеет малое падение напряжение при прямом включении. Назван он в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. Его особенность заключается в том, что в нем используется переход металл-проводник в качестве барьера Шоттки (потенциального барьера, образующегося в приконтактном слое полупроводника, граничащего с металлом и равного разности работ выхода металла и полупроводника) вместо р-п перехода, как у обычных диодов [6, 7].

Обратим внимание на особенности работы диода с барьером Шоттки на основе контакта металла с полупроводником п-типа. При контакте электроны из материала, имеющего меньшую работу выхода, переходят в материал с большей работой выхода. В этом случае выравниваются уровни Ферми металла и полупроводника. Возникающее внутреннее электрическое поле препятствуют переходу электронов в металл, поэтому полупроводник оказывается положительно заряженным. Между металлом и полупроводником возникает разность работ выхода, благодаря чему происходит обмен электронами: электроны из полупроводника с меньшей работой выхода переходят в металл с соответственно большей работой выхода. Электрическое поле, прекращающее однородный переход электронов, возникает в равновесном состоянии, когда металл заряжается отрицательно.

Так как концентрации свободных электронов по обе стороны от контакта имеет значительное различие, напряжение в основном падает на приконтактную область полупроводника. Если приложить внешнее напряжение, то оно всего лишь изменит высоту барьера со стороны полупроводника. Создается слой с низкой концентрацией подвижных носителей, потому что электронные зоны проводимости отталкиваются возникшим контактным полем. Вследствие изгиба границ зон около контакта полупроводник п-типа переходит в полупроводник р-типа.

На практике линейная зависимость высоты барьера от работы выхода металла наблюдается довольно редко, так как на поверхности полупроводника имеются поверхностные заряды. Высота потенциального барьера определяется состоянием поверхности полупроводника. Так же нельзя не учитывать токи утечки и токи генерации — воссоединения носителей заряда в области бедной электронами и возможного туннельного перехода отрицательно заряженных частиц в случае, если полупроводник сильно легирован.

Вольт-амперная характеристика контакта с барьером Шоттки в ши-

роких пределах изменения тока имеет вид:

I = 1а [ехР (е^/д£уО -1]

где а — коэффициент «неидеальности» [9].

Ток через контакт обычно увеличивается вместе с ростом напряжения, когда речь идет об обратном смещении. Еще одной отличительной особенностью контакта металл-проводник является полное отсутствие при прямых напряжениях инжекции неосновных зарядов. Таким образом, можно сделать вывод, что в диоде Шоттки при прямом напряжении не происходит накопление таких зарядов, а при обратном напряжении он рассасывается, что позволяет говорить о быстродействии такого диода.

Стоит отметить, что применение диодов Шоттки в сравнении, например, с обычными кремниевыми диодами, позволяет снизить прямое падение напряжения с 0,6 — 0,7 В до 0,2 — 0,4 В.

Кроме того, не менее важное достоинство диодов заключается в том, что барьер Шоттки имеет маленькую электрическую емкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту. Примером использования этого свойства может служить его использование в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов логических элементов. В силовой же электронике малое время восстановления позволяет строить выпрямители на частоты в сотни кГц и выше. Например, диод МБЯ4015 (15 В, 40 А), оптимизированный под высокочастотное выпрямление, нормирован для работы при dV/dt до 10 кВ/мкс.

Также благодаря лучшим временным характеристикам и малым емкостям перехода выпрямители на диодах Шоттки отличаются от традиционных диодных выпрямителей пониженным уровнем помех, поэтому они более предпочтительней в традиционных трансформаторных блоках питания аналоговой аппаратуры.

Однако диоды Шоттки имеют и ряд недостатков. В частности, при кратковременном превышении максимального обратного напряжения он необратимо выходит из строя по причине короткого замыкания. Кроме того, диоды Шоттки характеризуются повышенными обратными токами при росте температуры кристалла, что может грозить пробоем его полупроводниковой структуры при возникновении положительной обратной связи.

Согласно известным данным, доля электричества в мировом использовании энергии составляет 39 %. Европа уже давно поняла преимущества использования солнечной энергии и поощряет частные лица и компании, которые решили перейти на естественный источник энергии. Многие производители оборудования, благодаря увеличению эффективности систем с диодами Шоттки, перешли на использование этой технологии для преобразования солнечной энергии [8, 9].

Сегодня доступны две основные категории системы преобразования солнечной энергии: связанные с коммунальными сетями и автоном-

ные. В первой категории существует зависимость от потребляемой нагрузки, времени суток и т. д., так как электроэнергия к потребителям подается как от солнечных панелей, так и от коммунальных сетей, поэтому эти системы могут отдавать энергию в сеть преимущественно в периоды малого потребления. Автономные же системы содержат аккумуляторы и генераторы резервного питания, которые заряжаются с помощью контроллеров и обеспечивают необходимое напряжение для работы инверторов, подающих в свою очередь электроэнергию конечным потребителям.

Несмотря на то, что наибольший рынок солнечной энергии в основном сосредоточен в Европе, он начинает распространяться и по всему миру. Отчасти это происходит не только в связи с увеличением усилий по охране окружающей среды и экономного использования исчерпаемых природных ресурсов, но и потому, что коммунальные энергетические сети дополнительно стимулируют потребителей, покупая у них излишнюю энергию как минимум в три раза дороже ее себестоимости.

Рынок солнечных панелей постоянно стремится к разработке все более эффективных систем, КПД которых обычно находится в пределах от 15 % до 20 %. В настоящее время на общий КПД системы влияние оказывают инверторные преобразователи, поэтому диоды на основе карбида кремния, т. е. диоды Шоттки, играют очень важную роль. Сейчас производителям таких диодов необходимо обратить внимание на нужды потребителей, предлагая все более мощные устройства. В перспективе лежат изыскания по разработке более высокоэффективных материалов для фотогаль-ванических панелей, для того, чтобы больше электроэнергии выделять с меньших площадей солнечных панелей. Такими темпами в ближайшем будущем удастся полностью перейти на автономную систему энергообеспечения, в основе которой будут абсолютно экологически чистые возобновляемые источники энергии [1].

Список литературы

1. Ахмедов Р.Б. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии / Ахмедов Р.Б. М.: Знание, 1988. 46 с.

2. Безруких П.П. Состояние и перспективы развития возобновляемой энергетики // Электрика. 2008. № 9. С. 3-10.

3. От энергии пара до энергии солнца. М.: Высшая школа, 1969.

72 с.

4. Уделл С. Солнечная энергия и другие альтернативные источники энергии / Уделл С. М.: Знание, 1980. 88 с.

5. «Идеальные диоды» от компании 8ТМ1сгое1ес1гошсв. Джафер Меджахед, Дмитрий Цветков / Новости электроники, 2009, №14. С. 23-25.

6. Полупроводниковые приборы. Диоды высокочастотные, диоды импульсные, оптоэлектронные приборы: справочник / А.Б. Гитцевич,

А. А. Зайцев, В.В. Мокряков и др.; под ред.А.В. Голомедова. М.: Радио и связь, 1988. 592 с.

7. Основы микроэлектроники: учеб. пособие для вузов / И.П. Степаненко. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003. 488 с.

8. http://www.rom.by/blog/Diody Shottki

9.http://library.tuit.uz/el ucheb/microvoln poluprov pribori/main/Lectu resZlecture6-2.htm

Алехин Владимир Анатольевич, магистр, alehin[email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

SOLAR ENERGY AND SCHOTTKY DIODES V.A. Alekhin

This article discusses an independent energy source — solar battery, which is based on the photoelectric cell, performing the role of a photovoltaic cell. Work photocell impossible without the use of diodes. The article describes the Schottky diodes -semiconductor diodes with low voltage drop when the direct inclusion.

Key words: independent source of energy, solar panels, photovoltaic cells, solar cells, Schottky diode, p-n transition, flint elements, solar panels.

Alekhin Vladimir Anatolievich, master, [email protected], Russia, Tula, Tula state University

УДК 621.311.243

МЕТОД РАСЧЕТА РАЦИОНАЛЬНОГО ШАГА ПОЗИЦИАНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

Нго Сян Кыонг

В статьи определен рациональный шаг позиционирования электромеханической системы солнечных батарей путем сэкономленной энергии двигателя и потери энергии солнечных батарей в режиме шагового автосопровождения.

Ключевые слова: электромеханическая система, солнечная батарея, шаг позиционирования.

Для повышения эффективности электромеханической системы (ЭМС) солнечных батарей (СБ) [1] нужно устанавливать функциональную связь шага позиционирования с КПД, потерями энергии солнечных батарей и сэкономленной энергией двигателя.

Все для монтажа 404 — Запрашиваемый товар не существует!

  • Новая линейка солнечных батарей от компании SUNTECH с улучшенной защитой от затенения

      STP440S — B72/Vnh Новая линейка солнечных батарей от компании SUNTECH с улучшенной защитой от затенения…

    Подробнее…

  • Процедура зачета и продажи электроэнергии в сеть теперь закон!

    Мы долго это ждали и это произошло! В правительстве Российской Федерации подписали Постановление №299 от 02.03.21…

    Подробнее…

  • Teplocom 500+ ИБП с изюминкой!

    Известный Российский производитель «Бастион» продолжает радовать новинками! Теперь это ИБП…

    Подробнее…

  • Аккумуляторы Vektor Energy

      Весь спектр аккумуляторов от компании Vektor, в том числе и знаменитый Carbon доступны для наших клиентов!…

    Подробнее…

  • Оборудование б/у по сниженным ценам!

      Новое пополнение товаров в разделе: «Оборудование б/у»:   Аккумуляторный инвертор Expert MKS 5K…

    Подробнее…

  • Уточняйте цену товара!

    Уважаемые Клиенты и Посетители сайта! В связи с постоянно меняющимися курсами валют, стоимость оборудования и материалов тоже…

    Подробнее…

  • Микрогенерация в России есть!

    Государственная Дума приняла в третьем чтении поправки в Федеральный закон «Об электроэнергетике» в части развития…

    Подробнее…

  • Новые АКБ Vector c технологией DEEP CYCLE+CARBON

       Новинка на рынке накопления энергии — АКБ VECTOR c технологией DEEP CYCLE+CARBON   Наша компания…

    Подробнее…

  • Герметичные боксы для аккумуляторов!

    НОВИНКА на рынке аккумуляторов! Специально к началу водномоторного и туристического сезона!…

    Подробнее…

    • Два типа диодов, обычно используемых между батареями или инверторами и массивами солнечных батарей — Знание

    Два типа диодов, обычно используемых между батареями или инверторами и массивами солнечных батарей Jan 12, 2019

    Диоды являются очень важными компонентами в массиве панелей солнечных батарей. Обычно используемые диоды имеют следующие два типа.

    1. Противоугонный (блокирующий) диод

    Между аккумуляторной батареей или инвертором и матрицей солнечных батарей последовательно соединен блокирующий диод, так что солнечная панель эквивалентна диоду с PN-переходом, чтобы солнечная панель не работала при более низком напряжении ночью или в дождливую погоду. дней. Когда подается напряжение на шине постоянного тока, батарея обратно направляет энергию на квадрат солнечной панели, потребляя энергию и вызывая тепловыделение квадрата. Он соединен последовательно в цепь квадратного массива панели солнечных батарей и действует как единый проводник.

    Так как блокирующий диод имеет падение напряжения в проводящей трубке, серия потребляет определенное количество энергии при работе в цепи. Обычно используемая кремниевая выпрямительная диодная лампа имеет падение напряжения от 0,6 до 0,8 В, а падение напряжения в лампе кремниевого выпрямительного диода большой емкости может достигать 1 — 2 В. Если используется диод Шоттки, падение напряжения на лампе может быть уменьшено до 0,2-0,3 В, но Xiao Сопротивление по напряжению и токовая емкость специального диода относительно невелики, поэтому обратите внимание при его выборе.

    2. Обходной диод

    Когда имеется больше солнечных панелей, соединенных последовательно, чтобы образовать квадрат солнечной панели, необходимо соединить один полюс параллельно с каждой солнечной панелью. Когда один из компонентов блокируется тенью или не может генерировать электричество, прямое смещение может быть сформировано через диод, чтобы обойти ток, который не повлияет на выработку электроэнергии другими нормальными компонентами, а также защитит панель солнечных батарей от Поврежден из-за более высокого прямого смещения или из-за нагревания с «эффектом горячей точки». Этот тип диода, подключенного параллельно через компонент, называется шунтирующим диодом.

    Кремниевые выпрямительные диоды обычно используются в фотоэлектрических батареях. При выборе моделей следует позаботиться о том, чтобы их емкость была на пределе, чтобы предотвратить повреждение от поломки. Обычно выдерживаемое напряжение должно быть в два раза больше максимального обратного рабочего напряжения, а текущая емкость должна быть в два раза больше ожидаемого максимального рабочего тока.

    Некоторые контроллеры имеют антиреверсивную функцию, а также могут быть подключены к блокирующему диоду. Если все компоненты солнечной панели подключены параллельно, перепускные диоды могут быть не подключены. В практических применениях, так как обходной диод добавляется для увеличения стоимости и потерь, обходной диод может быть исключен для случая, когда количество компонентов солнечной панели не подключено последовательно и условия работы в полевых условиях являются хорошими.

    Блокирующий диод

    и байпасный диод для солнечных панелей

    Блокирующий диод и байпасный диод обычно используются в солнечных энергетических системах и солнечных панелях. Узнайте, как и почему используются блокирующие диоды и байпасные диоды.

    Диод и однонаправленный ток

    Проще говоря, диод можно понимать как электронное устройство с двумя выводами, которое позволяет электрическому току проходить в одном направлении. Диоды изготовлены из полупроводникового материала, обычно кремния , хотя в его конструкции иногда используются такие материалы, как селен и германий     .Диод допускает только однонаправленное течение тока. Это связано с тем, что он обеспечивает низкое (в идеале нулевое) сопротивление току в одном направлении и в то же время высокое (в идеале бесконечное) сопротивление току в противоположном направлении. Это свойство диода широко используется в фотоэлектрической промышленности. На рисунке 1 показан наиболее распространенный символ диода, который можно найти на многих принципиальных схемах, однако возможны варианты.

    Рисунок 1: Электрическая схема байпасного диода, используемого для солнечной панели

    Как используются блокирующие и байпасные диоды в солнечных установках?

    Диоды широко используются в установках солнечных панелей.Поскольку предотвращают обратный ток (однонаправленный ток), они используются как блокирующие устройства. Они также используются в качестве байпасных устройств для поддержания надежности всей солнечной энергосистемы в случае отказа солнечной панели. Таким образом, в солнечной системе используются два основных типа диодов:
    Блокирующий диод
    : Блокирующий диод позволяет протекать току от солнечной панели к батарее, но предотвращает / блокирует прохождение тока от батареи к солнечной панели, тем самым предотвращая разрядку батареи.
    Обходной диод:
    Обходной диод используется в случае, если одна из панелей многопанельного ряда неисправна, он обходит неисправную панель, обеспечивая ток альтернативным путем, и тем самым поддерживает непрерывность выработки энергии.

    Конфигурация блокирующего диода

    На рисунке 2 показана простая работа блокирующего диода. Электричество перетекает от высокого потенциала к низкому.

    Рисунок 2: Блокирующий диод в солнечной системе

    В этой установке в течение дня солнечная панель (с высоким потенциалом) вырабатывает электричество и заряжает аккумулятор (с низким потенциалом).Ночью, когда панель не вырабатывает электричество (низкий потенциал), аккумулятор имеет более высокий потенциал. Существует вероятность протекания тока от батареи к солнечной панели, таким образом, разряжает батарею за ночь. Чтобы этого не произошло, устанавливается блокирующий диод. Он позволяет току течь от панели к батарее, но блокирует поток в противоположном направлении. Он всегда устанавливается в серии с солнечной панелью.

    Конфигурация байпасного диода

    На рисунке 3 показана простая работа байпасного диода. В этой установке одна из солнечных панелей неисправна и не производит тока.

    Рисунок 3: Обходной диод в солнечной системе

    Обходной диод в этом случае обеспечивает альтернативный путь для протекания тока и замыкает цепь. Это также предотвращает протекание тока от других панелей, которые работают (с высоким потенциалом), обратно к неисправной панели (с низким потенциалом).Таким образом, даже если панель неисправна, байпасный диод по-прежнему заставляет всю солнечную систему работать и вырабатывать электроэнергию с меньшей скоростью. Байпасные диоды должны быть установлены в параллельно панели.

    байпасных диодов в солнечных панелях и массивах

    Такое использование байпасных диодов позволяет серии (называемой цепочкой) подключенных ячеек или панелей продолжать подавать питание при пониженном напряжении, а не при отсутствии питания вообще.

    Байпасные диоды подключены с обратным смещением между положительной и отрицательной выходной клеммами солнечной батареи (или панели) и не влияют на ее выход.В идеале для каждого солнечного элемента должен быть один обходной диод, но это может быть довольно дорого, поэтому обычно используется один диод на небольшую группу последовательных элементов.

    «Солнечная панель» состоит из отдельных солнечных элементов , а солнечные элементы состоят из слоев кремниевых полупроводниковых материалов. Один слой кремния обрабатывают веществом, чтобы создать избыток электронов. Это становится отрицательным слоем или слоем N-типа. Другой слой обрабатывается, чтобы создать дефицит электронов, и становится положительным слоем или слоем P-типа, подобным транзисторам и диодам.

    При сборке вместе с проводниками эта кремниевая конструкция становится светочувствительным полупроводником с PN-переходом. На самом деле фотоэлектрические солнечные элементы или фотоэлектрические панели, как их чаще называют, представляют собой не более чем большие плоские фоточувствительные диоды.

    Фотоэлектрические солнечные элементы преобразуют фотонный свет вокруг PN-перехода непосредственно в электричество без каких-либо движущихся или механических частей. Фотоэлементы производят энергию из солнечного света, а не из тепла. Фактически, они наиболее эффективны, когда они холодные !.

    При воздействии солнечного света (или другого интенсивного источника света) напряжение, создаваемое одним солнечным элементом, составляет около 0,58 вольт постоянного тока, при этом ток (в амперах) пропорционален световой энергии (фотонам). В большинстве фотоэлектрических элементов напряжение почти постоянно, а ток пропорционален размеру элемента и интенсивности света.

    Эквивалентная схема фотоэлектрической батареи, показанная слева, представляет собой схему батареи с последовательным внутренним сопротивлением R ВНУТРЕННИЙ , аналогичную любой другой обычной батарее.Однако из-за изменений внутреннего сопротивления напряжение элемента и, следовательно, доступный ток будут варьироваться между фотоэлектрическими элементами эквивалентного размера и структуры, подключенными к одной и той же нагрузке, и под одним и тем же источником света, поэтому это необходимо учитывать в сборках солнечных панелей. ты покупаешь.

    Силиконовая пластина фотоэлектрического солнечного элемента, обращенная к солнечному свету, состоит из электрических контактов и покрыта антибликовым покрытием, которое помогает более эффективно поглощать солнечный свет.Электрические контакты обеспечивают соединение между полупроводниковым материалом и внешней электрической нагрузкой, такой как лампочка или батарея.

    Когда солнечный свет попадает на фотоэлектрический элемент, фотоны света ударяются о поверхность полупроводникового материала и освобождают электроны от их атомных связей. Во время производства в состав полупроводников добавляют определенные легирующие химические вещества, чтобы помочь освободившимся электронам проложить путь. Эти пути создают поток электронов, образующий электрический ток, который начинает течь по поверхности фотоэлектрического солнечного элемента.

    Металлические полоски размещаются на поверхности фотоэлектрического элемента для сбора электронов, которые образуют положительное (+) соединение элемента. Задняя часть элемента, сторона, противоположная падающему солнечному свету, состоит из слоя алюминия или молибдена, который образует отрицательное (-) соединение с элементом. Затем фотоэлектрический солнечный элемент имеет два электрических соединения для обычного протекания тока, одно положительное и одно отрицательное, как показано.

    Строительство фотоэлектрических солнечных элементов

    Под воздействием солнечного света фотоэлектрические (PV) солнечные элементы вырабатывают энергию постоянного тока, такую ​​же, как от батареи или элемента.При отсутствии внешней цепи или нагрузки, подключенной к его клеммам, то есть I O = 0, большинство фотоэлектрических солнечных элементов вырабатывают максимальное напряжение холостого хода (В OUT ) примерно от 0,5 до 0,6 вольт, что намного меньше. чем стандартный сухой аккумулятор на 1,5 В. Но, как и в случае с батареями, более высокое напряжение может быть получено путем последовательного соединения нескольких фотоэлементов.

    Под воздействием солнечного света фотоэлектрический элемент вырабатывает ток (I), пропорциональный уровню солнечного света, падающего на его поверхность.Максимальный ток, который может производить фотоэлемент, называемый его током короткого замыкания I SC , возникает, когда клеммы элементов закорочены вместе, но при этих условиях максимального тока его напряжение на клеммах будет равно нулю, V OUT = 0. Тогда выходное напряжение фотоэлемента очень сильно зависит от требуемого тока нагрузки от I SC до I O . Это означает, что фотоэлемент — это, по сути, низковольтное сильноточное устройство.

    Выходной ток (и мощность) фотоэлектрического элемента пропорционален интенсивности солнечного света, падающего на поверхность элемента.Например, пасмурные или пасмурные дни снижают эффективность фотоэлемента, поэтому максимальный ток, который он может подавать на заданную нагрузку, будет низким, но элемент все равно сможет обеспечить полное выходное напряжение. Чтобы увеличить текущие требования к нагрузке, потребуется более яркое и большее количество солнечного излучения для обеспечения полной мощности.

    Однако существует физический предел максимального тока, который может обеспечить один фотоэлектрический солнечный элемент из-за его размера (площади поверхности), независимо от того, насколько интенсивным или ярким является солнечное излучение.Это называется максимальным доставляемым током и обозначается как I MAX

    .

    Значение I MAX для одного фотоэлектрического солнечного элемента зависит от размера или площади поверхности элемента (особенно PN-перехода), количества прямого солнечного света, попадающего на элемент, его эффективности преобразования этой солнечной энергии в ток. и, конечно же, тип полупроводникового материала, из которого изготовлен элемент, из кремния, арсенида галлия, сульфида кадмия или теллурида кадмия и т. д.

    Таким образом, при выборе блокирующих диодов или байпасных диодов для подключения к солнечным элементам или панелям необходимо учитывать это максимальное значение тока I MAX .

    Диоды в фотоэлектрических массивах

    Диод с PN-переходом действует как твердотельный односторонний электрический клапан, который пропускает электрический ток через себя только в одном направлении. Преимущество этого состоит в том, что диоды могут использоваться для блокировки прохождения электрического тока от других частей электрической солнечной цепи.При использовании с фотоэлектрической солнечной панелью эти типы кремниевых диодов обычно называются блокирующими диодами .

    Обходные диоды используются параллельно либо с одним, либо с несколькими фотоэлектрическими солнечными элементами, чтобы предотвратить протекание тока от хороших, хорошо освещенных солнечным светом солнечных элементов перегрева и выгорания более слабых или частично затененных солнечных элементов за счет обеспечения текущий путь вокруг плохой ячейки. Блокирующие диоды используются иначе, чем байпасные диоды.

    Байпасные диоды в солнечных панелях подключаются «параллельно» к фотоэлектрическому элементу или панели для шунтирования тока вокруг них, тогда как блокирующие диоды подключаются «последовательно» к фотоэлектрическим панелям для предотвращения обратного протекания тока в них. Таким образом, блокирующие диоды отличаются от байпасных диодов, хотя в большинстве случаев диод физически тот же, но они устанавливаются по-другому и служат другой цели. Рассмотрим нашу фотоэлектрическую солнечную батарею ниже.

    Шунтирующие диоды в фотоэлектрических массивах

    Как мы уже говорили ранее, диоды — это устройства, которые позволяют току течь только в одном направлении.Зеленые диоды выше — это «обходные диоды», по одному параллельно каждой солнечной панели, чтобы обеспечить путь с низким сопротивлением. Байпасные диоды в солнечных панелях и массивах должны быть способны безопасно переносить этот ток короткого замыкания.

    Два диода, окрашенные в красный цвет, называются «блокирующими диодами», по одному последовательно с каждой последовательной ветвью. Блокирующие диоды отличаются от байпасных диодов, но в большинстве случаев эти два диода физически одинаковы. Однако они устанавливаются по-другому и служат другой цели.

    Эти блокирующие диоды, также называемые последовательным диодом или изолирующим диодом, гарантируют, что электрический ток течет только в одном направлении «ВЫХОД» из последовательного массива к внешней нагрузке, контроллеру или батареям.

    Причина этого заключается в том, чтобы предотвратить обратный ток, генерируемый другими параллельно подключенными фотоэлектрическими панелями в том же массиве, через более слабую (заштрихованную) сеть, а также предотвратить разряд или слив полностью заряженных батарей через массив в ночное время.Поэтому, когда несколько солнечных панелей подключены параллельно, в каждой параллельно подключенной ветви следует использовать блокирующие диоды.

    Вообще говоря, блокирующие диоды используются в фотоэлектрических массивах, когда есть две или более параллельных ветви или есть вероятность того, что часть массива станет частично затемненной в течение дня, когда солнце движется по небу. Размер и тип используемого блокирующего диода зависит от типа фотоэлектрической матрицы.

    В качестве байпасных диодов в солнечных панелях и массивах доступны два типа диодов: кремниевый диод с PN-переходом и диод с барьером Шоттки.Оба доступны с широким диапазоном номинальных значений тока. Диод с барьером Шоттки имеет гораздо меньшее прямое падение напряжения, около 0,4 В, в отличие от диодов PN на 0,7 В для кремниевого устройства.

    Это более низкое падение напряжения позволяет сэкономить один полный фотоэлемент в каждой последовательной ветви солнечной батареи, поэтому массив более эффективен, поскольку меньше мощности рассеивается в блокирующем диоде. Большинство производителей включают в свои солнечные панели как блокирующие диоды, так и байпасные диоды , что упрощает конструкцию.

    Что такое блокирующий диод и байпасный диод в распределительной коробке солнечной панели?

    Обходной диод и блокирующий диод, используемые для защиты солнечных панелей в затененных условиях

    В различные типы конструкций солнечных панелей производители включают как байпасные, так и блокирующие диоды для защиты, надежной и бесперебойной работы.Мы обсудим как блокирующие, так и байпасные диоды в солнечных панелях с рабочими и принципиальными схемами более подробно ниже.

    Обходной диод в солнечной панели используется для защиты частично затененной группы фотоэлектрических элементов внутри солнечной панели от нормально работающей фотоэлектрической цепочки при пиковом солнечном свете в той же фотоэлектрической панели. В многопанельных фотоэлектрических цепочках неисправная панель или цепочка были обойдены диодом, который обеспечивает альтернативный путь протеканию тока от солнечных панелей к нагрузке.

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

    Что такое диод?

    Диод — это однонаправленный полупроводниковый прибор, пропускающий ток только в одном направлении (прямое смещение, т.е.е. Анод подключен к положительной клемме, а катод подключен к отрицательной клемме). Он блокирует ток в противоположном направлении (обратное смещение, т. Е. Анод к клемме -Ve и катод к клемме + Ve).

    Они сделаны из полупроводниковых материалов, таких как кремний и германий. Они обладают высоким сопротивлением току в одном направлении (обратное смещение) и создают путь короткого замыкания для тока в противоположном направлении (прямое смещение). Ниже приведен общий символ диода с анодом и катодным выводом.

    Работа блокирующих и байпасных диодов в панелях PV

    Система солнечных панелей — лучшая альтернатива широкому диапазону (от мВт до МВт) бесплатной электрической энергии и может использоваться с сетевыми или автономными энергосистемами . Его можно установить где угодно в пределах солнечного диапазона для выработки электроэнергии.

    Фотоэлектрический элемент внутри солнечной панели — это простой полупроводниковый фотодиод, состоящий из взаимосвязанных кристаллических кремниевых элементов, которые поглощают / поглощают фотон от прямого солнечного света на своей поверхности и преобразуют его в электрическую энергию.Фотоэлементы соединены последовательными цепочками внутри солнечной панели, и они вырабатывают электроэнергию при нормальной работе, когда солнечный свет попадает на эти фотоэлементы.

    Но некоторые факторы влияют на способность солнечных элементов генерировать электроэнергию, например, ненормальные условия окружающей среды, например, дождь, снегопад и влажность, полные облака, закрывающие небо, солнечная радиация, изменения температуры и расположение массива панелей относительно солнца и т. Одним из наиболее важных факторов, влияющих на производительность и эффективность, являются полностью или частично затемненные солнечные панели из-за облаков, деревьев, листьев, здания и т. Д.В этом случае некоторые фотоэлектрические элементы не могут генерировать энергию, поскольку они не подвергаются воздействию прямых солнечных лучей. В этом случае пораженные клетки действуют как нагрузка и могут быть повреждены из-за горячей точки. Вот почему нам нужен байпасный диод в солнечной панели.

    Давайте посмотрим ниже, чем могут быть опасны затемненные солнечные панели и как обходной диод предотвращает солнечные панели или повреждение фотоэлектрических цепей.

    Фотоэлементы без байпасных диодов

    Один фотоэлектрический элемент генерирует около 0.58 В постоянного тока при 25 ° C . В случае разомкнутой цепи, как правило, значение V OC составляет 0,5 — 0,6 В, в то время как мощность одного фотоэлектрического элемента составляет от 1 до 1,5 Вт в случае разрыва цепи. Таким образом, один фотостатический элемент 1,5 Вт с 0,5 В будет производить ток 3 А как I = P / V (1,5 Вт / 0,5 В = 3 ампера).

    Предположим, что нет байпасных диодов, подключенных к фотоэлементам. Как видите, фотоэлементы соединены последовательно (положительный вывод подключен к отрицательному выводу второй солнечной панели и так далее).

    Мы знаем, что последовательный ток «I» одинаков в каждой точке, в то время как напряжения аддитивны, то есть V T = V 1 + V 2 + V 3 … V n . Таким образом, общее напряжение T = 0,5 В + 0,5 В + 0,5 В = 1,5 В.

    В нормальном режиме работы все фотоэлементы работают безупречно, т.е. все три фотоэлемента вырабатывают номинальную мощность в токах и вольтах. Мощность аддитивна как при последовательном, так и при параллельном подключении. Так мы получаем идеальную максимальную номинальную мощность в амперах и вольтах.Прохождение тока показано синими пунктирными линиями от фотоэлементов к выходной нагрузке.

    Но что делать с затемненными ячейками? А что делать, если нет и байпасного диода? Посмотрим, что будет дальше.

    Затененные фотоэлементы без байпасных диодов

    В случае падения листьев или облаков затененные фотоэлементы не смогут вырабатывать электрическую энергию и действуют как резистивная полупроводниковая нагрузка. В случае отсутствия обходных диодов энергия, вырабатываемая цепочкой фотоэлементов, обращенной к прямым солнечным лучам, начнет поступать к затемненным элементам, поскольку они также ведут себя как нагрузка.Этот чрезмерный ток будет нагревать затемненные весоизмерительные ячейки, поскольку они рассеивают мощность, что приводит к возникновению горячей точки и может повредить или сжечь затронутые ячейки.

    Когда на затененных элементах происходит падение напряжения, нормальные элементы без затенения пытаются отрегулировать падение напряжения, увеличивая напряжение холостого хода. Таким образом, затронутые затемненные фотоэлементы становятся смещенными, и отрицательное напряжение появляется в противоположном направлении на их выводах. Это отрицательное напряжение вызывает протекание тока в противоположном направлении в затронутых затемненных фотоэлектрических элементах, которые потребляют мощность со скоростью рабочего тока и тока короткого замыкания I SC .Таким образом, затемненный элемент внутри солнечной панели будет рассеивать энергию, а не производить ее, поскольку в ней возникают обратные падения 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, то есть некоторый ток течет от нормальных ячеек №1 и №3 к затронутой заштрихованной ячейке №2. В случае разомкнутой цепи все токи могут течь к пораженным ячейкам, пока они находятся в В случае подключения нагрузки к фотоэлектрической панели, некоторый ток течет к нагрузке с пониженной скоростью.

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

    Фотоэлементы с байпасными диодами

    Теперь давайте посмотрим, как мы можем защитить солнечную панель или фотоэлектрическую матрицу и цепочки от частичных или полностью затененных эффектов фотоэлементов. Это обходной диод. Обходные диоды можно использовать, подключив их параллельно с фотоэлементом последовательно соединенной цепочки для устранения фактора риска и защиты солнечных панелей от общего повреждения и взрыва в случае полного или частичного затемнения.

    Обходные диоды подключены снаружи параллельно (параллельно) фотоэлектрическим элементам с обратным смещением (клемма анода подключена к + Ve, а катод — к стороне -Ve солнечного элемента), что обеспечивает альтернативный путь для протекания тока в случае затенения. клетки. Диоды обхода обратного смещения не пропускают производимый ток в нормальных ячейках в заштрихованные ячейки.

    Потоки генерируемых токов показаны синими пунктирными линиями. В случае ясного неба, то есть пикового солнечного света, создаваемый ток не будет проходить через байпасные диоды, как показано красными пунктирными линиями, поскольку они смещены в обратном направлении и действуют как разомкнутый контур.Таким образом, общая мощность, идущая на зарядку аккумулятора или подключенную нагрузку, не влияет на ожидаемый КПД.

    Но что происходит, когда на частичных ячейках есть облака или тени от зданий? давайте посмотрим, следуйте.

    Затемненные фотоэлементы с байпасными диодами

    В случае облаков или снега и т. Д., Ячейка № 2 будет повреждена 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 через ячейку активированы (поскольку сейчас она находится в прямом смещении) и направляют поток тока на нагрузку, как показано синими пунктирными линиями. минуя заштрихованную ячейку на рис.

    Короче говоря, байпасные диоды, подключенные к затемненным ячейкам №2, обеспечивают альтернативный путь для протекания токов от ячейки №1 к ячейке №3 и последующей нагрузки. Таким образом, байпасный диод поддерживает надежную и плавную работу фотоэлементов, не повреждая фотоэлемент или общую решетку фотоэлектрических цепей с пониженным уровнем мощности, поскольку элемент №2 не может генерировать электроэнергию.

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

    Это означает, что при прямом смещении диод Шоттки сохраняет почти уровень напряжения одиночного фотоэлектрического элемента (который составляет 0,5 В) в каждой последовательной цепочке. Другими словами, он обеспечивает эффективную работу фотоэлементов за счет меньшего рассеивания мощности в режиме блокировки.

    Еще одно преимущество байпасного диода, подключенного параллельно солнечным элементам, заключается в том, что когда он работает (т.е.е. прямое смещение), прямое падение напряжения составляет 0,4 В (и 0,7 В в случае диода с PN-переходом), что ограничивает обратное, то есть отрицательное напряжение, создаваемое заштрихованной ячейкой, что снижает вероятность возникновения горячих точек. Повышение температуры может привести к ожогу или повреждению фотоэлементов, но в случае байпасных диодов оно возвращает затемненный элемент к нормальной работе после удаления облака. Вышеупомянутое — точные причины, по которым в солнечных панелях используются байпасные диоды.

    Почему нет байпасного диода на каждой фотоэлектрической ячейке?

    Подключение байпасного диода к каждой отдельной фотоэлектрической ячейке приведет к дорогостоящей и сложной конструкции.Таким образом, производитель устанавливает байпасные диоды снаружи в распределительной коробке солнечной панели (задняя сторона фотоэлектрической панели) в ряды вместо одиночных фотоэлементов.

    Обычно двух байпасных диодов достаточно для солнечной панели мощностью 50 Вт, имеющей 36-40 отдельных фотоэлементов, и для зарядки последовательной или параллельной системы батарей от 12 В до 24 В в зависимости от номинального тока и напряжения, которые составляют 1-60 А и 45 В в случае диода Шоттки.

    Блокирующие диоды в солнечных батареях

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

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

    Ночью, в облаках или без нагрузки в тени подключенная батарея будет обеспечивать ток солнечным элементам, поскольку они ведут себя как обычные резисторы. Чтобы решить эту проблему, используются блокирующие диоды, которые блокируют обратный ток к солнечным панелям, что предотвращает разряд батареи, а также защищает солнечные элементы от горячих точек из-за рассеивания энергии внутри них, что приводит к повреждению солнечного элемента.

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

    Имейте в виду, что блокирующие диоды устанавливаются последовательно с солнечной панелью. На следующем рисунке показана комбинация блокирующих диодов, включенных последовательно, и байпасных диодов, подключенных параллельно солнечной панели.

    Как показано на рисунке ниже, на ячейку №3 упал лист.Таким образом, генерируемый ток будет течь от ячеек №1 и №2 к выходу, как и при нормальной работе. Ток будет протекать через байпасный диод через ячейку № 3, которая подверглась воздействию, и ячейку № 4, а затем к нагрузкам, затем через блокирующие диоды, что, как и ожидалось, является надежной работой солнечной энергосистемы.

    Я надеюсь, что это прояснило концепцию, что это за обходные и блокирующие диоды в распределительной коробке на задней стороне солнечной панели.

    Похожие сообщения:

    Байпасные диоды и блокирующие диоды в солнечных панелях