Güneş panellerinde bypass diyotları, bir hücre veya panelin arızalanması veya açık devre olması durumunda etraflarında bir akım yolu sağlamak için güneş pilleri veya panellerle paralel olarak bağlanır.
Bypass diyotlarının bu kullanımı, bir dizi bağlı hücre veya panelin, hiç güç olmaması yerine düşük bir voltajda güç sağlamaya devam etmesine izin verir. Baypas diyotları, bir güneş pili (veya panel) pozitif ve negatif çıkış terminalleri arasında ters polarlama ile bağlanır ve çıkışı üzerinde hiçbir etkisi yoktur. İdeal olarak, her güneş pili için bir baypas diyotu olacaktır, ancak bu oldukça yüksek maliyetlere sebep olabilir, bu nedenle genellikle küçük seri hücre grubu başına bir diyot kullanılır.
Tekli güneş pilleri kullanılarak bir “güneş paneli” inşa edilir ve güneş pilleri silisyum yarı iletken malzeme katmanlarından yapılır. Bir silikon tabakası, fazla elektron oluşturmak için bir madde ile işlenir. Bu, negatif veya N tipi katman olur. Diğer katman elektron eksikliği yaratacak şekilde işlenir ve transistörlere ve diyotlara benzer pozitif veya P-tipi katman olur.
İletkenlerle bir araya getirildiğinde, bu silisyum düzenleme, ışığa duyarlı bir PN-bağlantı yarı iletkeni haline gelir. Aslında fotovoltaik güneş pilleri veya daha yaygın olarak adlandırılan PV’ler, büyük, düz ışığa duyarlı diyotlardan başka bir şey değildir.
Fotovoltaik güneş pilleri, PN bağlantısının etrafındaki foton ışığını herhangi bir hareketli veya mekanik parça olmadan doğrudan elektriğe dönüştürür. PV hücreleri ısıdan değil, güneş ışığından enerji üretir. İlginç bir şekilde soğuk olduklarında en verimli çalışma aralığındadırlar.
Güneş ışığına (veya başka bir yoğun ışık kaynağına) maruz kaldığında, tek bir güneş pili tarafından üretilen voltaj yaklaşık 0,58 volt DC’dir ve akım akışı (amper) ışık enerjisiyle (fotonlar) orantılıdır. Çoğu fotovoltaik hücrede voltaj neredeyse sabittir ve akım, hücrenin boyutu ve ışığın yoğunluğu ile orantılıdır.
Sağda gösterilen bir PV’nin eşdeğer devresi, herhangi bir geleneksel pile benzer şekilde , RINTERNAL bir seri iç dirence sahip bir pilin devresidir. Bununla birlikte, iç dirençteki değişiklikler nedeniyle, hücre voltajı ve dolayısıyla mevcut akım, aynı yüke ve aynı ışık kaynağına bağlı, eşdeğer boyut ve yapıdaki fotovoltaik hücreler arasında değişecektir, bu nedenle bu, güneş paneli montajlarında hesaba katılmalıdır.
Güneş ışığına bakan fotovoltaik güneş pilinin silisyum levhası, elektrik kontaklarından oluşur ve güneş ışığını daha verimli bir şekilde emmeye yardımcı olan yansıma önleyici bir kaplama ile kaplanır. Elektrik kontakları, yarı iletken malzeme ile ampul veya pil gibi harici elektrik yükü arasındaki bağlantıyı sağlar.
Güneş ışığı bir fotovoltaik hücre üzerinde parladığında, ışık fotonları yarı iletken malzemenin yüzeyine çarpar ve elektronları atomik bağlarından kurtarır. İmalat sırasında, serbest kalan elektronlar için bir yol oluşturmaya yardımcı olmak için yarı iletken bileşimine belirli doping kimyasalları eklenir. Bu yollar, fotovoltaik güneş pilinin yüzeyi üzerinde akmaya başlayan bir elektrik akımı oluşturan bir elektron akışı yaratır.
Hücrenin pozitif ( + ) bağlantısını oluşturan elektronları toplamak için bir fotovoltaik hücrenin yüzeyine metalik şeritler yerleştirilir . Hücrenin arkası, gelen güneş ışığından uzak tarafı, hücreye negatif ( – ) bağlantıyı oluşturan bir alüminyum veya molibden metal tabakasından oluşur. Daha sonra bir fotovoltaik güneş pili, gösterildiği gibi geleneksel akım akışı için biri pozitif ve biri negatif olmak üzere iki elektrik bağlantısına sahiptir.
Güneş ışığına maruz kaldıklarında, fotovoltaik (PV) güneş pilleri, bir pil veya hücreden elde edilenle aynı DC gücü üretir. Terminallerine hiçbir harici devre veya yük bağlı olmadan, yani I O = 0 , çoğu fotovoltaik güneş pili , standart bir pilden (1.5V) çok daha düşük, yaklaşık 0,5 ila 0,6 voltluk bir maksimum “yüksüz” açık devre voltajı ( V OUT ) üretir. Ancak tıpkı piller gibi, birkaç PV hücresini seri olarak birbirine bağlayarak daha yüksek voltajlar elde edilebilir.
Güneş ışığına maruz kaldığında, bir fotovoltaik hücre, yüzeyine düşen güneş ışığının seviyesiyle orantılı bir akım ( I ) üretir. Kısa devre akımı ISC olarak adlandırılan bir PV hücresinin üretebileceği maksimum kısa devre akımını temsil eder. Hücre terminalleri birbirine kısa devre yaptığında meydana gelir, ancak bu maksimum akım koşulları altında terminal voltajı sıfır olur, V OUT = 0. Daha sonra bir fotovoltaik hücrenin çıkış voltajı büyük ölçüde I SC‘den I O‘ya yük akımı taleplerine bağlıdır. Bu, bir PV hücresinin esasen düşük voltajlı, yüksek akımlı bir cihaz olduğu anlamına gelir.
Bir fotovoltaik hücrenin akım (ve güç) çıkışı, hücrenin yüzeyine çarpan güneş ışığının yoğunluğu ile orantılıdır. Örneğin, bulutlu veya donuk günler bir PV hücresinin etkinliğini azaltır, bu nedenle belirli bir yüke sağlayabileceği maksimum akım düşük olur, ancak hücre yine de tam çıkış voltajını sağlayabilir. Yükün mevcut gereksinimlerini artırmak için, tam gücü sağlamak için daha parlak, daha büyük miktarda güneş radyasyonu gerekli olacaktır.
Bununla birlikte, güneş radyasyonu ne kadar yoğun veya parlak olursa olsun, boyutu (yüzey alanı) nedeniyle tek bir fotovoltaik güneş pilinin sağlayabileceği maksimum akımın fiziksel bir sınırı vardır. Buna maksimum teslim edilebilir akım denir ve I MAX olarak sembolize edilir.
Bu nedenle, güneş pillerine veya panellere bağlanmak için engelleme diyotları veya bypass diyotları seçilirken, bu maksimum akım değeri olan I MAX dikkate alınmalıdır.
PN-bağlantı diyotu, elektrik akımının yalnızca bir yönde kendi içinden akmasına izin veren katı hal tek yönlü elektrik valfi gibi davranır. Bunun avantajı, diyotların, bir elektrik güneş enerjisi devresinin diğer bölümlerinden gelen elektrik akımı akışını engellemek için kullanılabilmesidir. Bir fotovoltaik güneş paneli ile kullanıldığında, bu tip silisyum diyotlara genellikle Blokaj/Engelleme Diyotları denir .
Bypass Diyotları, güneş ışığına maruz kalan güneş pillerinden akan akım(lar)ın aşırı ısınmasını ve bir akım yolu sağlayarak zayıf veya kısmen gölgeli güneş pillerini yakmasını önlemek için tek veya birkaç fotovoltaik güneş pili ile paralel olarak kullanılır. Engelleme diyotları, bypass diyotlarından farklı olarak kullanılır.
Güneş panellerindeki baypas diyotları, etrafındaki akımı şöntlemek için bir fotovoltaik hücre veya panel ile “paralel” olarak bağlanırken, engelleme diyotları, akımın geri akmasını önlemek için PV panellere “seri” bağlanır. Bu nedenle engelleme diyotları, çoğu durumda diyot fiziksel olarak aynı olmasına rağmen, baypas diyotlarından farklıdır, ancak farklı şekilde kurulur ve farklı bir amaca hizmet eder.
Diyotlar daha önce de söylediğimiz gibi akımın sadece bir yönde akmasına izin veren cihazlardır. Yukarıda yeşil renkli diyotlar, düşük dirençli bir yol sağlamak için her bir güneş paneliyle paralel olan “bypass diyotlarıdır”. Güneş panelleri ve dizilerindeki baypas diyotlarının bu kısa devre akımını güvenli bir şekilde taşıyabilmesi gerekir.
Kırmızı renkli iki diyot, her bir seri dalıyla seri halinde olan “engelleme diyotları” olarak adlandırılır. Engelleme diyotları, bypass diyotlarından farklıdır, ancak çoğu durumda iki diyot fiziksel olarak aynıdır. Ancak farklı şekilde kurulurlar ve farklı bir amaca hizmet ederler.
Seri diyot veya izolasyon diyotu olarak da adlandırılan bu blokaj diyotları, elektrik akımının harici yüke, kontrolöre veya pillere seri dizinin yalnızca bir “OUT” yönünde akmasını sağlar.
Bunun nedeni, aynı dizideki diğer paralel bağlı PV panellerin ürettiği akımın daha zayıf (gölgeli) bir ağ üzerinden geri akmasını önlemek ve ayrıca tam şarjlı pillerin gece diziden boşalmasını önlemektir. Bu nedenle, birden fazla güneş paneli paralel bağlandığında, paralel bağlanan her branşmanda blokaj diyotları kullanılmalıdır.
Genel olarak konuşursak, PV dizilerinde iki veya daha fazla paralel dal olduğunda veya güneş gökyüzünde hareket ederken dizinin bir kısmının gün boyunca kısmen gölgelenme olasılığı olduğunda engelleme diyotları kullanılır. Kullanılan engelleme diyotun boyutu ve tipi, fotovoltaik dizinin tipine bağlıdır.
Güneş panellerinde ve dizilerde bypass diyotları olarak iki tip diyot mevcuttur: PN-bağlantılı silisyum diyot ve Schottky bariyer diyot. Her ikisi de çok çeşitli akım derecelendirmeleriyle mevcuttur. Schottky bariyer diyotu, bir silisyum cihaz için PN diyotlarının 0,7 volt düşüşünün aksine, yaklaşık 0,4 voltluk çok daha düşük bir ileri voltaj düşüşüne sahiptir.
Bu daha düşük voltaj düşüşü, güneş enerjisi dizisinin her bir dizi dalında bir tam PV hücre tasarrufu sağlar, bu nedenle dizi, engelleme diyotunda daha az güç harcandığından daha verimlidir. Çoğu üretici, tasarımı basitleştiren güneş panellerinde hem engelleme diyotları hem de bypass diyotlarını kullanır.
