Funktion der Bypassdioden

  • Hallo,


    für meine Abschlussarbeit muss ich eine Bypass Diode (Simulation) dimensionieren. Das Modul besteht aus 72 hintereinander geschalteten Zellen. Über jeweils 24 Zellen wird eine Bypass Diode geschaltet. (Für jede Zelle gilt: Uoc=0.5V Isc=3A)


    Soll die Bypass Diode sofort anspringen, wenn eine Zelle nur mit 490W/m2 bestrahlt wird während andere Zellen mit 500W/m2 bestraht werden?


    Wenn eine Zelle unter einer Bypass Diode ausfällt wegen Abschattung dann liegt an dieser eine negative Spannung von 23*Uoc ab. Aber wenn dieser Zelle nur um 1/2 abgeschattet wird (mit 250W/m2 bestrahlt), dann liegt an dieser Zelle nicht mehr 23*Uoc ab. Oder?


    Grüße

  • Bypassdioden können nicht "anspringen" und auch nicht aktiviert werden. Vielmehr sitzen sie einfach in Warteposition
    und leiten den Stringstrom um, wenn die parallel verschalteten Zellen weniger Strom liefern.
    Zur Dimensionierung müssen sie mindestens den max. Stringstrom durch lassen.
    einstein0

    38 J Erfahrung mit PV im Netzverbund. Erster zweiachsiger Tracker in Australien.
    5 kW- Hybrid-Insel im E-Camper, BEV: Hyundai Kona. 30kW-PV-Anlage Ost/West.
    PV-Notstromversorgung 10 kWh im MFH mit Infini 3 kW.

  • Zitat von einstein0

    Bypassdioden können nicht "anspringen" und auch nicht aktiviert werden. Vielmehr sitzen sie einfach in Warteposition
    und leiten den Stringstrom um, wenn die parallel verschalteten Zellen weniger Strom liefern.
    Zur Dimensionierung müssen sie mindestens den max. Stringstrom durch lassen.
    einstein0


    Wenn eine Zelle aus einem Strang z.B. mit 4 Zellen 50% abgeschattet ist, wie groß ist dann die Spannung die an dieser Zelle abfällt? (Uoc=0.5V, Isc=3A) (ohne bypass diode)
    -3*Uoc kann nicht sein, weil die Zelle zur Hälfte abgeschattet wird oder?

  • Bei Parallelschaltung von Solarmodulen liegen die Dioden in Serie mit den Modulen. Sie müssen den vollen Solarstrom aushalten, wie schon Einstein geschrieben hat. Die Spannung spielt nur insofern eine Rolle, ob die Diode den Kollektor zum Summationspunkt durchschaltet oder nicht, die Sperrspannung der Diode muss größer als die Solarspannung am Summationspunkt sein.
    Die Dioden sollen hier einen eventuellen Rückstrom durch abgeschattete Module unterbinden.


    Bei in Serie geschalteten Modulen müssen die Dioden ebenfalls den maximalen Solarstrom aushalten. Abgeschattete Module werden dann durch die Diode überbrückt, wenn der betreffende Modul zur Gesamtspannung keinen Beitrag mehr leisten und der Strom der restlichen Kollektoren dann "aussenherum" fließen kann. Damit sich die Spannung am abgeschatteten Modul nicht umpolen kann. Die Spannung spielt hier insofern eine Rolle, weil die Diode in Sperr-Richtung die Solarspannung aushalten muss. (Die Kathode kommt ja an den + Anschluss des Kollektors) Je mehr Kollektoren sie überbrückt desto höher muss die zulässige Sperrspannung der Diode sein.


    Grüße vom
    -charlie-

  • Zitat von aliveli

    Wenn eine Zelle aus einem Strang z.B. mit 4 Zellen 50% abgeschattet ist, wie groß ist dann die Spannung die an dieser Zelle abfällt? (Uoc=0.5V, Isc=3A) (ohne bypass diode)
    -3*Uoc kann nicht sein, weil die Zelle zur Hälfte abgeschattet wird oder?


    Ja, eine einzelne Zelle liefert bei Beleuchtung etwa 0,5V. Mit abnehmender Beleuchtung verringert sich die Spannung
    bis auf Null, wird jedoch nie negativ! Mit der Diode hat dies nichts zu tun.
    einstein0

    38 J Erfahrung mit PV im Netzverbund. Erster zweiachsiger Tracker in Australien.
    5 kW- Hybrid-Insel im E-Camper, BEV: Hyundai Kona. 30kW-PV-Anlage Ost/West.
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  • Zitat

    Die Dioden sollen hier einen eventuellen Rückstrom durch abgeschattete Module unterbinden.


    Hi,
    dem TS geht es nicht um den Rückstrom zusammengeschalteter Module, sondern um die Bypassdioden
    in EINEM Modul. :D

  • Zitat von einstein0


    Ja, eine einzelne Zelle liefert bei Beleuchtung etwa 0,5V. Mit abnehmender Beleuchtung verringert sich die Spannung
    bis auf Null, wird jedoch nie negativ! Mit der Diode hat dies nichts zu tun.
    einstein0


    Wenn ich aber je Zelle eine Bypass-Diode parallel schalte, dann werden die Bypass-Dioden im unabgeschatteten Fall in Sperrrichtung betrieben. Wenn eine Zelle abgeschattet wird, dann liegt an dieser Zelle eine negative Spannung ab (-3*Uoc???) damit die Bypass-Diode in Druchlassrichtung arbeiten kann. Der Strangstrom wird dann über die Bypassdiode umgeleitet (Teilstring kurzgeschlossen). Was ich nicht verstehe, wie kann an der abgeschatteten Zelle eine negative Spannung abfallen? Bei abnehmender Strahlung verringert sich ja die Spannung an der Zelle bis auf Null.


    ??

  • eine negative Spannung wird im abgeschattetem Fall durch die Bypassdiode verhindert, weil sie durchschaltet. Im durchgeschaltetem Fall liegen maximal 0,8 Volt an der Diode an.
    -charlie-

  • Hmm, da installiert man hunderte von PV-Modulen und kann einem Newbe kaum erklären wie sie funktionieren :juggle:
    Stell dir eine Zelle als Batterie vor, mit einer Diode parallel. Ist die Batterie leer, übernimmt die Diode den Strom.
    Da wechselt die leere Batterie auch nicht ihre Polarität. Wenn ein 24 Zellenstrang parallel an einer Diode liegt und verschattet wird, dann sinkt die Spannung bis unter die Durchbruchspannung der Diode (etwa 0,5V) und die Diode übernimmt den Modulstrom.
    einstein0

    38 J Erfahrung mit PV im Netzverbund. Erster zweiachsiger Tracker in Australien.
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    • Offizieller Beitrag

    Aliveli hat schon recht: die 24 Zellen werden durch die (aktivierte) Bypass-Diode kurzgeschlossen, also liegt an z.B. einer verschatteten Zelle die Leerlaufspannung der übrigen 23 Zellen in "Gegenrichtung" an.
    Ist z.B. hier beschrieben:
    http://www.et-inf.fho-emden.de…r/download/PV_Solar_2.pdf


    Die Bypass-Dioden sind extra so bemessen, dass eine einzige verschattete Zelle von den restlichen Zellen nicht umgepolt werden kann.
    Wenn man z.B. bei einem 72-Zeller nur eine Bypass-Diode verbaut hätte und eine Zelle verschattet wäre, dann würden die restlichen 71 Zellen die verschattete Zelle wohl zum Durchbrechen bewegen (die Zelle ist ja eine Diode, an der eine ggf. zu hohe Spannung in Sperrrichtung anliegt) --> Erhitzung und Beschädigung der Zelle, was man durch die Bypass-Dioden vermeidet.


    Da gibts doch entsprechende Zell-Kennlinien, wo man das ablesen kann... aber ich find auf die Schnelle keine.


    Zitat

    Soll die Bypass Diode sofort anspringen, wenn eine Zelle nur mit 490W/m2 bestrahlt wird während andere Zellen mit 500W/m2 bestraht werden?


    Es ist nicht die Aufgabe der Diode, das zu "entscheiden", sondern der Wechselrichter kann die Diode durch Einstellen der Spannung zum Durchschalten bewegen, oder auch nicht.
    (Voraussetzung ist aber, dass das Modul weniger Strom als die übrigen Module liefern kann. Wenn alle Module exakt identische Zellen enthalten und identisch beleuchtet sind, wird auch beim Kurzschluss des Strings keine Diode durchschalten. Der restliche String muss so viel Strom liefern, dass bei diesem Strom an dem verschatteten Modul-Teil die Spannung bis auf ca. 0,5V abfällt, damit die Bypass-Diode durchschalten kann).
    Im Idealfall fährt der WR die ganze Kennlinie durch und entscheidet sich dann für die Spannung, bei der die maximale Leistung kommt. Siehe auch die vielen Threads zum Thema Verschattungsmanagement.


    Zitat

    wenn dieser Zelle nur um 1/2 abgeschattet wird (mit 250W/m2 bestrahlt), dann liegt an dieser Zelle nicht mehr 23*Uoc ab. Oder?


    Edit:
    Das kommt v.a. wieder auf den WR an: Wenn der volle Strom abgenommen wird, dürfte wieder annähernd 23*Uoc anliegen (weil die Zelle diesen Strom nicht liefern kann). Wenn die halbe Stringspannung abgenommen wird, arbeitet die Zelle normal.
    Das sollte man durch Parallelschaltung einer Diode (= verschatteter Teil) und einer Solarzelle (= beleuchteter Teil der Zelle ) simulieren können. Die Kennlinie wird wohl zwischen den beiden Linien im obigen PDF auf S. 2 liegen, also schlagartige Umpolung der Zelle ab halbem Strom.)