Junction box with bypass diodes

By-pass diode zonnepaneel 4


Zonnepanelen zijn tegenwoordig voorzien van by-pass diodes om in geval van schaduw te voorkomen dat de opbrengst van een hele string wegvalt, of zelfs het paneel beschadigd raakt.

Effecten van schaduw

Actieve by-pass diode door schaduw

Een zonnepaneel bestaat uit een aantal cellen die elk ongeveer 0.58V opwekken zodra er licht op valt. De maximale stroom die een cel kan leveren is sterk afhankelijk van hoeveel licht er op valt.

Doordat alle cellen in een paneel in serie staan, wordt de maximale stroom in de hele keten bepaald door de minst belichte cel.

Om te voorkomen dat de stroom door het hele paneel (of zelfs de hele string van panelen) beperkt wordt door een paar beschaduwde cellen, heeft de fabrikant zgn. by-pass diodes geplaatst.

Stel dat een cel in volle zon 8 Ampère kan leveren en een cel in de schaduw maar 1 Ampère. Dan wordt de stroom door alle cellen beperkt tot die 1 A en dus 7A * 0.58V =  4Watt omgezet in warmte.

Met een paneel van 60 of 72 cellen kan dat verlies oplopen tot ruim 200 Watt per paneel en naast dat dat zonde is, kan het ook schade aan het paneel veroorzaken.

Een cel die in de schaduw valt, zal in zo’n geval een negatieve spanning opwekken en een ‘verbruiker’ worden. De beschaduwde cellen kunnen dan doorbranden.

Werking by-pass diode

Indien de spanning over een cel negatief wordt, zal de by-pass diode ingrijpen en de stroom van de andere cellen zal via de diode lopen en niet via de beschaduwde cellen. Ook door de andere cellen in diezelfde string zal dan geen stroom meer lopen

Hoe meer diodes er in een paneel geplaatst zijn, hoe beter het paneel om kan gaan met schaduw. Echter dat heeft ook weer een keerzijde. Bij elke diode is er een spanningsval van ongeveer 0.7V en de stroom die er bij schaduw doorheen gaat is gelijk aan dat van de hele string van panelen. Dus aangenomen dat dat 8 Ampère is, dan wordt er per diode 0.7V * 8A = 5.6Watt omgezet in warmte en komt dus niet aan bij de omvormer. Dus niet alleen krijg je geen opbrengst van de beschaduwde cellen, maar door die diodes verbruikt een beschaduwd paneel ook nog door andere panelen opgewekte energie.

Locatie en aantal diodes

Bypass diodes in een junction box

In de praktijk zitten de diodes op de achterkant van het paneel gemonteerd in de junction-box waar ook de aansluitingen van de stringen samen komen. Vaak zijn de cellen in een even aantal banen gerangschikt en wordt er 1 diode gebruikt om 2 banen te overbruggen. Dus met een paneel van 6×10 cellen zitten er vaak 3 diodes in de junction box.  Hoe meer diodes er geplaatst zijn, des te minder is het effect van schaduw op een paar cellen. Dit aantal staat vrijwel altijd genoemd in de datasheet van de panelen.

In de foto hiernaast zijn er 6 diodes zichtbaar. Echter in de opstellen zoals hier gebruikt, zitten ze per 2 parallel geschakeld. Dit is bedoeld om de warmte te verdelen. Er is namelijk nogal weinig ventilatie mogelijk in zo’n klein kastje. Effectief spreken we dan nog steeds over 3 diodes.

In een paneel wat volgens de specificaties 6 diodes heeft, worden de diodes iets anders geschakeld zodat de verliezen nog iets minder zijn wanneer meerdere diodes actief zijn door schaduw. Hierdoor kan bij een geheel beschaduwd paneel het verlies beperkt blijven tot het verlies over 1 diode.

 


Leave a Reply

4 thoughts on “By-pass diode zonnepaneel

  • Martrin Kuiper

    Ik heb een leuke hersenkraker voor de TD-er.
    Op mijn dak ligt 1650Wp aan panelen van het merk Sliver. (google)
    Het typische van deze panelen is dat ze parallel geschakeld zijn, bij normale werking levert elk paneel ca. 350V.
    Binnen hangt een 2kW SunnyBoy. Op het dak en omvormer heb ik ruimte om wat bij te plaatsen.
    Mijn oog is gevallen op beschikbare panelen van 210Wp die zo’n 5,5A doen bij 38V.
    Daarvan wil ik er 3 in serie plaatsen met de bestaande string zodat er geen extra stroom maar wel 100-120V extra spanning wordt opgewekt.
    Grote vraag is wat gaan de bypassdiodes van de nieuwe panelen doen met de 350V die al opgewekt wordt?
    Simpel doorsturen naar de inverter zodat er geen winst is?
    Of gaan de nieuwe panelen hun ding doen en er bij elkaar voor zorgen dat de spanning 100-120V hoger wordt zodat er toch extra vermogen wordt opgewekt?
    Gaat de MPP tracker dit snappen?

    • Gijs Noorlander Post author

      Die “Sliver” panelen leveren maximaal 4.7 A op de string.
      Ik ken die panelen niet. Grote kans dat ze niet een zelfde gedrag zullen vertonen als de mono/poly panelen die je erbij wilt leggen.
      Dus de MPP-tracker zal sub-optimaal werken.

      Een ander puntje van aandacht is dat je met 350 + 3×38 = 464V al akelig dicht bij de max waarde van de omvormer komt. Zeker als de temperatuur laag is, zoals bij vorst. (marge van +10% aanhouden)
      De spanning van die nieuwe panelen zal wel zakken tot zo’n 30 a 31 Volt bij belasting, dus zo’n vaart loopt het niet. Maar ik weet niet wat de marge is van die Sliver panelen. Ik weet niet wat de max waarde van jouw omvormer is. Die van mij kan tot 750V aan, maar de MPP-tracker kan maar tot 500V aan. Volgens mij werkt daarboven de tracker gewoon niet, of misschien schakelt ‘ie dan gewoon uit maar gaat ‘ie niet kapot???

      Wanneer je schaduw op 1 van de bestaande panelen krijgt, zal dat ook invloed hebben op de nieuwe panelen, omdat de totale stroom door de keten dan afneemt.
      De bypass diodes van de bestaande panelen grijpen pas in wanneer alle Sliver panelen in de schaduw zitten.
      De bypass diodes van de nieuwe panelen zullen mogelijk wel eerder ingrijpen wanneer een van die panelen in de schaduw zitten.

      Maar goed, ik denk dat het verstandiger is om een omvormer te zoeken die met die 3 panelen overweg kan. Ze verschillen te veel om in serie te zetten met de bestaande set en dus zul je in efficiëntie behoorlijk wat verliezen.
      Het lastige is dat ze op zo’n lage spanning zitten, dus dat er veel omvormers afvallen met zo’n klein aantal.

      Edit 2017/02/12 19:37:
      Pagina 29 van deze slides geeft aan dat er geen bypass diodes in de Sliver panelen zit.
      Dit omdat de structuur van de panelen dusdanig anders is dan traditioneel en je ze toch al parallel plaatst.
      En die presentatie geeft nog duidelijker aan dat het gedrag van die panelen heel anders is dan de ‘gewone’ panelen, waardoor de MPP-tracker met een combinatie van beide technieken echt de weg kwijt zal raken en dus veel lagere opbrengst dan mogelijk zal halen.
      Ik ben nu nog meer overtuigd van het advies wat ik al gaf, splits ze over verschillende omvormers, of in elk geval verschillende MPP-trackers.