آشنایی با دیود بای پس (Bypass Diode) در صفحات خورشیدی

 
دیودهای بای پس یکی از قسمت های مهم پنل‌های خورشیدی محسوب می شوند. وجود این دیودها کمک می‌کند که در وضعیت افتادن سایه روی پنل‌های خورشیدی، توان کمتری از پنل خورشیدی و متعاقبا سیستم برق خورشیدی کاهش یابد. همچنین از آسیب جدی به پنل خورشیدی ناشی از سایه روی آن جلوگیری می کند. استفاده از دیود بای‌پس در صفحات‌ خورشیدی که بطور سری به هم وصل شدند، در صورت کاهش ولتاژ باعث تأمین یا قطع کامل انرژی می شوند. این استفاده از دیودهای بای پس به دیگر سلول‌ها و پنل‌های خورشیدی این امکان را می دهد که با تولید ولتاژ کمتری به فعالیتشان ادامه دهند در این صورت اگر یکی از پانل ها خراب شود، تمام پانل های متصل به آن از مدار خارج نمی شوند.

تعریف دیود بای پس

دیود یک قطعه الکترونیکی کاربردی با دو پایه است و جریان را فقط در یک جهت هدایت می کند و در جهت مخالف آن را مسدود می کند. البته به این نکته نیز باید توجه داشت که برای هدایت باید ولتاژ دو سر دیود را از مقدار معینی افزایش پیدا کند. دیودها تنوع زیادی دارند و هر دیود برای کاربرد خاصی استفاده می شود. برای مثال دیود یکسوساز مانند باتری برای برای تبدیل برق شهر به برق یکسوشده استفاده می شود.

دیودهای بای (Bypass Diode) پس بین پایانه های مثبت و منفی سلول های خورشیدی بایاس معکوس هستند و بر خروجی کلی مدار تأثیری ندارند. در حالت ایده آل، یک دیود بای پس برای هر سلول خورشیدی در نظر گرفته می شود. اما این می تواند پر هزینه باشد، بنابراین به طور کلی یک دیود بین گروهی از سلول های خورشیدی قرار می گیرد. پنل خورشیدی از یک سری سلول خورشیدی و سلول های خورشیدی از لایه هایی از مواد سیلیکونی ساخته شده است.

برای این منظور لایه ای از سیلیکون به ماده تزریق می شود که باعث افزایش میزان الکترون در آن می شود. این لایه، N نامیده می‌شود. یک لایه دیگر نیز با کمبود الکترون ساخته می شود و به لایه ای از نوع P تبدیل می شود. در واقع همان فرآیندی که برای ساخت دیودها و ترانزیستورها استفاده می شود در اینجا نیز استفاده می شود.  وقتی لایه های N و P به هم وصل می شوند یک سلول حساس به نور به وجود می‌آید که با تابیدن نور بر سطح‌شان ولتاژ تولید خواهند کرد. در واقع سلول های خورشیدی دیودهای بسیار بزرگ حساس به نور هستند.

تاثیر سایه بر بازدهی و خروجی پنل های خورشیدی

عملکرد دیود بای پس در پنل‌های خورشیدی

همان طور که در مطالب قبلی توضیح داده شد هر سلول خورشیدی ولتاژی در حدود 0.5 تا 0.6 ولت تولید می کند، بنابراین برای رسیدن به ولتاژ مورد نیاز در پنل خورشیدی، عملیات سری شدن بین سلول های خورشیدی انجام می شود. برای دستیابی به ولتاژ و توان مورد نظر، عملیات سری­‌سازی کاملا ضروری است. اما اگر سلول از این طریق در معرض سایه، شکستگی، کثیفی و … قرار گیرد باعث اختلال در عملکرد تمامی سلول ها و یا به عبارتی دیگر تمام توان پنل از بین می رود.

دیودهای بای پس به موازات سلول ها قرار می گیرند و در حالت عادی عملکرد سلول­‌ها، در ناحیه بایاس معکوس قرار دارد و هنگامی که سلول در سایه می افتد، این دیودها بلافاصله بایاس شده و روشن می شوند و از خروج کل پنل خورشیدی از مدار جلوگیری می کنند. نکته دیگری که باید به آن توجه کرد این است که به دلیل مشکلات فنی و اقتصادی امکان استفاده از دیود بای پس برای هر سلول وجود ندارد و بنابراین برای چند سلول از یک دیود بای پس استفاده می شود.

کاربرد دیود بای پس در صفحات خورشیدی

همانطور که قبلا ذکر شد، اگر بخشی از پنل خورشیدی سایه دار باشد، برخی از سلول ها غیرفعال شده و به عنوان مصرف کننده در مدار ظاهر می شوند و باعث ایجاد هات اسپات می شوند. از دیود بای پس برای جلوگیری از به وجود آمدن هات اسپات و آسیب رسیدن به سلول‌های پنل خورشیدی در مقابل سایه استفاده می شود. دیودهای بای پس به گونه ای در مدار قرار می گیرند که غیرفعال کردن یک سلول در ردیف سلول های خورشیدی، کل ردیف را از مدار خارج کرده و جهت جریان الکتریکی را معکوس می کند. دیود بای پس مجموعه ای از سلول های خورشیدی را از مدار حذف کرده و توان پنل خورشیدی بیش از 30 درصد کاهش پیدا کرده است. با این کار امکان عبور جریان از سلول سایه از بین رفته و توان پنل خورشیدی کاهش می یابد.

در پنل خورشیدی 61 سلولی و 72 سلولی معمولی از سه عدد دیود بای پس استفاده می گردد. هنگامی که سایه ای روی یک ردیف از سلول ها ظاهر می شود، سلول های همان ردیف و ردیف های مجاور نیز غیرفعال می شوند. بنابراین، در نتیجه، هر پنل خورشیدی 60 یا 72 سلولی دارای 6 ردیف است که هر دو ردیف توسط یک دیود بای پس محافظت می شوند.

سخن پایانی

یکی از اجزای مهم در ساخت هر پنل خورشیدی دیود بای پس است. دیودهای بای پس معمولا در جعبه اتصال یا در جعبه سیاه پشت پنل خورشیدی قرار می گیرند تا سلول های پنل خورشیدی را از خطرات سایه محافظت کنند. دیودهای بای پس یکی از پرکاربردترین روش ها برای محافظت از سلول های خورشیدی و افزایش کارایی آن ها در سایه هستند.