Диоды для соединения солнечных панелей

Мастерим солнечную батарею из диодов

Дата публикации: 4 марта 2014

Многие бы хотели перейти на альтернативные источники энергии, ведь это гарантирует не только чистоту окружающей среды, но и экономию денежных средств, но не у каждого из нас есть возможности, чтобы следить и уж тем более использовать последние достижения человечества в этой сфере. Но как говорится, голь на выдумки хитра. Под этим девизом и появилась солнечная батарея из диодов, которую может собрать каждый, кто любит эксперименты и устройства, собранные своими руками.

Но у каждой вещи, изготовленной в домашних условиях из подручных материалов, есть две стороны. Первая – это явная экономия и чувство морального удовлетворения, которое получаешь, когда держишь в руках предмет, который своим появлением обязан только тебе, а вторая – это отсутствие гарантии работоспособности и практичности самодельного устройства. Не обошла стороной эта участь и диодную солнечную батарею. Ну а какая сторона окажется сильнее, Вы узнаете дальше.

В чем заключается принцип работы

В основе всего лежит тот факт, что под действием солнечных лучей диод вырабатывает напряжение. Именно это знание и послужило толчком к тому, что на свет родилась идея изготовления солнечных модулей из диодов. Но проблема в том, что величина вырабатываемого напряжение крайне мала, поэтому для получения более или менее мощной батареи понадобится неограниченное количество диодов.

Если вы хоть раз видели диод, то вы знаете, что он представляет собой, для других же поясним, что диод – это кристалл, заключенный в пластиковый корпус, который выступает в роли линзы, концентрирующей солнечный свет на небольшом проводнике. Исходя из этого, можно предложить, что в теории солнечная батарея может быть изготовлена из диодов. Но как дела обстоят на практике?

Собираем солнечный модуль. 1 часть:

Процесс сборки

Первый шаг – избавиться от корпуса. Для этой цели подойдут любые подручные средства, можно воспользоваться молотком, но очень аккуратно, удары должны быть несильными и осторожными, чтобы не повредить сам кристалл. Но этот шаг можно и пропустить, оставив диоды в их первоначальном состоянии. В таблице 1 приведены значения напряжения для светодиодов разных цветов.

Светодиод	Напряжение, В
Красный прозрачный	1,37
Красный полупрозрачный	0,52
Инфракрасный	0,93
Зеленый прозрачный	1,48
Зеленый непрозрачный	1,51
Белый	0,32
Оранжевый непрозрачный	1,52

В качестве платы можно использовать обычную картонку, в которой делаются небольшие отверстия. При параллельном соединении диодов суммируется их сила тока, а при последовательном – напряжение. Наибольший эффект дает сочетание обоих этих видов. Как вы понимаете, сам процесс сборки достаточно простой, но времени на него уходит много. Тем более что, чем большее количество диодов Вы используете, тем большее напряжение будет выдавать Ваша солнечная батарея.

Опыт разрешит все споры

Солнечная батарея из светодиодов готова, теперь остается проверить ее показатели. 100 диодов выдали нам ток всего в 0,3 мА, и стоило ради этого столько возиться?! Если сравнить самодельную СБ с заводской, мы получим крайне неутешительные результаты. Площадь в 7 раз больше, стоимость в 3 раза, а мощность на выходе в 8 раз меньше. Вывод можно сделать не в нашу пользу.

В теории напряжение должно возрастать пропорционально количеству используемых светодиодов, но на практике все совсем не так. Тем более чем больше количество, тем большая площадь потребуется для их размещения, а значит, возрастут потери при их соединении. Еще одна проблема – самопроизвольное свечение. Некоторая часть светодиодов будет генерировать электроэнергию, а другая наглым образом ее потреблять. И устранить этот недостаток невозможно. Ну и 3-я проблема – выработка энергии диодами возможна лишь под прямыми солнечными лучами, небольшое облачко на небе – и напряжение на выходе равно нулю.

Вывод напрашивается сам собой: идея изготовления солнечной батареи из доступных диодов с самого начала обречена на провал. Выгоднее переплатить и приобрести заводской модуль, чем изготовить его своими руками. Есть, конечно, неплохие варианты, но о них мы уже рассказывали в одной из наших предыдущих статей.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Собираем солнечный модуль. 2 часть:

Источник

Электрик и диод. Когда нужны диоды для солнечных батарей?

Ни для кого не секрет, что, при производстве солнечных батарей, а также при их монтаже, используют диоды. Тем не менее, у большинства пользователей нет четкого понимания о том, какую роль эти диоды выполняют и зачем они вообще нужны.
Мы постараемся пролить свет на этот сложный вопрос и сформулируем основные правила применения диодов при монтаже солнечных электростанций.

По большей части солнечные батареи состоят из некоторого количества солнечных ячеек. Простейшая эквивалентная схема солнечной ячейки выглядит следующим образом:

Рис. 1 Эквивалентная схема фотоэлектрической ячейки

Здесь Rп – последовательное сопротивление фотоэлектрической ячейки, Rш – шунтовое (параллельное) сопротивление фотоэлектрической ячейки.
Обычно в солнечной панели все элементы соединяются последовательно, что может приводить к проблеме «черного пятна». Рассмотрим схему солнечной батареи. Нагрузку обозначим как Rн.

Рис.2 Схема солнечной батареи

Если затеняется один из элементов, исчезает его ЭДС, а активное сопротивление растет по мере затенения. Нетрудно догадаться, что на затененной ячейке выделится большая часть мощности солнечной батареи, от чего ячейка может перегреться и выйти из строя, а вместе с ней и вся солнечная панель.
Для предотвращения этого нежелательного эффекта каждую фотоэлектрическую ячейку нужно шунтировать диодом.

Рис. 3 Схема фотоэлектрической панели с шунтирующими диодами.

Если солнечная ячейка освещена, шунтирующий диод заперт ЭДС самой ячейки, и ток через него не идет, солнечная батарея работает в обычном режиме. При затенении исчезает ЭДС, диод открывается и весть ток идет мимо ячейки, не повреждая её. Таким образом, фотоэлектрическая ячейка, равно как и вся солнечная батарея, не выходит из строя.

Конечно, шунтировать каждую ячейку очень сложно и дорого, поэтому обычно диоды подключают к некоторой группе ячеек. В зависимости от мощности и конструкции солнечной батареи, в монтажной коробке может быть различное количество шунтирующих диодов.

Теперь, наверняка, понятно, зачем нужны шунтирующие диоды, также совершенно ясно, что ставить их отдельно не нужно, они уже есть внутри солнечных батарей. Могут встречаться солнечные батареи и без шунтирующих диодов, однако это большая редкость.

Блокирующие диоды для солнечных панелей

Помимо шунтирующих диодов широко применяются и блокирующие. Зачем они нужны? Рассмотрим параллельное соединение двух солнечных батарей. Для наглядности изобразим их как диоды.

Рис.4 Параллельное соединение двух солнечных батарей.

При затенении одной из солнечных батарей, даже частичном, возникнет довольно неприятная картина: затененный модуль станет нагрузкой для освещенного, возникнет противоток и дополнительный нагрев. Ситуация усугубляется, если сопротивление нагрузки велико, а это запросто может быть, если аккумулятор заряжен. В предельном случае имеет место просто короткое замыкание освещенной панели через затененную.
Тем не менее, если солнечных батарей две, то все не так страшно, в цепи будет течь ток короткого замыкания одной солнечной батареи, который, как известно, не так велик, чтобы как-то повредить панель.

Рис.5 Параллельное соединение трех солнечных батарей.

Другое дело, если параллельно соединено много солнечных батарей, больше двух. Тогда, при затенении, в цепи может протекать сумма нескольких токов короткого замыкания и затененный солнечный модуль запросто может выйти из строя. В данном случае, чтобы исключить противоток, следует установить блокирующий диод для каждой параллельной цепочки, будь это одна солнечная батарея или несколько, соединенных последовательно.

Рис. 6 Применение блокирующих диодов при параллельном соединении солнечных батарей.

Итак, мы рассмотрели тот единственный случай, когда действительно нужно дополнительно устанавливать блокирующие диоды.
Подключается диод при помощи МС4 коннекторов. Прелесть в том, что подключить его в неверном направлении просто невозможно, так как МС4 + и – разные и они просто не подойдут, если направление неверное. Диоды характеризуются предельным током, от 5 до 30 А. Больше 30А вряд ли получится встретить, так как это максимальный ток для МС4 коннектора.

Намеренное затенение солнечных батарей

Затенение солнечных батарей является большой проблемой, однако иногда оно создается намеренно. Довольно популярна идея установки солнечных батарей на разные стороны света, допустим, на восток и на запад. Идея, действительна, хорошая. Пожертвовав суммарной дневной выработкой, мы улучшаем распределение этой выработки в течении дня, то есть увеличиваем утреннюю и вечернюю часть. Таким образом, аккумулятор меньше циклируется и живет дольше. Использовать в подобных системах следует два независимых трекера, то есть два солнечных контроллера, что вполне логично, солнечные массивы освещены по-разному и каждый имеет свою рабочую точку.
Пример такой электростанции мы уже разбирали в обзоре «Установка солнечных батарей на разные скаты крыши».
Тем не менее, очень часто, по большей части из экономии, оба солнечных массива подключают к одному контроллеру. Якобы второй контроллер вообще не нужен, а влияние солнечных батарей друг на друга можно исключить при помощи диодов. Применяется даже термин – «развязывающие» диоды. Действительно, блокирующие диоды в данной ситуации просто необходимы, и скорее уже как противопожарная мера. Тем не менее, в течение дня один из солнечных массивов постоянно блокирован диодом, работает только самый освещенный. По сути, солнечные батареи мешают работать друг другу и толку от такой системы совсем не много.
Итак, имея солнечные батареи в разных условиях, это могут быть просто разные солнечные панели, разная ориентация по сторонам света, или разный угол установки — используйте отдельные контроллеры заряда. Диоды вам не помогут сохранить выработку. Вообще, как мы выяснили, диоды нужно ставить лишь в одном случае, когда параллельно соединены три и более солнечных батареи или группы солнечных батарей.

Источник

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:

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.

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.

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.

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.

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).

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 .

Источник