Bypass dioden in een zonnepaneel

Het paneel wordt belast door de omvormer. Die trekt 10A.
2 strings van elk 20 cellen leveren die 10A, met elk 20 x 0.6V = 12V. Dus 24V totaal. De derde string kan niet meedoen want 1 cel krijgt geen licht. Dus die string kan de benodigde 10A niet leveren.

Zonder bypass diode zou de paneel spanning tgv de belasting door de omvormer naar 0V zakken. Want de defecte string kan de benodigde 10A niet leveren en dus kan het paneel de gevraagde 10A niet leveren want alle cellen staan in serie. De andere 2 strings werken wel normaal dus die leveren elk 12V (samen 24V), dus dan krijg je -24V over de defecte string.

Het klopt wel dat 19 van de 20 cellen nog wel werken in de defecte string. Die leveren dus gewoon elk hun 0.6V (11.4V totaal). De defecte cel krijgt dan 24 + 11.4 = 35.4V over zijn klemmen en dan gaat hij stuk.

Gelukkig is er een bypass diode. Die gaat in geleiding tgv de negatieve spanning. De 10A stroom gaat door de bypass diode en de negatieve spanning over de defecte string wordt beperkt tot -0.6V. En de omvormer krijgt nog 23.4V 10A dus die kan blijven werken.

De schaduwcel krijg nu alleen de spanning van de 19 cellen uit de defecte string plus de spanning over de bypass diode. Dat is hooguit 12V negatief, en daar kan die cel nog wel tegen.

Het wordt natuurlijk nog veel erger als je 10 panelen in serie zet. De negatieve spanning over de schaduwcel zou zonder bypass diode oplopen tot de volledige string spanning.

Het klopt wel dat 19 van de 20 cellen nog wel werken in de defecte string. Die leveren dus gewoon elk hun 0.6V (11.4V totaal). De defecte cel krijgt dan 24 + 11.4 = 35.4V over zijn klemmen en dan gaat hij stuk.

Gelukkig is er een bypass diode. Die gaat in geleiding tgv de negatieve spanning. De 10A stroom gaat door de bypass diode en de negatieve spanning over de defecte string wordt beperkt tot -0.6V. En de omvormer krijgt nog 23.4V 10A dus die kan blijven werken.

Dit gedeelte snap ik juist niet.
Dus als 1 cel niet mee kan doen met de rest dan zou de volledige spanning dus negatief over die ene cel staan?

Ik zie gewoon even nog steeds niet voor me hoe de bypass diode gaat geleiden.
In een normale situatie staat er dus 12V over de diode, in sperrichting. Op welk moment wordt de spanning over de diode dan -0,6V of hoger?

Dat gebeurt zodra het paneel de gevraagde belasting niet meer kan leveren.

Dat gebeurt ook als je 3 batterijen in serie zet. Als je dan een lamp aansluit die stroom trekt dan worden de batterijen belast. Zodra dan één van de batterijen leeg raakt dan kan de serieschakeling de gevraagde spanning niet meer leveren. De totale spanning van de serieschakeling wordt dan nul. Maar 2 van de 3 batterijen werken nog wel normaal dus de lege batterij wordt dan omgepoold.

Zo ook bij zonnepanelen. De omvormer trekt de totaal spanning van het paneel naar 0V want die vraagt 10A en dat kan het paneel niet leveren. 2 van de 3 strings zijn sterk genoeg om hun spanning vast te houden, dus de zwakke string krijgt dan een negatieve spanning.

In de praktijk is het ingewikkelder want de omvormer past de belasting aan om zoveel mogelijk vermogen te kunnen blijven trekken. De omvormer zou zomaar terug kunnen schakelen naar 1A zodat alle 3 strings blijven werken zonder dat de bypass dioden in actie komen.

Misschien is het gemakkelijker te zien als je het paneel belast met een autolamp van 24V 10A, of met een actieve belasting die altijd 10A vraagt ongeacht de spanning.

als je een zonnecel licht geeft, wekt ze stroom op.
als je door een zonnecel stroom stuurt, dan geeft ze licht af (infra rood)

als dat ene deel dus geen licht krijgt, wekt ze een lagere spanning op, als je daar stroom door dwingt, zal die ompolen (wordt een weerstand). dat voorkom je dus met die diode. de omgepoolde spanning kan maar 0,6V zijn over die hele string

De totale spanning van de serieschakeling wordt dan nul. Maar 2 van de 3 batterijen werken nog wel normaal dus de lege batterij wordt dan omgepoold.

Ik doe echt me best om het te begrijpen, maar wat ik er nog steeds niet aan snap is dat die batterijen die het dus nog wel goed doen, wel gewoon hun spanning afgeven toch? Deze hoeven niet meer stroom te leveren dan ze kunnen leveren. Stel ze kunnen 10A leveren en leveren maar 1A dan zal de spanning niet ver inzakken?

Dus ik zie dan dit voor als we het over 3 batterijen hebben waarvan de middelste leeg is:

+1,5V -1,5V +1,5V

De diode staat over deze 3 batterijen, en er staat dus +1,5V over? Dus nog geen negatieve spanning?

En ergens zit ik fout, maar waar.

In de praktijk is het ingewikkelder want de omvormer past de belasting aan om zoveel mogelijk vermogen te kunnen blijven trekken. De omvormer zou zomaar terug kunnen schakelen naar 1A zodat alle 3 strings blijven werken zonder dat de bypass dioden in actie komen.

Ik ben idd op de hoogte van de MPPT, als hij merkt dat hij het meeste vermogen krijgt met 1A dan zal hij dat kiezen ipv 10A met bypass diode in werking.

als dat ene deel dus geen licht krijgt, wekt ze een lagere spanning op, als je daar stroom door dwingt, zal die ompolen (wordt een weerstand). dat voorkom je dus met die diode. de omgepoolde spanning kan maar 0,6V zijn over die hele string

Dit ompolen van de spanning begrijp opzich wel, de cel gaat nu vermogen opnemen ipv geven. Maar die negatieve spanning staat toch op DIE cel? Hoe komt de negatieve spanning dan over de diode?

Op maandag 15 juli 2024 22:39:09 schreef InHogereSferen:
[...]

Dit gedeelte snap ik juist niet.
Dus als 1 cel niet mee kan doen met de rest dan zou de volledige spanning dus negatief over die ene cel staan?

Nee, de cellen kun je zien als diodes in doorlaat. Als er op 1 cel een blaadje ligt zal hier (invers) 0,7 a 1V over staan, en de rest van de string doet nog gewoon mee.

Dus voor 1 cel in een string is die diode niet interessant. Voor een heel paneel wel.

Op dinsdag 16 juli 2024 14:24:43 schreef InHogereSferen:

Ik ben idd op de hoogte van de MPPT, als hij merkt dat hij het meeste vermogen krijgt met 1A dan zal hij dat kiezen ipv 10A met bypass diode in werking.

Ja daar kwam ik ook achter: ik had 3 extra panelen verticaal aan de schutting gemonteerd (om 'smorgens meer energie te kunnen pakken) en in serie gezet met 6 bestaande liggende panelen op een pergola.

Helaas werkte dat niet zoals gedacht. De MPPT in de inverter probeerde bij een zo hoog mogelijke spanning een zo groot mogelijke stroom te 'trekken' uit de panelen. Maar zodra de zon voorbij het hoogste punt was, konden de verticale panelen geen stroom meer leveren, maar de spanning was onbelast natuurlijk nog wel hoog. De inverter maakte dus de combinatie 'hoge spanning met lage stroom' en er bleef nagenoeg geen vermogen over.

Een andere inverter met twee MPPT ingangen lostte het probleem direct op.

Jouw plaatje is inderdaad hoe ik het voor me zie. Maar voor mijn gevoel staat nu die 1,2V toch gewoon positief over de bypass diode, en niet negatief?
Ik weet dat het niet zo is anders zou het niet werken maar ik zie gewoon niet hoe.

Correct, die bypass diode doet in dit geval niets.

Dat wordt pas interessant als je meerdere van dit soort dingen (ook wel panelen) in serie gaat zetten.

Die diode zit er dus niet voor een enkele cel die niet meer meedoet, maar een heel paneel of een hele string.

Maar dan komt het er dus eigenlijk op neer dat meer dan de helft van de string niet mee moet kunnen doen met de rest om de string te overbruggen?
Want dan pas wordt de spanning negatief?

Dat zal ongeveer bij 50% liggen ja.

OF het hele paneel moet minder doen dan de rest in geval van schaduw oid.

Aaah wacht even. Ik begin het bijna te snappen denk ik.
De omvormer gaat toch proberen die 10A te trekken. De cellen kunnen deze stroom niet leveren door die ene schaduwcel. De totale spanning zakt in.
Maar dan is het me nog niet helemaal duidelijk hoe de spanning over de hele string negatief wordt, door die ene -0,6V.

Niet door 1 cel in een paneel, de andere cellen kunnen immers nog de volle stroom leveren. Dan zou je al meerdere cellen kwijt moeten zijn. (zoals je zelf al aangeeft, ongeveer de helft van een string)

Plaatje van Sine is fout. Zo een paneel zou geen bypass diode nodig hebben want elke cel kan dan als bypass fungeren.

De zonnecellen staan net andersom geschakeld. Dus een enkele cel kan gemakkelijk negatief geforceerd worden.

Correct, de spanning wordt opgewekt in de doorlaatrichting. _{^{Daar hebben we hier zelfs nog een hele discussie over gevoerd.}}

Geen idee waar die brainfart vandaan kwam, maar dat plaatje is inderdaad vout.

Zo klopt het beter:

Niet door 1 cel in een paneel, de andere cellen kunnen immers nog de volle stroom leveren. Dan zou je al meerdere cellen kwijt moeten zijn. (zoals je zelf al aangeeft, ongeveer de helft van een string)

Maar dit kan toch niet kloppen?

Het feit blijft toch dat de hele string de stroom kan leveren van cel die de minste stroom kan leveren?

Dat zou dus betekenen dat als er 1 cel in de schaduw zit, er onvoldoende negatieve spanning is, de bypass diode niet gaat geleiden en het hele zootje het maar met 1A moet doen?

Ik kijk even naar het schema van deKees, want die vind ik meer overzichtelijk. Ik doe het even in stapjes zodat iemand mij kan vertellen waar ik fout ga:

Alle cellen willen 10A leveren, maar D4 daar zit vogelstront op en die wil maar 1A leveren.

Er zijn 6 cellen die 0,6V geven, en D4 geeft -0,6V(?)

Ik zou zeggen: Er staat 6 x 0,6V - 0,6V = 3V in sperrichting over de bypass diode. Diode gaat dus niet geleiden.

MAAR, de omvormer wil toch echt 10A krijgen, de 7 cellen kunnen dat niet leveren, de spanning stort in. Hoeveel, geen idee, ik weet de weerstand van de cellen op dat moment niet.

Op een of andere manier moet dus de nog te leveren spanning van D1, D2, D3, D5, D6 en D7 lager zijn dan de negatieve spanning van D4.

Dit laatste zou ik graag voor me zien, of in Jip en Janneke taal uitgelegd krijgen

Je kan het nog gemakkelijker zien.
Stel dat die vogelstront van die schijtlijster pikzwart was en absoluut geen licht doorlaat.
D4 laat geen stroom door. Je kan dus een nieuw vervangingsschema tekenen waarbij je D4 weglaat.
De overige dioden laten ook geen stroom door, want het circuit van deKees is op plaats van D4 onderbroken.
Het paneel van deKees doet niets meer. Omdat er één paneel is doet die bypassdiode ook niets.
.
Nu hebben we drie panelen volgens het voorbeeld van Sine.
Dezelfde schijtlijster komt langs en dropt zijn lading op de rood-gekruiste diode van paneel2.
Paneel2 levert geen stroom meer.
Paneel1 en paneel3 leveren wel stroom. Die loopt nu van + paneel1 -> weerstand -> - paneel3 -> + paneel 3 -> bypassdiode paneel 2 -> - paneel1 -> + paneel1
De spanning over de weerstand is 2/3 van de spanning zonder de schijtlijster.

Op dinsdag 16 juli 2024 20:30:56 schreef InHogereSferen:
[...]
Maar dit kan toch niet kloppen?

Nee, ik was op mijn eigen foute plaatje afgegaan, dat klopt inderdaad niet.

Het feit blijft toch dat de hele string de stroom kan leveren van cel die de minste stroom kan leveren?

Dat zou dus betekenen dat als er 1 cel in de schaduw zit, er onvoldoende negatieve spanning is, de bypass diode niet gaat geleiden en het hele zootje het maar met 1A moet doen?

Nee, de spanning van alle andere diodes valt over de diode zonder input, de andere panelen duwen je bypass in sper .. want die kunnen wel 10A leveren.

Alle cellen willen 10A leveren, maar D4 daar zit vogelstront op en die wil maar 1A leveren.

Er zijn 6 cellen die 0,6V geven, en D4 geeft -0,6V(?)

Die vierde cel wordt compleet weggedrukt en daarover staat de spanning van alle andere cellen.

Cellen willen niks leveren. Die moeten leveren wat er gevraagd wordt door de externe belasting. De belasting bepaalt wat er gevraagd wordt en hoeveel stroom er gaat lopen.

Als je meerdere panelen in serie hebt dan blijft de omvormer zijn 10A trekken. Dus dan wordt er 10A geleverd door de string van panelen, en die staan in serie dus dan loopt er 10A door elk paneel.

Maar die ene cel kan maar 1A leveren. Dus dan moet er nog 9A via een andere weg. De spanning van die cel zakt in, maar dat helpt niet. De spanning zakt nog verder en wordt negatief. En dan komt de bypass diode in actie en die kan de 9A doorlaten. Let wel, de diode zelf levert geen stroom. De stroom wordt opgewekt door de andere panelen. De bypass kan wel de stroom doorlaten.

Er is dan een string van 20 cellen effectief uitgeschakeld omdat één daarvan niet mee kan komen. Dan loopt er nog 1A door de cellen , dus ook door de nog werkende cellen. Die kunnen veel meer leveren dus die houden elk hun 0.6V vast (11.4V totaal). Maar de totale spanning over die string van 20 is -0.6V, dus de schaduwcel krijgt -12V over zijn klemmen.

PS: Als er geen bypass diode was geweest, dan zakt de spanning van de hele string panelen in. De omvormer krijgt zijn 10A niet meer en schakelt waarschijnlijk terug naar 1A.

De schaduwcel moet dan wel 12W dissiperen.

Haha bedankt Sine voor de toevoeging van de schijtlijster in het plaatje.

Nu hebben we drie panelen volgens het voorbeeld van Sine.
Dezelfde schijtlijster komt langs en dropt zijn lading op de rood-gekruiste diode van paneel2.
Paneel2 levert geen stroom meer.
Paneel1 en paneel3 leveren wel stroom. Die loopt nu van + paneel1 -> weerstand -> - paneel3 -> + paneel 3 -> bypassdiode paneel 2 -> - paneel1 -> + paneel1
De spanning over de weerstand is 2/3 van de spanning zonder de schijtlijster.

Mhh, zo snap ik hem inderdaad wel. Paneel 2 geeft nu geen spanning, maar krijgt nu spanning van de andere panelen. Nu staat er inderdaad wel spanning over de diode.

Die vierde cel wordt compleet weggedrukt en daarover staat de spanning van alle andere cellen.

Dus als we het hebben over 1 paneel zou zonder bypass diode zou er bijna -36V staan op die schaduwcel?

Ik laat het allemaal even bezinken

Er is nog een dingetje: Een zonnecel die in de schaduw ligt, gaat zich gedragen als een gewone elektrische verbruiker, en neemt een zodanig vermogen op die tot zelfdestructie (oververhitting) kan leiden (hotspot effect).
Door de bypass diode wordt de maximale stroom tot een veilige waarde begrensd.

Op dinsdag 16 juli 2024 21:33:58 schreef keebrev:
Er is nog een dingetje: Een zonnecel die in de schaduw ligt, gaat zich gedragen als een gewone elektrische verbruiker, en neemt een zodanig vermogen op die tot zelfdestructie (oververhitting) kan leiden (hotspot effect).
Door de bypass diode wordt de maximale stroom tot een veilige waarde begrensd.

Dat was me al duidelijk, gezien de negatieve spanning. Het ging me meer om wanneer en hoe deze cel de 'verbruiker' wordt.