Η μυστηριώδης Δίοδος και τα Φωτοβολταϊκά... Μύθοι και αλήθειες !!!

Δίοδος και Φωτοβολταϊκά...

    Η δίοδος είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα το οποίο χρησιμοποιείται στα φωτοβολταϊκά κατα κόρον. Οι περισσότεροι που ασχολούνται με ηλεκτρονικο-ηλεκτρολογικά τη γνωρίζουν. Είναι αυτή στην παρακάτω εικόνα:

 

     Το πρώτο σχήμα είναι το πραγματικό της, ενώ το δεύτερο είναι ο συμβολισμός της στα σχηματικά κυκλώματα. Όπως βλέπουμε το παραπάνω σχήμα, η δίοδος αφήνει το ρεύμα που κατευθύνεται από αριστερά  προς τα δεξιά ενώ διακόπτει τελείως το ρεύμα που κατευθύνεται από δεξιά προς αριστερά. Με λίγα λόγια επιτρέπει τη διέλευση του ρεύματος μόνο από την μια φορά μέσα της.

     Στα φωτοβολταϊκά χρησιμοποιείται για δύο λόγους, και της έχουν δωθεί δυο ονομασίες. 

1)  Δίοδοι αντεπιστροφής (Blocking Diode)

2)  Δίοδοι διέλευσης (Bypass Diode)

Δίοδοι αντεπιστροφής - Blocking Diodes

      

     Ας συνδέσουμε ένα φωτοβολταϊκό πάνελ με μια μπαταρία να φορτίζεται και ας υποθέσουμε οτι η μπαταρία έχει στα άκρα της τάση 12,7Volt. Όσο το πάνελ παράγει τάση μεγαλύτερη από την τάση της μπαταρίας (δηλαδή τάση πάνελ> 12,7V) η φορά του ρεύματος στα άκρα της διόδου είναι από το θετικό προς το αρνητικό, οπότε η δίοδος επιτρέπει τη φόρτιση της μπαταρίας. Καθώς σουρουπώνει, η τάση που παράγει το φωτοβολταϊκό όλο και θα μικραίνει ώσπου κάποια στιγμή θα εξισωθεί με την τάση της μπαταρίας. 

    Έστω οτι έχει φορτίσει στα 13,7V η μπαταρία. Σκοτεινιάζοντας κι άλλο το φωτοβολταϊκό θα παράγει ενέργεια με τάση μικρότερη των 13,7V. Αφού θα έχουμε την τάση της μπαταρίας να είναι μεγαλύτερη, το ρεύμα θα προσπαθήσει να αντιστρέψει τη φορά του, μάταια όμως γιατί η blocking δίοδο που έχουμε τοποθετήσει δε θα επιτρέψει τη φορά αυτή του ρεύματος. Εάν δεν υπήρχε η δίοδο το ρεύμα θα αντιστρεφόταν και θα γινόταν κατανάλωση για την μπαταρία και στο τέλος αποφόρτισή της.

     Τα φωτοβολταϊκά, όταν δεν παράγουν ρεύμα, γίνονται αντιστάσεις. Αυτό συμβαίνει γιατί για να περάσει το ρεύμα μέσα από τα φωτοβολταϊκά κελιά πρέπει να δωθεί ενέργεια στα ηλεκτρόνια της μιας πλάκας να μεταπηδήσουν στην άλλη και να συνεχιστή η ροή του. Στην περίπτωση που τα πάνελ παράγουν ρεύμα την ενέργεια αυτή την δίνει ο ήλιος και με το παραπάνω, αφού είναι η ηλεκτρική ενέργεια που εκμεταλευόμαστε από τα φωτοβολταϊκά πάνελ.

     Πλέον οι περισσότεροι ρυθμιστές φόρτισης, έχουν ενσωματωμένο ειδικό κύκλωμα για τα επιστρεφόμενα ρεύματα. 

     Στο παραπάνω σχήμα βλέπουμε μια συνδεσμολογία τριών φ/β πάνελ σε σειρά. Εάν το ένα παράγει 15V 3Α τότε αφού τα συνδέσαμε σε σειρά προσθέτουμε την τάση που μας βγάζουν 45V και τα Αμπέρ μένουν τα ίδια δηλαδή 3Α. Φαίνεται πως συνδέεται και η Blocking diode και η Bypass diode. 

Δίοδοι διέλευσης - Bypass Diode

    Οι δίοδοι Bypass συνδέονται όπως στο παραπάνω σχήμα. Παράλληλα με τα πάνελ. Τα περισσότερα -αν όχι όλα- τα εργοστασιακά φ/β πάνελ διαθέτουν στο κουτί διασύνδεσης που βρίσκεται στην πλάτη τους μια, δυο ή και τρείς τέτοιες δίοδους.  Είναι άκρως σημαντικές για να περιοριστούν οι απώλειες της ενέργειάς μας στο ελάχιστο. Οι απώλειες μπορούν να δημιουργηθούν από το οτιδήποτε.

    Όταν ένα πάνελ σκιαστεί μέρος του ή ολόκληρο από φύλλα, χιόνι, σκόνη, ή ό,τι άλλο του στερεί τις ακτίνες του ήλιου κατά ένα βαθμό, τότε η απόδοσή του μπορεί να πέσει και έως το μηδέν.  Αυτό γίνεται επειδή τα σκιασμένα φ/β κελιά δεν παράγουν και λειτουργούν ως αντιστάσεις για τα υπόλοιπα.  Αλλά ακόμα και στην περίπτωση που σπάσει, φθαρεί ή χαλάσει το ένα πάνελ του συστήματός μας. Από το φ/β πάνελ που υπολειτουργεί περνάει το ρεύμα από τα άλλα που είναι στον ήλιο και η ισχύς τους είναι στο μέγιστο. Τοποθετώντας τις διόδους Bypass καταφέρνουμε να παρακάμπτουμε τα σκιασμένα φ/β πάνελ και να έχουμε τη μέγιστη απόδοση προς όφελός μας κάθε στιγμή.

     Υπάρχει και ένα άλλο πλεονέκτημα των διόδων διέλευσης. Όταν το ρεύμα περνά μέσα από τις φ/β κυψέλες που είναι σκιασμένες, αυτές λειτουργόντας ως αντίσταση υπερθερμαίνονται, με αποτέλεσμα ακόμα και όταν ξαναφωτιστούν (είτε φύγουν τα φύλλα ή η σκόνη) δεν θα είναι σε θέση να παράγουν αρκετή ενέργεια με τη θερμοκρασία που θα έχουν. Είναι γνωστό άλλωστε οτι η απόδοση των φ/β κυψελών πέφτει αρκετά με την αύξηση της θερμοκρασίας τους. Έτσι η δίοδος διέλευσης μας απαλλάσει και από αυτό το αρνητικό σημείο των σκιασμένων κελιών.