Электрик и диод. Зачем диоды солнечным панелям?

Нужно ли ставить диоды для солнечных панелей? А быть может - они там уже стоят? Разберём простейшие схемы солнечных батарей и случаи, когда диод поможет избежать проблем, а когда будет ненужной финансовой нагрузкой.

Все солнечные панели состоят из некоторого числа фотоэлектрических ячеек. Схема солнечной ячейки в самом доступном варианте выглядит вот так:

Рис.1. Схема фотоэлектрической ячейки

Rn – последовательное сопротивление солнечной ячейки, Rш – параллельное или шунтовое. Как правило в фотоэлектрической батареи все элементы соединяются последовательно. Это иногда приводит к возникновению «чёрного пятна». Давайте посмотрим на схему солнечной панели, где нагрузка будет обозначена Rн.

Рис. 2 Схема готовой солнечной панели

Когда происходит затенение одного из элементов – исчезает его ЭДС, а вот активное сопротивление возрастает по мере затенения. Большая часть мощности солнечной панели выделится именно на затененной ячейки, что приведёт к её перегреву и выходу из строя. При этим выйти из строя может вся панель.

Именно для избегания этой проблемы каждую ячейку нужно шунтировать диодом.

Рис.3 Схема солнечной батареи с шунтирующим диодом

Когда ячейка солнечной панели освещена - шунтирующий диод заперт ЭДС самой ячейки. В этот момент ток через него не идёт, а солнечная панель работает в обычном режиме. Когда же происходит затенение ячейки исчезает ЭДС, диод открыт, а ток проходит мимо ячейки не нанося ей повреждений. Ни ячейка ни панель не выходят из строя.

Производить шунтирование каждой ячейки крайне дорого и сложно, поэтому чаще диоды подключают к группе ячеек.

Становится понятно зачем необходимы шунтирующие диоды и почему ставить их отдельно нет никакой необходимости – их уже содержит солнечная панель. Конечно возможно встретить солнечную батарею и без шунтирующих диодов, но сегодня это большая редкость.

Что такое блокирующие диоды? Зачем они нужны.

Предлагаем вам рассмотреть схему параллельного соединения двух солнечных панелей, изобразим их как диоды.

Рис.4 Параллельное соединение двух фотоэлектрических панелей

Когда затеняется одна панель, даже частично, происходит следующее: затенённая солнечная панель становится нагрузкой для той, что осталась освещённой. Противоток приводит к дополнительному нагреву. Сосем плохо, если сопротивление нагрузки высокое, а такое возможно при полном заряде подключённого аккумулятора. В крайнем случае возможно возникновение КЗ (короткого замыкания) той панели, что осталась освещена, через затеняемую.

Однако если фотоэлектрических панелей только две, то всё не так страшно и в цепи будет течь ток короткого замыкания одной панели, которые не такой уж и большой, что бы вывести из строя солнечную батарею. Куда хуже, если солнечных панелей больше, тогда ток в цепи будет выше и может привести к выходу из строя солнечного модуля.

Рис. 5 Параллельное соединение трёх солнечных панелей

Что бы исключить противоток нужно установить блокирующий диод для каждой параллельной цепи (в не зависимости от того одна солнечная панели или несколько соединены последовательно в каждом параллельном каскаде).

Рис.6 Блокирующие диоды при параллельном соединении солнечных батарей

Интересно! Подключение диода производится через разъемы МС4. При этом подключить диод в неверной полярности невозможно, так как + и – МС 4 разные и попросту не состыкуются неправильно. Исключением могут быть диоды неизвестных производителей, в том числе заказанные на китайских сайтах. Ведь что внутри у них – неизвестно никому.

Когда затенение солнечной панели делают специально?

Есть только один случай, при котором намеренное затенение фотоэлектрической панели оправдано – разносторонняя установка. Уступить суммарной выработке в угоду распределённой, в течение дня, – очень интересная идея.

В системах с разносторонней ориентацией солнечных батарей можно использовать отдельные контроллеры. То есть если у вас две панели развернуты в разные стороны – то они установлены на два разных контроллера заряда. Три – на три контроллера. Почему? Каждая будет иметь свою рабочую точку.

Есть заблуждение, что установка блокирующих диодов решает эту проблему. Почему заблуждение? Да потому что в течении дня панели будут работать по очереди, исключая друг друга, а выработка будет незначительно выше, чем у одно панели. Так есть ли смысл?

Детально тему «Монтаж солнечных батарей на разные скаты» мы разбирали в одноименной статье. А вот с видео обзором «Когда нужен диод солнечной панели?» можно ознакомиться на нашем YouTube канале.