Mục lục
Tấm pin năng lượng mặt trời là một cách tuyệt vời để tạo ra năng lượng điện miễn phí bằng cách sử dụng ánh sáng mặt trời. Bạn có thể lắp chúng ở bất cứ nơi nào bạn muốn và sử dụng điện mà không cần điện lưới hoặc được lắp đặt trên mái nhà cho hệ thống kết nối lưới. Phạm vi công suất của một hệ thống quang điện mặt trời rất rộng, từ vài watt đến hàng trăm megawatt.
Một Bypass Diodes (còn gọi là Diode bỏ qua) được sử dụng trong các tấm pin năng lượng mặt trời để bảo vệ các tế bào quang điện bị che bóng một phần hoặc hoàn toàn khỏi các tế bào khác đang hoạt động dưới ánh nắng mặt trời trong cùng một tấm pin mặt trời khi các tấm pin này được kết nối với nhau thành các chuỗi có điện áp cao.
Che bóng tế bào quang điện
Tế bào quang điện (PV cells) là một loại điốt quang bán dẫn biến đổi trực tiếp ánh sáng chiếu vào bề mặt của chúng thành năng lượng điện. Hệ thống quang điện (PV) tạo ra điện bằng cách kết nối các tấm quang điện mặt trời với nhau dưới dạng chuỗi và để chúng tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời.
Khi đó chúng ta sẽ nghĩ rằng trong quá trình hoạt động bình thường, tất cả các tấm pin mặt trời của hệ thống quang điện sẽ trải qua các điều kiện năng lượng mặt trời giống nhau vì chúng đều tạo thành một phần của cùng một mảng năng lượng mặt trời.
Tuy nhiên, hiệu suất tạo ra điện và độ tin cậy của hệ thống quang điện có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài, chẳng hạn như môi trường, nhiệt độ, độ ẩm, vị trí và mức độ bức xạ mặt trời, tất cả đều có thể dẫn đến suy giảm điện năng.
Nhưng cũng như các yếu tố môi trường rõ ràng này, một yếu tố đặc biệt sẽ dẫn đến sự không phù hợp giữa các pin mặt trời hoặc toàn bộ tấm pin và suy giảm điện năng trong một mảng năng lượng mặt trời đang che bóng, đó là sự ngăn chặn ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào hoặc một vài tế bào bằng lá cây, cây cối, tòa nhà. Điều này có thể là che bóng toàn bộ hoặc một phần, và tùy thuộc vào mức độ che bóng, sẽ làm giảm công suất đầu ra.
Chuỗi tế bào quang điện mặt trời kết nối
Các tấm pin năng lượng mặt trời được làm từ các tế bào silicon tinh thể liên kết với nhau và do đó rất nhạy cảm với bóng râm. Trong một tấm pin mặt trời tiêu chuẩn, các pin mặt trời này được kết nối với nhau theo chuỗi, tạo ra điện áp cao nhưng có cùng một giá trị của dòng điện chạy qua tất cả các tế bào được kết nối.
Vì vậy, miễn là ánh sáng mặt trời chiếu vào bề mặt của tấm pin năng lượng mặt trời là đồng đều, mỗi tế bào quang điện trong cùng một tấm pin năng lượng mặt trời sẽ tạo ra cùng một lượng điện áp, xấp xỉ 0,5 vôn. Sau đó, ví dụ, ở điều kiện ánh sang mặt trời đầy đủ, một tế bào quang điện 2 watt sẽ tạo ra một dòng điện không đổi khoảng 4 ampe, (0,5 x 4 = 2 watt).
Tuy nhiên, nếu một tế bào bị che bóng bởi một vật thể nào đó, nó sẽ ngừng sản xuất năng lượng điện và hoạt động giống như điện trở bán dẫn hơn, làm giảm mạnh tổng lượng điện được tạo ra bởi tấm pin mặt trời. Ví dụ, giả sử chúng ta có ba tế bào quang điện 0,5 volt được kết nối nối tiếp với bức xạ mặt trời 1kW / m 2 trên cả ba tế bào quang điện như được hiển thị.
Các tế bào quang điện được kết nối hàng loạt
Khi ba tế bào quang điện được kết nối nối tiếp, dòng điện đầu ra được tạo ra (I) sẽ giống nhau, tổng điện áp đầu ra VT sẽ là tổng của tất cả các điện áp của tế bào quang điện riêng lẻ được cộng lại với nhau ( V1 + V2 + V3 = 0,5V + 0,5V + 0,5V = 1,5V ), do đó, các đường cong đặc tính I – V của ba tế bào quang điện được thêm vào đơn giản dọc theo trục điện áp (nằm ngang) vì dòng điện là không đổi. Sử dụng ví dụ về tế bào 2 watt của chúng tôi ở trên, điểm công suất tối đa cho chuỗi này do đó sẽ là: 6 watt, (1,5V x 4A = 6W).
Tế bào quang điện bị che bóng
Bây giờ, hãy giả sử rằng tế bào quang điện số 2 trong chuỗi đã được che bóng một phần hoặc toàn bộ trong khi hai tế bào quang điện còn lại vẫn hoạt động dưới ánh nắng đầy đủ. Khi đó, đầu ra của chuỗi được kết nối sẽ giảm đáng kể như được hiển thị.
Tế bào quang điện bị che bóng
Điều xảy ra ở đây là tế bào quang điện bị che bóng ngừng sản xuất năng lượng điện và hoạt động giống như một điện trở bán dẫn hơn. Tế bào quang điện bị che bóng tạo ra dòng điện ít hơn hai tế bào quang điện còn lại làm giảm mạnh sản xuất năng lượng của chuỗi. Kết quả là năng lượng được tạo ra bởi các tế bào quang điện “nắng” hiện đang bị tiêu tán bởi tế bào quang điện “che bóng”, theo thời gian, có thể gây ra quá nhiệt (điểm nóng) và cuối cùng là phá hủy tế bào quang điện đó.
Vì tế bào quang điện bị che bóng gây ra giảm dòng điện được tạo ra. Các tế bào tốt không bị che bóng điều chỉnh với sự sụt giảm dòng điện này bằng cách tăng điện áp mạch hở dọc theo đường cong đặc tính IV của chúng, dẫn đến tế bào bị che bóng trở thành phân cực ngược, đó là điện áp âm hiện xuất hiện trên các đầu cực của nó theo hướng ngược lại.
Điện áp ngược này làm cho dòng điện bây giờ chạy theo hướng ngược lại qua tế bào quang điện bị che bóng, dẫn đến việc tiêu thụ điện ở tốc độ phụ thuộc vào ISC và dòng điện hoạt động I. Do đó, tế bào quang điện bị che bóng hoàn toàn sẽ bị sụt điện áp ngược trong bất kỳ điều kiện dòng điện nào và do đó tiêu hao hoặc tiêu thụ năng lượng điện hơn là tạo ra nó.
Bypass Diodes
Vì vậy, làm thế nào chúng ta có thể bảo vệ một tế bào quang điện trên tấm pin mặt trời hoặc thậm chí toàn bộ khỏi các tác động phá hủy của việc che bóng một phần hoặc toàn bộ? Một cách đơn giản và hiệu quả để bảo vệ các tế bào quang điện khỏi các tác động phá hoại của việc che bóng là kết nối cái được gọi là Điốt vòng qua mỗi tế bào PV của một chuỗi nối tiếp.
Điốt rẽ nhánh được kết nối bên ngoài và song song ngược lại với một tế bào quang điện để cung cấp một đường dẫn điện thay thế cho dòng điện được tạo ra vì nó không thể chạy qua tế bào bị che bóng. Điều này giúp bảo toàn hiệu suất của chuỗi bằng cách hạn chế điện áp phân cực ngược được tạo ra trên bất kỳ tế bào bị che bóng nào và do đó tránh giảm công suất điện có thể bị tiêu tán bởi tế bào.
Hãy xem xét ba tế bào quang điện được kết nối nối tiếp của chúng tôi bên dưới có thêm điốt rẽ nhánh.
Bypass Diodes bảo vệ
Bypass Diodes đã được kết nối song song trên mỗi tế bào trong số ba tế bào. Các điốt rẽ nhánh được kết nối bên ngoài này được kết nối ở chế độ phân cực ngược trên tế bào tương ứng của chúng, đó là cực dương điốt được nối với cực dương của tế bào trong khi cực âm điốt được nối với cực âm của tế bào.
Khi ba tế bào năng lượng mặt trời nhận được đầy đủ ánh nắng mặt trời, chúng tạo ra một điện áp như bình thường và khi một trong số ba điốt rẽ nhánh được phân cực ngược trên các tế bào tương ứng của chúng, bất kỳ dòng điện ngược nào (mũi tên màu đỏ) cố gắng chạy qua chúng sẽ bị chặn lại. Do đó, được phân cực ngược, các điốt hoạt động như thể chúng không có ở đó với chuỗi nối tiếp tạo ra công suất đầu ra đầy đủ (6 watt trong ví dụ trước) khi ba pin mặt trời đang hoạt động như mong đợi.
Tuy nhiên, nếu như trước đây một trong các tế bào quang điện bị che bóng một phần do lá cây hoặc vật thể nào đó thì tế bào bị che bóng tạo ra năng lượng điện như chúng ta đã thấy ở trên và do đó Bypass Diodes của chúng trở nên được kích hoạt như hình minh họa.
Tế bào quang điện bị che bóng với Bypass Diodes
Ở đây trong điều kiện che bóng, tế bào số 2 ngừng sản xuất năng lượng điện và hoạt động giống như một điện trở bán dẫn như chúng ta đã thảo luận trước đó. Do tế bào bị che bóng tạo ra công suất ngược, nó phân cực thuận với Bypass Diodes được kết nối song song (tức là nó chuyển sang “BẬT”) chuyển hướng dòng điện của hai tế bào tốt qua chính nó như được hiển thị bởi các mũi tên màu xanh lá cây ở trên. Do đó, điốt rẽ nhánh được kết nối qua tế bào bị che bóng và duy trì hoạt động của hai tế bào quang điện khác bằng cách tạo ra một đường dẫn điện cho dòng điện được tạo ra chạy theo.
Sau đó, mặc dù một tế bào bị che bóng (tế bào số 2 trong ví dụ này), hai tế bào còn lại, số 1 và 3 tiếp tục tạo ra năng lượng nhưng ở mức công suất giảm. Do đó, như đã thấy trong ví dụ trước của chúng tôi ở trên, đầu ra sẽ sử dụng ví dụ tế bào 2 watt của chúng tôi từ phía trên và giả sử không có tổn thất nào qua điốt bỏ qua, 4 watt (1,0V x 4A).
Một ưu điểm khác của điốt rẽ nhánh được kết nối song song là khi phân cực thuận, tức là khi chúng đang dẫn, điện áp chuyển tiếp giảm xuống khoảng 0,6 vôn do đó hạn chế bất kỳ điện áp âm ngược cao nào được tạo ra bởi tế bào bị che bóng, do đó làm giảm điều kiện nhiệt độ điểm nóng và do đó tế bào bị lỗi, cho phép tế bào trở lại bình thường sau khi lớp bóng mờ đã bị loại bỏ.
Tích hợp Bypass Diodes
Việc tích hợp một diode rẽ nhánh trên từng tế bào đơn lẻ như chúng tôi đã làm ở trên trong ví dụ đơn giản của chúng tôi sẽ quá đắt và không dễ lắp đặt. Trong thực tế, các nhà sản xuất đặt Bypass Diodes vòng qua các nhóm hoặc chuỗi phụ của tế bào quang điện (thường là 16 đến 24 tế bào) ở mặt sau của các tấm pin hoặc trong hộp nối của tấm pin năng lượng mặt trời.
Vì vậy, ví dụ, hai điốt rẽ nhánh sẽ là đủ cho một bảng điều khiển năng lượng mặt trời có công suất định mức khoảng 50 watt chứa từ 36 đến 40 tế bào riêng lẻ. Nhiều tấm pin mặt trời cao cấp đã chế tạo chúng trực tiếp lên cấu trúc tế bào quang điện bán dẫn.
Mặc dù có thể kết nối bất kỳ loại diode nào với mặt sau của tấm pin năng lượng mặt trời, nhưng loại và lựa chọn diode rẽ nhánh phụ thuộc chủ yếu vào dòng điện và công suất của các tế bào và / hoặc các tấm pin, nó phải bảo vệ.
Loại Bypass Diodes phổ biến nhất được sử dụng là diode Schottky với xếp hạng dòng điện từ 1 đến 60 ampe và xếp hạng điện áp lên đến 45 volt, quá đủ cho một tấm pin năng lượng mặt trời sạc pin 12V hoặc 24V.
Để tìm hiểu thêm về Bypass Diodes trên tấm pin năng lượng mặt trời hay các vấn đề khác liên quan đến điện năng lượng mặt trời, hãy liện hệ với chúng tôi, chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ, tư vấn miễn phí.
Công ty TNHH Năng lượng Quang Điện chuyên lắp điện năng lượng mặt trời, Chúng tôi cung cấp tới khách hàng các hệ thống điện mặt trời đạt tiêu chuẩn tốt nhất, cho hiệu suất cao, vận hành bền bỉ, an toàn và đảm bảo thẩm mỹ với giá thành hợp lý.
Công ty TNHH Năng lượng Quang Điện
Địa chỉ: Phòng 746 CT10A – Khu đô thị Đại Thanh – Thanh Trì – Hà Nội
