کاربرد دیود در صفحات خورشیدی

 استفاده از دیود بای‌پس در سلول‌ها و صفحات‌ خورشیدی که به‌صورت سری به یکدیگر متصل شدند، باعث تأمین یا قطع کامل انرژی در صورت کاهش ولتاژ می‌شوند.

امروزه، با رواج تولید انرژی پاک و مقرون‌ به‌ صرفه، استفاده از سلول‌های خورشیدی به صورت چشم‌گیری در حال افزایش است و مردم به نصب سلول‌ها یا صفحات خورشیدی بر روی پشت بام‌های منازل‌شان روی می‌آورند.

پنل‌های خورشیدی، جز یکی از حیاتی‎ترین اجزای سیستم‌های فتوولتاییک بوده و هر عملی که منجر به کاهش کارآیی و مقدار توان تولیدی پنل‌ها گردد، در واقع به نحوی اتلاف سرمایه‌گذاری‌های انجام شده است. باید توجه داشت که عوامل مختلفی می‌تواند منجر به کاهش کارآیی پنل‌های خورشیدی گردد؛ که یکی از این موارد از دست رفتن یک سلول و یا تعدادی از سلول‌ها به دلیل سایه، کثیفی، شکستگی و … است.

هر سلول خورشیدی ولتاژی در حدودی 0.5 تا 0.6 ولت را تولید می‌نماید لذا جهت دستیابی به ولتاژ مورد نیاز در پنل‌های خورشیدی، عمل سری‌سازی بین سلول‌های خورشیدی انجام می‌گیرد. شکل زیر نحوه سری­‌سازی بین سلول‌های خورشیدی جهت دستیابی به ولتاژ مورد نظر را نشان می‌دهد.

استفاده از دیود بای‌پس در سلول‌ها و صفحات‌ خورشیدی که به‌ صورت سری به یکدیگر متصل شدند، باعث تأمین یا قطع کامل انرژی در صورت کاهش ولتاژ می‌شوند. دیود بای‌پس به‌صورت بایاس معکوس به پایانه‌های مثبت و منفی سلول‌های (صفحات) خورشیدی متصل شده‌اند و هیچ تأثیری در خروجی آن‌ها ندارند. به‌طور ایده‌آل برای هر سلول خورشیدی می‌توان یک دیود بای‌پس قرار داد اما به علت هزینه بالای آن‌ها بهتر است برای هر گروه کوچک از سلول‌های سری، یک دیود بای‌پس تعبیه شود.

عمل سری­‌سازی جهت دستیابی به ولتاژ و توان مورد نظر، کاملا ضروری است، ولیکن چنانچه یک سلول در این مسیر دچار سایه، شکستگی، کثیفی و … شود، منجر به آن خواهد شد که عملکرد کلیه سلول­‌ها مختل شده و یا بعبارتی دیگر کل توان پنل از دست خواهد رفت. شکل زیر حالتی را نشان می­‌دهد که چندین سلول با همدیگر سری شده‌اند.


در شکل فوق ملاحظه می­‌شود که یکی از سلول­‌ها دچار سایه شده است که این امر منجر به آن می­‌شود که کل انرژی تولیدی سایر سلول­‌ها نیز در سلول سایه­‌دار تلف شود. اما دلیل این موضوع چیست؟ هر سلول خورشیدی به صورت یک منبع جریان که با یک دیود معکوس موازی مدل می­‌گردد. شکل زیر مدل مداری یک سلول خورشیدی را نشان می­‌دهد.


از سویی دیگر در حالت کارکرد عادی می­‌توان سلول­‌ها را با یک منبع ولتاژ 0.5 ولتی نیز معادل نمود. حال فرض کنید که یکی از سلول­‌ها دچارسایه شده است این امر بدین معناست که این سلول جریان و یا توانی تولید نمی­‌کند، به عبارت دیگر، جریان صفر و منبع جریان مدار باز است. این امر باعث خواهد شد که ولتاژ بقیه سلول­‌ها بر روی دیود این سلول افتاده و دیود مربوطه با توجه به افزایش ولتاژ در ناحیه شکست بهمنی قرار گیرد و این امر نیز منجر به اتلاف توان در دیود این سلول خواهد شد. در شکل زیر منحنی عملکردی یک دیود به تصویر کشیده شده است.



در شکل فوق قسمت هاشورخورده به نحوی نمایانگر مقدار تلفات دیود در حالت شکست بهمنی می­‌باشد و به همین دلیل چنانچه سلولی دچار سایه، شکستگی و … شود، توان تولیدی سایر سلول­‌ها در این سلول تلف خواهد شد. کمپانی­‌های سازنده برای حل این مساله از دیودهایی به نام دیودهای بازیابی معکوس و یا Bypass Diode استفاده می­‌کنند. شکل زیر عملکرد دیودهای Bypass  را نشان می­‌دهد.



همانطور که ملاحظه می­‌شود دیودهای Bypass به صورت موازی با سلول­‌ها قرار گرفته و در حالت عادی عملکرد سلول­‌ها، در ناحیه بایاس معکوس قرار دارند و چنانچه سلولی دچار سایه شود همانند سلول شماره 4 در شکل فوق، این دیودها به صورت مستقیم بایاس شده و روشن خواهد شد و بدین ترتیب مانع از آن خواهند شد که کل پنل خورشیدی از مدار خارج شود. نکته دیگری که باید بدان اشاره داشت، این است که؛ به دلیل مسائل فنی و اقتصادی؛ امکان استفاده دیود Bypass  بازای هر سلول وجود نداشته و لذا برای چندین سلول از یک دیود Bypass استفاده می­‌شود.