Diode nối tắt trong tấm pin năng lượng mặt trời : Việc sử dụng điốt nối tắt (bypass) này cho phép một loạt (được gọi là chuỗi) gồm các ô hoặc bảng được kết nối , tiếp tục cung cấp điện ở mức điện áp giảm.
Điốt nối tắt được kết nối phân cực ngược giữa các đầu ra cực âm và dương của pin mặt trời và không ảnh hưởng đến đầu ra của nó. Lý tưởng nhất là sẽ có một điốt nối tắt cho mỗi tế bào năng lượng mặt trời, nhưng điều này có thể khá đắt tiền nên thường một điốt được sử dụng cho một nhóm nhỏ tế bào nối tiếp.
Một “Tấm pin khiển năng lượng mặt trời” được xây dựng bằng cách sử dụng các tế bào năng lượng mặt trời riêng lẻ và các tế bào năng lượng mặt trời được làm từ các lớp vật liệu bán dẫn silicon. Một lớp silicon được xử lý bằng một chất để tạo ra sự dư thừa electron. Đây trở thành lớp phủ định hoặc lớp loại N. Lớp còn lại được xử lý để tạo ra sự thiếu hụt electron, và trở thành lớp tích cực hoặc loại P tương tự như bóng bán dẫn và điốt.
Tham khảo các bài viết :
Khi được lắp ráp cùng với các dây dẫn, sự sắp xếp silicon này trở thành một chất bán dẫn tiếp giáp PN nhạy cảm với ánh sáng. Trên thực tế, pin mặt trời quang điện hay còn gọi là PV như chúng thường được gọi hơn, không hơn gì các điốt lớn và nhạy cảm với quang điện.
Pin mặt trời quang điện chuyển đổi ánh sáng photon xung quanh điểm nối PN trực tiếp thành điện năng mà không cần bất kỳ bộ phận chuyển động hoặc cơ học nào. Tế bào PV tạo ra năng lượng từ ánh sáng mặt trời, không phải từ nhiệt. Trên thực tế, chúng hoạt động hiệu quả nhất khi chúng lạnh !.
Khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời (hoặc nguồn ánh sáng cường độ cao khác), điện áp được tạo ra bởi một pin mặt trời duy nhất là khoảng 0,58 volt DC, với dòng điện (amps) tỷ lệ với năng lượng ánh sáng (photon). Trong hầu hết các tế bào quang điện, hiệu điện thế gần như không đổi, và cường độ dòng điện tỷ lệ với kích thước của tế bào và cường độ ánh sáng.
Mạch tương đương của một PV, được hiển thị bên trái, là mạch của pin có điện trở bên trong nối tiếp, R NỘI BỘ , tương tự như bất kỳ loại pin thông thường nào khác. Tuy nhiên, do sự thay đổi của điện trở bên trong, điện áp tế bào và do đó dòng điện khả dụng sẽ khác nhau giữa các tế bào quang điện có kích thước và cấu trúc tương đương, được kết nối với cùng một tải và dưới cùng một nguồn sáng, vì vậy điều này phải được tính đến trong các cụm bảng điều khiển năng lượng mặt trời bạn mua.
Tấm silicon của pin mặt trời quang điện đối diện với ánh sáng mặt trời bao gồm các điểm tiếp xúc điện và được phủ một lớp chống phản xạ giúp hấp thụ ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn. Tiếp điểm điện cung cấp kết nối giữa vật liệu bán dẫn và tải điện bên ngoài, chẳng hạn như bóng đèn hoặc pin.
Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào quang điện, các photon ánh sáng đập vào bề mặt của vật liệu bán dẫn và giải phóng các electron khỏi liên kết nguyên tử của chúng. Trong quá trình sản xuất, một số hóa chất pha tạp nhất định được thêm vào thành phần chất bán dẫn để giúp thiết lập đường dẫn cho các electron giải phóng. Những con đường này tạo ra một dòng electron tạo thành một dòng điện bắt đầu chạy qua bề mặt của pin mặt trời quang điện.
Các dải kim loại được đặt trên bề mặt của tế bào quang điện để thu các electron tạo thành liên kết dương ( + ) của tế bào. Mặt sau của tế bào, phía cách xa ánh sáng mặt trời chiếu vào bao gồm một lớp kim loại nhôm hoặc molypden tạo thành liên kết âm ( – ) với tế bào. Sau đó, một pin mặt trời quang điện có hai kết nối điện cho dòng điện thông thường, một dương và một âm, như được minh họa.
Cấu tạo pin mặt trời quang điện – Diode nối tắt trong tấm pin năng lượng mặt trời
Loại điện mặt trời được sản xuất bởi pin mặt trời quang điện là điện một chiều giống như từ pin. Hầu hết các pin mặt trời quang điện tạo ra điện áp mạch hở “không tải” khoảng 0,5 đến 0,6 volt khi không có mạch bên ngoài kết nối. Điện áp đầu ra ( V OUT ) này phụ thuộc rất nhiều vào nhu cầu dòng tải ( I ) của tế bào PV.
Ví dụ, vào ngày nhiều mây hoặc âm u, nhu cầu dòng điễn sẽ thấp và do đó tế bào có thể cung cấp điện áp đầu ra đầy đủ, nhưng ở mức dòng điện đầu ra giảm. Nhưng khi nhu cầu dòng điện của tải tăng lên, cần có đèn sáng hơn (bức xạ mặt trời) ở đường giao nhau để duy trì điện áp đầu ra đầy đủ, V OUT
Tuy nhiên, có một giới hạn vật lý đối với dòng điện tối đa mà một tế bào quang điện duy nhất có thể cung cấp cho dù bức xạ mặt trời có cường độ mạnh hay sáng đến đâu. Đây được gọi là dòng điện tối đa có thể phân phối và được ký hiệu là I MAX
Các I MAX giá trị của một tế bào năng lượng mặt trời quang điện đơn phụ thuộc vào kích thước hoặc diện tích bề mặt của tế bào (đặc biệt là PN ngã ba), lượng ánh sáng mặt trời trực tiếp đánh các tế bào, hiệu quả của việc chuyển đổi năng lượng mặt trời này thành một dòng điện và tất nhiên loại vật liệu bán dẫn mà tế bào được sản xuất từ silicon, gallium arsenide, cadmium sulphide hoặc cadmium telluride, v.v.
Vì vậy, khi chọn điốt chặn hoặc điốt bỏ qua để kết nối với pin mặt trời hoặc tấm pin, giá trị dòng điện tối đa này, I MAX cần phải được tính đến.
Điốt trong tế bào quang điện có lớp chắn
Diode tiếp giáp PN hoạt động giống như van điện một chiều trạng thái rắn chỉ cho phép dòng điện chạy qua chúng theo một hướng duy nhất. Ưu điểm của điều này là điốt có thể được sử dụng để chặn dòng điện từ các phần khác của mạch điện mặt trời. Khi được sử dụng với bảng điều khiển năng lượng mặt trời quang điện, các loại điốt silicon này thường được gọi là Điốt chặn .
Điốt nối tắt được sử dụng song song với một hoặc một số pin mặt trời quang điện để ngăn (các) dòng điện chạy từ tốt, tiếp xúc tốt với ánh sáng mặt trời, pin mặt trời quá nóng và đốt cháy các pin mặt trời yếu hơn hoặc bị che một phần bằng cách cung cấp đường dẫn dòng điện xung quanh ô xấu. Điốt chặn được sử dụng khác với điốt nối tắt.
Điốt vòng trong các tấm pin mặt trời được kết nối “song song” với một tế bào hoặc bảng quang điện để ngắt dòng điện xung quanh nó, trong khi các điốt chặn được kết nối “nối tiếp” với các tấm PV để ngăn dòng điện chạy ngược vào chúng. Do đó, điốt chặn khác với điốt nối tắt mặc dù trong hầu hết các trường hợp, điốt là giống nhau về mặt vật lý, nhưng chúng được lắp đặt khác nhau và phục vụ một mục đích khác. Hãy xem xét mảng năng lượng mặt trời quang điện của chúng tôi bên dưới.
Điốt Nối tắt trong tế bào quang điện có lớp chắn – Diode nối tắt trong tấm pin năng lượng mặt trời
Như chúng ta đã nói trước đó, điốt là thiết bị cho phép dòng điện chỉ chạy theo một hướng. Các điốt có màu xanh lục ở trên là “điốt vòng”, một điốt song song với mỗi tấm pin mặt trời để cung cấp một đường dẫn điện trở thấp. Điốt vòng trong các tấm và mảng năng lượng mặt trời cần có khả năng mang dòng điện ngắn mạch này một cách an toàn.
Hai điốt có màu đỏ được gọi là “điốt chặn”, một điốt nối tiếp với mỗi nhánh nối tiếp. Điốt chặn khác với điốt nối tắt, nhưng trong hầu hết các trường hợp, hai điốt này giống nhau về mặt vật lý. Tuy nhiên chúng được cài đặt khác nhau và phục vụ một mục đích khác.
Các điốt chặn này, còn được gọi là điốt nối tiếp hoặc điốt cách ly, đảm bảo rằng dòng điện chỉ chạy theo một hướng “OUT” của dãy nối tiếp tới tải bên ngoài, bộ điều khiển hoặc pin.
Lý do cho điều này là để ngăn dòng điện được tạo ra bởi các tấm PV được kết nối song song khác trong cùng một mảng chạy ngược lại qua một mạng yếu hơn (bóng mờ) và cũng để ngăn các pin đã sạc đầy phóng điện hoặc thoát ngược lại qua mảng vào ban đêm. Vì vậy, khi nhiều tấm pin mặt trời được kết nối song song, nên sử dụng điốt chặn trong mỗi nhánh kết nối song song.
Nói chung, điốt nối tắt được sử dụng trong mảng PV khi có hai hoặc nhiều nhánh song song hoặc có khả năng một số mảng sẽ bị che một phần vào ban ngày khi mặt trời di chuyển trên bầu trời. Kích thước và loại diode chặn được sử dụng phụ thuộc vào loại mảng quang điện.
Hai loại điốt có sẵn dưới dạng điốt nối tắt trong các tấm và mảng năng lượng mặt trời: điốt silicon tiếp giáp PN và điốt chắn Schottky . Cả hai đều có sẵn với một loạt các xếp hạng về dòng điện. Điốt rào Schottky có mức giảm điện áp chuyển tiếp thấp hơn nhiều khoảng 0,4 volt so với mức giảm 0,7 volt của điốt PN đối với thiết bị silicon.
Sự sụt giảm điện áp thấp hơn này cho phép tiết kiệm một pin PV đầy đủ trong mỗi nhánh nối tiếp của mảng năng lượng mặt trời, do đó, mảng này hiệu quả hơn vì ít điện năng bị tiêu tán trong điốt chặn. Hầu hết các nhà sản xuất bao gồm cả điốt chặn và điốt nối tắt trong các tấm pin mặt trời của họ để đơn giản hóa thiết kế.