یکی از ضروری‌ترین قطعات در ساختار هر پنل خورشیدی، دیود بای پس است. دیود بای پس به طور معمول در Junction Box یا همان جعبه سیاه رنگ پشت پنل خورشیدی قرار می‌گیرد و از سلول‌های پنل خورشیدی در مقابل خطرات حاصل از سایه، حفاظت می‌کند. قبل از توضیح کاربرد دیود بای پس در پنل خورشیدی، لازم است ابتدا با سه نکته زیر بیشتر آشنا شویم:
- قطعه الکترونیکی دیود و کاربرد آن
- نحوه اتصال سلول‌های داخل پنل خورشیدی
- خطرات ناشی از سایه در پنل خورشیدی
در ادامه قصد داریم به طور کلی 3 مورد بالا رو براتون شرح بدیم و در نهایت با کاربرد دیود بای پس در پنل خورشیدی آشنا شویم پس در ادامه با ما همراه باشید.
دیود و کاربرد آن
اگر بخوایم به صورت خیلی ساده توضیح بدیم، دیود یک قطعه الکترونیکی کاربردی هست که دارای 2 پایه هست و جریان الکتریکی رو فقط در یک جهت هدایت و در جهت مخالف مسدود می‌کند. البته باید به این نکته نیز توجه داشت که برای هدایت باید ولتاژ دو سر دیود از یک مقدار مشخصی افزایش یابد. دیود‌ها دارای تنوع بسیاری هستند و هر کدام برای کاربرد مشخصی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
به عنوان مثال دیود یکسوساز برای برای تبدیل برق شهر به برق یکسوشده همانند باتری مورد استفاده قرار می‌گیرد و دیود LED به قطعه‌ای گفته می‌شود که اگر در جهت مشخص و با ولتاژ مشخص انرژی الکتریکی به آن اعمال شود، از خود نور ساطع می‌کند.
دیودهای مورد استفاده در ساختار پنل خورشیدی به طور معمول از نوع دیود شاتکی هستند. دیودهای شاتکی سریع و دارای افت ولتاژ کمتری هستند. تا اینجا توضیح در مورد دیود کافی بوده و در ادامه نحوه قرار گرفتن آن در ساختار پنل خورشیدی شرح داده می‌شود.
اتصال سلول‌ها در ساختار پنل خورشیدی
هر پنل خورشیدی از تعداد مشخصی سلول خورشیدی تشکیل شده است. هر سلول دارای توان و ولتاژ مشخص است. به منظور دستیابی به ولتاژ و توان بالا‌تر در یک پنل خورشیدی، سلول‌ها با یکدیگر سری می‌شوند. برای مثال در یک پنل خورشدی ۶۰ سلولی تعداد ۶۰ عدد سلول با یکدیگر موازی شده‌اند که ولتاژ خروجی در نقطه حداکثر توان به عددی در حدود ۲۸ تا ۳۱ ولت می‌رسد. همچنین پنل ۷۲ سلولی را در نظر بگیرید که به دلیل افزایش تعداد سلول‌ها دارای ولتاژی در حدود ۳۴ تا ۳۸ ولت است.
خطرات ناشی از سایه بر روی سطح پنل خورشیدی
مهم‌ترین خطر ناشی از به وجود آمدن سایه بر روی سطح پنل خورشیدی، نقطعه داغ یا همان هات اسپات Hot Spot است. تمامی سلول‌های خورشیدی در یک پنل خورشیدی در حال تولید توان هستند و یک جریان ثابت از داخل آن عبور می‌کند. تمامی این سلول‌ها دارای یک پلاریته (جهت ولتاژ و جریان) مشخص است. در صورت به وجود آمدن سایه بر روی یکی از سلول‌های پنل خورشیدی، آن سلول دیگر توان تولید نخواهد کرد و در اصل مصرف کننده توان می‌شود. در این حالت با عبور جریان از این سلول، مقداری توان در آن تلف می‌شود و در نتیجه دمای سلول شروع به افزایش می‌کند. با افزایش دما، سلول تا مرز آتش گرفتن می‌رود و در برخی موارد آتش سوزی نیز اتفاق می‌افتد. در بعضی موارد نیز موجب قطع شدن مسیر می‌شود و پنل دیگر خروجی نمی‌دهد.
کاربرد دیود بای پس در پنل خورشیدی
همانطور که اشاره شد، در صورت سایه شدن بخشی از پنل خورشیدی، بعضی از سلول‌ها غیر فعال شده و به عنوان مصرف کننده در مدار ظاهر می‌شوند که این امر موجب به وجود آمدن هات اسپات می‌شود. به منظور جلوگیری از به وجود آمدن هات اسپات و آسیب رسیدن به سلول‌های پنل خورشیدی در مقابل سایه از دیود بای پس استفاده می‌شود. دیود بای پس، طوری در مدار قرار می‌گیرد تا با غیر فعال شدن یک سلول از یک ردیف سلول خورشیدی، کل ردیف را از مدار خارج و مسیر جریان الکتریکی را تغییر دهد.
همانطور که در شکل زیر مشاهده می‌کنید، دیود بای پس یه مجموعه از سلول خورشیدی را از مدار خارج کرده و توان پنل خورشیدی بیش از ۳۰ درصد کاهش پیدا کرده است. با این کار دیگر خطر عبور جریان از سلول سایه شده دور می‌شود و در مقابل مقداری توان پنل خورشیدی کاهش می‌یابد.
در پنل خورشیدی ۶۰ سلولی و ۷۲ سلولی معمولی از ۳ عدد دیود بای پس استفاده می‌شود که با به وجود آمدن سایه بر روی یک ردیف از سلول‌ها، سلول‌های همان ردیف و ردیف مجاور نیز غیر فعال می‌شود. پس در نتیجه هر پنل خورشیدی ۶۰ یا ۷۲ سلولی دارای ۶ ردیف است که هر دو ردیف توسط یک دیود بای پس حفاظت می‌شوند.