مشکلات سایه بر روی پنل شرکت آراپل

مشکلات سایه بر روی پنل

هنگامی که سایه روی پنل می‌افتد چه اتفاقی روی می‌دهد؟

• حالت اول پنل دارای دیود بای‌ پس یا دیود بلاکینگ (سد کننده) نیست:

همانطور که می‌دانیم عملکرد تولید توان یک سلول بطور مستقیم تحت تأثیر میزان تابش است.
اگر یک سلول از میان یک پنل( که از سری شدن سلول‌ها حاصل شده است) تحت سایه قرار بگیرد جریان آن سلول کاهش یافته و عملکرد پنل دستخوش تغییر اساسی می‌شود؛ چون سلول‌هایی که بصورت سری قرار گرفته‌اند جریان آنها باید برابر باشد.
 اما چون سلولی که تحت سایه است قادر به تولید جریان نیست، ناچاراً سلول‌های دیگر که تحت سایه نیستند باید از سلول سایه‌افتاده پیروی کنند تا جریان مدارِ سری برابر شود. در نتیجه جریان خروجی پنل بطور چشمگیری کاهش یافته و عملاً پنل قادر به تولید توان نخواهد بود.
اما مسئله در همین جا تمام نمی‌شود، از دست رفتن تولید توان کل قضیه‌ی سایه‌اندازی نیست و تنها یک طرف قضیه است.
هنگامی که سایه روی سلول است ولتاژ دو سر سلولی که سایه روی آن افتاده است قابل بحث است.
پنلی را در نظر می‌گیریم که از ٦۰ سلول سری شده تشکیل شده است؛ شش استرینگ ده تایی. با فرض اینکه هر سلول ولتاژی برابر ۰.٦ ولت تولید می‌کند.

اگر مطابق شکل ۱ فرض شود که سلول مشخص شده دچار سایه شود پتانسیل قطب‌های مثبت و منفی سلول خواهد شد:

Vpositive= -44*0.6=- 26.4 volt
Vnegative=15*0.6=9 volt

در نتیجه ولتاژ دو سر سلول برابر خواهد بود با:

Vshaded_cell=Vp - Vn= -26.4 - 9= -35.4 volt

در سلول‌های خورشیدی بطور کلی ولتاژ شکست باباس معکوس برابر ۱۳۳- ولت می‌باشد. با توجه به اینکه ولتاژ دوسر سلولی که سایه روی آن افتاده است بیشتر از ولتاژ شکست بایاس معکوس سلول می‌باشد، این ولتاژ باعث تولید گرمای زیاد و در نهایت آسیب جدی به سلول می‌شود که به پدیده  Hotspot  معروف است

 
 شکل ۲

بنابراین مسئله سایه‌افتادگی روی پنل دو پیامد منفی دارد.
۱- عدم تولید توان
۲- مسئله Hotspot
جا دارد اشاره شود هنگامی که سایه تنها روی یک سلول بیفتد، از نظر مسئله تولید حرارت بدترین شرایط ممکن است، زیرا ولتاژ سلول‌های دیگر در نهایت بطور معکوس همگی روی آن سلول اعمال می‌شود. در این حالت می‌توان نوشت:

Vshaded_cell= -(Ncell - 1)* Vcell
=-(60-1)*0.6=-59*0.6=-35.4 volt

•  حالت دوم پنل دارای دیود بای‌پس باشد:

همانطور که اشاره شد، مسئله‌ی Hotspott تهدید جدی در سایه‌افتادگی روی پنل محسوب می‌شود. یک راه حل برای این مسئله استفاده از دیود بای‌پس می‌باشد. ابتدا به نظر می‌رسد که هر سلول دارای دیود بای‌پس باشد، اما این امر هم هزینه‌بر است و هم به لحاظ اجرایی آسان نیست.
بهمین خاطر جهت سهولت گروهی از سلول‌ها توسط یک دیود بای‌پس محافظت می‌شوند. 
در برخی حالات فرضاً در یک پنل دارای ٦۰ سلول که بصورت ٦ استرینگ ۱۰ تایی سری شده‌اند، هر استرینگ توسط یک دیود بای‌ پس محافظت می‌شوند و نیاز به ٦٦ عدد دیود می‌باشد؛ در موارد دیگر من جمله پنل‌های ینگلی سولار، هر دو استرینگ به عبارت دیگر هر ۲۰ سلول توسط یک دیود بای‌پس محافظت می‌شوند؛

 شکل ۳

برای اینکه دیود در حالت نرمال در شایط بایاس معکوس باشد و هدایت نکند، آند دیود به قطب منفی سلول اول و کاتد دیود به قطب مثبت سلول متناظر در استرینگ بعدی وصل می‌شود.
در این حالت در شرایط نرمال که سایه روی پنل نباشد، ولتاژ دو سر هر دیود بای‌پس برابر خواهد بود با:

Vdiode_unshaded=-(20)*0.6=-12 volt

چون ولتاژ دو سر دیود منفی می‌باشد دیود در بایاس معکوس بود و هدایت نمی‌کند. همچنین ولتاژ ۱۲- از ولتاژ شکست دیود بای‌پس کمتر بود و مشکلی ایجاد نمی‌شود.
اگر سایه روی پنل بیفتد، برای بررسی حداکثر ولتاژ معکوس، فرض می‌کنیم که تنها یک سلول دچار سایه‌افتادگی شده باشد. در این حالت با توجه به اینکه ۲۰ سلول توسط یک دیود محافظت می‌شوند خواهیم داشت:

Vcell_shaded=-(20-1)*0.6=-19*0.6=-11.4 volt

در این حالت حداکثر ولتاژ معکوس روی سلول برابر ۱۱.۴- ولت خواهد بود که کمتر از ۱۳- ولت ولتاژ شکست سلول می‌باشد. پس سلول در برابر Hotspot محافظت خواهد شد.
 در این حالت ولتاژ دو سر دیود بای‌پس صفر خواهد شد و دیود در بایاس مستقیم قرار گرفته و هدایت می‌کند. با هدایت دیود بای‌پس، سلول‌هایی که توسط آن دیود محافظت می‌شوند بای‌پس شده و از مدار خارج می‌شوند و بقیه پنل به تولید توان خود ادامه می‌دهد و خللی در عملکرد ۴۰ سلول دیگر ایجاد نمی‌شود. و پنل تنها یک سوم تولید خود را از دست می‌دهد.
بعبارت دیگر استفاده از ۳ دیود بای‌پس پنل را به ۳ زیرمجموعه تقسیم می‌کند که عملکرد آنها در سایه‌افتادگی همدیگر را تحت تأثیر قرار نخواهند داد.
همانطور که مشاهده می‌شود، با استفاده از دیود بای‌پس هم سلول‌های دچار سایه‌افتادگی در مقابل پدیده‌ی Hotspotingg محافظت می‌شوند و هم اینکه توان پنل ادامه خواهد یافت و با سایه افتادگی روی تنها یک سلول، کل توان پنل از دست نخواهد رفت.

برق خورشیدی | سولار