Diodos de derivación en paneles solares

En este tutorial, aprenderá sobre las células fotovoltaicas, los paneles solares, la configuración de las células solares, los rayos solares, la necesidad de diodos de derivación en los paneles solares, la potencia máxima en los paneles solares y mucho más.

La necesidad de diodos de derivación en los paneles solares

Por lo general, para continuar generando energía, se deben agregar componentes adicionales para evitar o derivar las partes sombreadas o dañadas de las células fotovoltaicas. Estos componentes adicionales que permiten que la corriente fluya a través de la célula fotovoltaica cuando la célula no puede producir energía pueden denominarse diodo de derivación.

Estos diodos son necesarios porque un pequeño daño o perturbación en el módulo fotovoltaico puede tener un impacto significativo en la corriente de salida. El efecto de la corriente de salida puede deberse al hecho de que las celdas en módulos conectados en serie, las celdas fotovoltaicas individuales con ligero sombreado, los módulos en cadenas pueden dejar de producir energía.

Los diodos de derivación son muy similares a los utilizados en las células solares, donde los diodos de derivación pueden pasar una mayor cantidad de corriente con una pérdida muy pequeña. Por lo general, los diodos de derivación están dispuestos en polarización inversa entre los terminales de salida positivo y negativo de las células solares, y no afectan su salida.

Preferiblemente habría un diodo de derivación para cada célula solar, pero como esto es más caro, hay un diodo para cada pequeño grupo de células solares conectadas en serie. Por lo general, están conectados entre sí con varias células solares que no permitirían el paso de la corriente si todas las células estuvieran en uso sin sombra.

Los diodos de derivación son útiles en casos especiales en los que la célula no puede pasar corriente. Este tipo de conexión de diodos de derivación evita la pérdida de energía, lo que permite que el grupo solar se ocupe de los problemas del mundo real de manera más eficiente.

Si uno de los paneles conectados está sombreado por alguna razón, considere la conexión anterior. Los paneles no producen una potencia significativa y los paneles tienen una mayor resistencia que bloquea el flujo de energía de los paneles sin sombra. A continuación, el diodo de derivación entró en existencia, como se muestra en el diagrama.

Teniendo en cuenta que uno de los paneles en el diagrama anterior está sombreado, la corriente del panel sin sombreado puede fluir a través del diodo de derivación, evitando así la mayor resistencia y el corte de corriente del panel sombreado. Los diodos de derivación son inútiles a menos que los paneles estén conectados en serie para producir alto voltaje.

Recientemente, algunos paneles solares se han dividido en grupos y se han fabricado con células con diodos de derivación incrustados en esos grupos. Los módulos solares con diodos de derivación se fabrican por dos razones. Principalmente, los diodos de derivación mejoran el rendimiento general del sistema de los módulos solares. La segunda razón es que puede proporcionar más seguridad del producto.

En condiciones de prueba estándar, los módulos fotovoltaicos pueden generar constantemente una tensión máxima de casi 0,5 V CC. La configuración de celdas estándar de un módulo solar tiene 72 celdas conectadas en serie para producir un voltaje de funcionamiento de casi 36 V CC. Por lo general, los diodos de derivación se conectan en paralelo a cada 72 celdas en un módulo solar de 24 celdas.

Ir al principio

Efecto de sombreado parcial

Las células solares sombreadas no son capaces de transportar corriente y/o voltaje a las células no sombreadas, lo que hace que la potencia nominal máxima de las células sombreadas disminuya como resultado del sombreado. Cuantos más tonos de celda, menos potencia tiene. Una celda con un 75% de sombra es peor que tres celdas con un 25% de sombra.

Las celdas sin sombreado consumen más energía que las celdas sombreadas porque generan voltaje negativo e intentan transportar una mayor cantidad de corriente que las celdas sombreadas. A medida que disminuye la potencia de salida de la cadena sombreada, también lo hace la potencia de salida de los paneles que quedan en la cadena. El circuito del inversor intenta reducir la potencia de salida y, eventualmente, también el voltaje de salida. La e de la cadena también cae fuera de la ventana de funcionamiento del inversor.

En tales casos, una serie de celdas conectadas en serie en condiciones de sombra puede producir una caída de voltaje de 12 Vcc.

Cuando los diodos de derivación se conectan en paralelo a cadenas de celdas conectadas en serie, se produce una caída de voltaje de aproximadamente 0,7 V CC. Dado que la electricidad fluye a través del camino de menor resistencia, aquí la corriente fluye a través del diodo y pasa por alto la celda sombreada.

Sin embargo, si los diodos de derivación no estuvieran presentes en el circuito, el efecto del sombreado sería mucho mayor ya que las células solares sombreadas consumen unos 12 Vcc, por lo que el voltaje del módulo solar podría reducirse a 24 Vcc.

Ir al principio

Seguridad de los paneles solares

La condición más horrible imaginable con un módulo solar sin un diodo de derivación es que puede causar un incendio y el subproducto sin duda será el calor. Esto es poco probable, pero posible bajo ciertas condiciones posibles. Después de varios días de funcionamiento en condiciones de sombra, el calor adicional generado y los múltiples ciclos de temperatura pueden debilitar la articulación de la célula solar.

Si la articulación se debilita y la conexión se rompe, existe la posibilidad de un arco eléctrico. Las altas temperaturas que penetran desde el arco eléctrico permiten que el oxígeno entre en la laminación de vidrio que mantiene las células en su lugar en los paneles solares, lo que hace que el vidrio explote. En este caso, el EVA altamente inflamable que mantiene unidos el laminado de vidrio y las células solares puede incendiarse.

Esta condición debe evitarse a toda costa. Por lo tanto, se requieren diodos de derivación para todos los módulos/paneles eléctricos solares.

Ir al principio

Construcción de células solares fotovoltaicas

Las células fotovoltaicas se crean cuando los semiconductores de tipo P cargados positivamente y los semiconductores de tipo N cargados negativamente se colocan en direcciones opuestas para formar un diodo. De hecho, este sándwich semiconductor se combina con un material de soporte, que de otro modo podría llamarse material dopado para fabricar diodos.

Estos diodos están conectados a un circuito a través de conductores metálicos en la parte superior e inferior del sándwich de silicio para crear un panel, donde se pueden organizar de manera ordenada para proporcionar cantidades variables de electricidad.

De hecho, las células fotovoltaicas contienen un revestimiento antirreflectante para acomodar la mayor cantidad de luz solar en el sándwich de silicona. Esta lámina antirreflectante busca garantizar que la mayor cantidad de luz solar incida en las células solares, reduciendo la cantidad de luz solar reflejada por el vidrio y aumentando la eficiencia de los paneles solares.

Las células fotovoltaicas son un elemento importante del sistema fotovoltaico general, y los paneles fotovoltaicos se utilizan para poner a disposición células o grupos de células. En los paneles solares, la energía solar se puede utilizar sola o en grupos de paneles para alimentar una gran cantidad de cargas eléctricas diferentes. Los diferentes tipos de energía solar varían en tamaño y estructura.

• Una sola célula o varias células son una parte clave de un panel solar.
• La laminación de vidrio se coloca en la parte superior de las células fotovoltaicas para protegerlas de los elementos al permitir que la luz solar pase a través de ellas.
• A menudo se utilizan láminas antirreflectantes de plástico adicionales para mejorar la eficacia de la cubierta laminada de vidrio y mejorar el revestimiento antirreflectante de las células fotovoltaicas para bloquear los reflejos.
• La parte posterior del panel, generalmente de plástico y enmarcada, suele mantener todas las piezas juntas, protegiéndolas de daños durante el proceso de instalación, completando así el panel solar.

Ir al principio

Conexión de paneles fotovoltaicos

Una matriz fotovoltaica simple en el gráfico anterior consta de cuatro módulos fotovoltaicos mediante la producción de dos ramas en paralelo que tendrán dos paneles fotovoltaicos que se conectan eléctricamente entre sí para producir un circuito en serie.

Por lo tanto, el voltaje de salida del panel solar puede ser igual a la suma de los voltajes de los paneles fotovoltaicos conectados en serie. En el circuito anterior, el voltaje de salida es V._fuera = 12 V + 12 V = 24 voltios. La corriente de salida de una matriz fotovoltaica es igual a la suma total de las corrientes de derivación paralela.

Ir al principio

Características de los paneles fotovoltaicos

Ir al principio

Corriente de cortocircuito (Isc) y/o voltaje de circuito abierto (VOC)

Las células solares o los paneles fotovoltaicos se caracterizan por corrientes de cortocircuito, generalmente denotadas por I._Sc Voltaje de circuito abierto denotado por V y V_Osis. La corriente de cortocircuito de un panel solar se puede denominar la corriente generada por la célula o panel solar si el voltaje de salida se establece en 0 voltios.

Soy yo_L = I_Sc + Yo_Sc. (R_S-R_P) + I_O.[exp[(q/kT).I_SC.R_S)-1]

Soy yo_Sc ~Soy yo_L

R_S /R_P y R_S Si es insignificante, la corriente de cortocircuito de la célula o panel solar está cerca de la fotocorriente I._L Esto es generado por la celda y es la cantidad máxima de corriente generada por la celda para una cantidad fija de iluminación.

Soy yo_L = I_O. {exp[(q/kT).V_OC]-1}-(V_{OC Inc.}-R_P)

Voltaje de circuito abierto denotado por V_Osis es el voltaje de salida medido a cero solar. Las fotocorrientes son las mismas que las de los elementos intrínsecos de las células solares y la pérdida de corriente de la tensión de circuito abierto V_Osis es igual a la tensión directa del diodo natural V._d.

Ir al principio

Punto de máxima potencia de salida

Se define como el punto en el que los paneles solares producen la máxima cantidad de energía en relación con la carga de la batería y/o del inversor. El punto de potencia de salida máxima de los paneles solares fotovoltaicos generalmente se puede medir en vatios pico o vatios. Se puede dar de la siguiente manera:

P_Máximo = (I_Máximo) x (V_Máximo)

Ir al principio

V_Osis Y yo_Sc Cambio con la temperatura ambiente asociada

El voltaje de circuito abierto de una célula o panel solar se puede vincular al voltaje directo del diodo parásito. Por lo tanto, la tensión de circuito abierto V_Osis es un coeficiente de temperatura negativo, que depende de la temperatura. El valor máximo de la tensión de circuito abierto es el valor mínimo de temperatura de la unión especificado en la hoja de datos del panel.

La corriente de cortocircuito en una celda o panel aumenta ligeramente con la temperatura de la unión. La siguiente figura muestra una variante de V._Osis Y yo_Sc Con temperatura.

Habrá límites significativos para el amperaje máximo de una célula solar fotovoltaica en particular. El valor de Soy yo_Máximo El tamaño y la estructura de la célula o panel solar fotovoltaico, la cantidad total de luz solar que incide directamente en el panel/célula, el efecto de convertir la energía directa de la luz solar en corriente eléctrica y el hecho de que la célula solar es uno de los materiales semiconductores, como teluro de cadmio, sulfuro de cadmio, arseniuro de galio y/o silicio y germanio, etc.

Ir al principio

Elusión Diodos en paneles solares (paneles fotovoltaicos)

Por ejemplo, supongamos que la salida de un panel solar está conectada a una batería de CC. Por lo tanto, cuando hay luz, el panel solar genera voltaje, y si este voltaje es mayor que el voltaje de la batería, la carga de la batería aumenta. Si el panel solar no produce luz, la batería se descargará a través del panel solar.

Por lo tanto, cuando el panel solar está oscuro, los diodos se usan en serie con el panel solar para evitar la descarga de la batería, y estos diodos se denominan diodos de corte. En el circuito anterior, los diodos conectados en serie con el panel solar son los diodos de bloqueo.

En el circuito anterior, un diodo conectado en paralelo con un panel solar se denomina diodo de derivación. Estos diodos proporcionan una ruta separada para que fluya la corriente cuando el panel solar está sombreado o dañado.

Los diodos de bloqueo y los diodos de derivación son físicamente iguales, pero tienen funciones diferentes. Los diodos de bloqueo también se conocen como diodos en serie o diodos isocatiónicos. Utiliza un solo diodo de corte para cada brac paralelo del panel solar. El tipo y tamaño del diodo de bloqueo depende del tipo de panel solar.

Generalmente, se utilizan dos tipos de diodos como diodos de derivación en paneles solares. Son diodos de Si de unión PN normales y diodos Schottky. Ambos tipos de diodos tienen una amplia corriente nominal. Los diodos Schottky son preferibles como diodos de derivación que los diodos de silicio PN ordinarios porque tienen una caída de voltaje más baja de aproximadamente 0,4 V, mientras que los diodos de Si ordinarios tienen una caída de voltaje de 0,7 V.

Recientemente, la mayoría de los fabricantes de paneles solares incluyen diodos de corte y derivación en sus diseños de paneles solares.

Ir al principio

Anterior – Cortadoras y abrazaderas de diodos

SIGUIENTE – Aplicaciones de diodos