Bypass diodes in zonnepanelen

De functie van diodes in zonnepanelen

De diodes voorkomen het ontstaan van hotspots (brandvlekken) in zonnecellen ten gevolge van schaduw of defecte zonnecellen.

Mono- en polykristallijne zonnepanelen

Een zonnepaneel bestaat meestal uit 60 zonnecellen in serie geschakeld. (sommige zoals de Sunforte 96 cellen). Gaan we uit van een paneel bestaande uit 60 zonnecellen, dan wordt dit paneel verdeeld in drie zones van 20 cellen. Over deze zones komen Schottky-diodes te staan (zie afbeelding). Mocht er iets fout gaan in dit zonnepaneel (defecte cel of schaduw) dan zal 1/3 van het zonnepaneel wegvallen of minder presteren. Zonder diodes zou het volledige paneel niet meer mee doen of minder presteren.
Voorbeeld: Een fictief zonnepaneel bestaande uit 60 cellen verdeeld over drie zones van 20 cellen.
1 cel levert bij volle zon 0,5 V en 10 A.
Dat betekend: Spanning over een zone is 20 x 0,5 V = 10V.
Stroom door een zone: 10A Spanning op het zonnepaneel: 3 x 10 V = 30V.
Stroom door het zonnepaneel: 10A.
Het paneel levert dan een vermogen van 30 x 10 A = 300 Watt. Wordt 1 cel van het zonnepaneel volledig beschaduwd, dan betekend dit:
De stroom door die cel wordt 0 A.
Omdat alle cellen in die zone in serie staan wordt de spanning over die zone: 19 x 0,5 + 1 x 0V = 9,5V.
De diode grijpt in: Stroom door die zone: 0 A.
De overige 2 zones leveren 10V en 10A. Het paneel lever dan een vermogen van 20 x 10 = 200 Watt.
Dit is een theoretisch voorbeeld. In de praktijk zal er nog wel iets aan vermogen opgewekt worden omdat er toch nog een klein stroompje loopt.

Vergelijk het met een tuinslang aangesloten op een waterkraan. De waterdruk is dan vergelijkbaar met de spanning op het zonnepaneel. De waterstraal is de stroom die door het zonnepaneel loopt. Ga je nu met je voet op de slang staan dan zal de druk toenemen maar de waterstraal minder worden. Trap je zo hard op de slang dat er geen water meer uitkomt, dan heb je een zonnepaneel met normale spanning maar geen stroom: Er wordt dus geen vermogen opgewekt.

CIS zonnepanelen

CIS-zonnepanelen bestaan maar uit een enkele cel. Derhalve kan er ook maar een enkele diode geplaatst worden in de junctionbox.

Soorten Junctionboxes (aansluitdozen)

Meestal bestaat voor een kristallijn paneel de junctionbox uit een aansluitdoos met 3 diodes over 20 cellen. Bij panelen die veel vermogen leveren wordt hier een koelelement op geplaatst om de warmte af te voeren. Daar er weinig plaats in de junctionbox is, en koelelementen vrij fors zijn, worden soms ook 2 diodes parallel geschakeld, al dan niet voorzien van een koelelementje.

Er bestaat ook een platform met gestandaardiseerde junctionboxes. Er kunnen dan diodes in zitten, maar bijvoorbeeld ook een power optimizer of monitoringsmodule.

Split Junction Box

De Twin peak zonnepanelen bestaan uit halve zonnecellen, die slim met elkaar verbonden zijn, zodat eigenlijk twee halve zonnepaneeltjes parallel geschakeld het zonnepaneel vormen. Dit soort panelen hebben vaak drie aansluitdozen op de achterzijde. Een waar de kabel met de –pool connector en diode in zit, een waar de kabel met de +pool connector aan zit. In de middelste doos zit alleen een diode. Deze manier van koppelen vergt iets minder bekabeling/busbars, waardoor de interne weerstand iets lager is. Fabrikant REC claimt een vermogenswinst van 1 tot 2 Wp per paneel.

Belangrijk is een goede kwaliteit aansluitdoos. Slechte contacten, bijvoorbeeld tengevolge van vocht of corrosie kunnen tot oververhitting en zelfs brand leiden.

Interesant is ook het artikel "Schaduw op zonnepanelen", waar ook de functie van de diodes uitvoerig besproken wordt.