태양광 패널의 바이패스 다이오드
바이패스 다이오드는 개별 태양전지 또는 패널과 병렬로 배선되어 셀 또는 패널에 결함이 있거나 개방 회로가 되는 경우 주변에 전류 경로를 제공합니다.
바이패스 다이오드를 사용하면 일련의 연결된 셀 또는 패널이 전혀 전력을 공급하지 않는 대신 감소된 전압에서 계속 전력을 공급할 수 있습니다.
바이패스 다이오드는 태양전지(또는 패널) 양극 및 음극 출력 단자 사이에 역방향 바이어스로 연결되며 출력에 영향을 주지 않습니다. 이상적으로는 각 태양전지마다 하나의 바이패스 다이오드가 있지만 이는 다소 비용이 많이 들 수 있으므로 일반적으로 작은 직렬 셀 그룹당 하나의 다이오드가 사용됩니다.
"태양전지판"은 개별 태양전지를 사용하여 구성되며 , 태양전지는 실리콘 반도체 재료의 층으로 만들어집니다. 실리콘의 한 층은 과잉 전자를 생성하는 물질로 처리됩니다. 이는 네거티브 또는 N형 레이어가 됩니다. 다른 층은 전자 결핍을 생성하도록 처리되어 트랜지스터 및 다이오드와 유사한 양극 또는 P형 층이 됩니다.
도체와 함께 조립되면 이 실리콘 배열은 감광성 PN 접합 반도체가 됩니다. 실제로 광전지 태양전지 또는 PV는 더 일반적으로 불리며 크고 평평한 감광성 다이오드에 지나지 않습니다.
광전지 태양전지는 움직이거나 기계적 부품 없이 PN 접합 주변의 광자 빛을 직접 전기로 변환합니다. PV 셀은 열이 아닌 햇빛으로부터 에너지를 생산합니다. 사실, 추울 때가 가장 효율적입니다!.
햇빛(또는 기타 강렬한 광원)에 노출되면 단일 태양전지에서 생성되는 전압은 약 0.58V DC이며 전류 흐름(암페어)은 빛 에너지(광자)에 비례합니다. 대부분의 광전지에서 전압은 거의 일정하며 전류는 전지의 크기와 빛의 강도에 비례합니다.
왼쪽에 표시된 PV의 등가 회로는 다른 기존 배터리와 유사하게 내부 저항 R INTERNAL 이 직렬인 배터리의 회로입니다. 그러나 내부 저항의 변화로 인해 셀 전압과 그에 따른 사용 가능한 전류는 동일한 크기와 구조, 동일한 부하에 연결되고 동일한 광원 하에 있는 광전지 간에 달라질 수 있으므로 이를 태양광 패널 어셈블리에서 고려해야 합니다. 당신은 구매합니다.
태양광을 마주하는 태양광전지의 실리콘 웨이퍼는 전기 접점으로 구성되어 있으며, 반사 방지 코팅으로 코팅되어 있어 햇빛을 보다 효율적으로 흡수할 수 있습니다. 전기 접점은 반도체 재료와 전구 또는 배터리와 같은 외부 전기 부하 사이의 연결을 제공합니다.
햇빛이 광전지에 닿으면 빛의 광자가 반도체 재료의 표면에 부딪혀 원자 결합에서 전자를 방출합니다. 제조 과정에서 특정 도핑 화학 물질이 반도체 구성 요소에 추가되어 자유 전자의 경로를 설정하는 데 도움이 됩니다. 이러한 경로는 광기전 태양전지의 표면 위로 흐르기 시작하는 전류를 형성하는 전자의 흐름을 생성합니다.
금속 스트립은 태양광 전지 표면에 배치되어 전지의 양극( + ) 연결을 형성하는 전자를 수집합니다. 태양빛이 들어오는 쪽에서 멀리 있는 셀의 뒷면은 셀에 대한 음극( - ) 연결을 형성하는 알루미늄 또는 몰리브덴 금속 층으로 구성됩니다. 그러면 광기전 태양전지에는 그림과 같이 기존 전류 흐름을 위한 두 개의 전기 연결부(하나는 양극, 하나는 음극)가 있습니다.
태양광 태양전지 건설
광전지(PV) 태양전지는 햇빛에 노출되면 배터리나 전지에서와 마찬가지로 DC 전력을 생산합니다. 외부 회로나 단자에 부하가 연결되지 않은 경우(즉 I O = 0 ) 대부분의 광전지 태양전지는 표준 1.5V보다 훨씬 낮은 약 0.5~0.6V의 최대 "무부하" 개방 회로 전압( V OUT )을 생성합니다. V건전지. 그러나 배터리와 마찬가지로 여러 개의 PV 셀을 직렬로 연결하면 더 높은 전압을 얻을 수 있습니다.
태양광에 노출되면 광전지는 표면에 떨어지는 햇빛의 수준에 비례하여 전류( I )를 생성합니다. 단락 전류 I SC 라고 불리는 PV 셀이 생성할 수 있는 최대 전류 는 셀 단자가 함께 단락될 때 발생하지만 이러한 최대 전류 조건에서 단자 전압은 0, V OUT = 0이 됩니다. 그러면 광전지의 출력 전압은 ISC 에서 IO까지 의 부하 전류 수요에 따라 크게 달라집니다 . 이는 PV 셀이 본질적으로 저전압, 고전류 장치임을 의미합니다.
광전지의 전류(및 전력) 출력은 전지 표면에 닿는 햇빛의 강도에 비례합니다. 예를 들어, 흐리거나 흐린 날은 PV 셀의 효율성을 감소시키므로 주어진 부하에 공급할 수 있는 최대 전류는 낮지만 셀은 여전히 전체 출력 전압을 제공할 수 있습니다. 부하의 전류 요구 사항을 늘리려면 최대 전력을 공급하기 위해 더 밝고 더 많은 양의 태양 복사가 필요합니다.
그러나 태양 복사 강도나 밝기에 관계없이 크기(표면적)로 인해 단일 광전지 태양전지가 제공할 수 있는 최대 전류에는 물리적인 한계가 있습니다. 이를 최대 전달 가능 전류라고 하며 I MAX 로 기호로 표시합니다.
단일 광기전 태양전지의 I MAX 값은 전지의 크기 또는 표면적 (특히 PN 접합), 전지에 닿는 직사광선의 양, 이 태양광 에너지를 전류로 변환하는 효율 및 물론 셀이 실리콘, 갈륨 비소, 황화 카드뮴 또는 텔루르 카드뮴 등으로 제조되는 반도체 재료의 유형입니다.
따라서 태양전지나 패널에 연결하기 위해 차단 다이오드나 바이패스 다이오드를 선택할 때 이 최대 전류값인 I MAX를 고려해야 합니다.
광전지 어레이의 다이오드
PN 접합 다이오드는 전류가 한 방향으로만 흐르도록 허용하는 고체 단방향 전기 밸브처럼 작동합니다. 이것의 장점은 다이오드를 사용하여 전기 태양광 회로의 다른 부분에서 전류 흐름을 차단할 수 있다는 것입니다. 광전지 태양광 패널과 함께 사용할 경우 이러한 유형의 실리콘 다이오드를 일반적으로 차단 다이오드 라고 합니다 .
바이패스 다이오드는 단일 또는 다수의 광기전 태양전지와 병렬로 사용되어 전류 경로를 제공함으로써 양호하고 태양광에 잘 노출된 태양전지가 과열되고 약하거나 부분적으로 그늘진 태양전지가 소진되는 것을 방지합니다. 불량 셀 주변. 차단 다이오드는 바이패스 다이오드와 다르게 사용됩니다.
태양광 패널의 바이패스 다이오드는 주변의 전류를 분류하기 위해 광전지 또는 패널과 "병렬"로 연결되는 반면, 차단 다이오드는 PV 패널과 "직렬"로 연결되어 전류가 패널로 다시 흐르는 것을 방지합니다. 따라서 차단 다이오드는 바이패스 다이오드와 다릅니다. 대부분의 경우 다이오드는 물리적으로 동일하지만 다르게 설치되고 다른 목적으로 사용됩니다. 아래의 광전지 태양광 어레이를 고려해보세요.
광전지 어레이의 바이패스 다이오드
앞서 말했듯 이 다이오드는 전류가 한 방향으로만 흐르도록 하는 장치입니다. 위의 녹색 다이오드는 "바이패스 다이오드"이며, 각 태양광 패널과 병렬로 하나씩 연결되어 낮은 저항 경로를 제공합니다. 태양광 패널과 어레이의 바이패스 다이오드는 이러한 단락 전류를 안전하게 전달할 수 있어야 합니다.
빨간색으로 표시된 두 개의 다이오드는 "차단 다이오드"라고 하며 각 직렬 분기와 직렬로 연결되어 있습니다. 차단 다이오드는 바이패스 다이오드와 다르지만 대부분의 경우 두 다이오드는 물리적으로 동일합니다. 그러나 이들은 다르게 설치되며 다른 목적으로 사용됩니다.
직렬 다이오드 또는 절연 다이오드라고도 하는 이러한 차단 다이오드는 전류가 외부 부하, 컨트롤러 또는 배터리에 대한 직렬 어레이의 한 방향 "OUT"으로만 흐르도록 합니다.
그 이유는 동일한 어레이의 다른 병렬 연결된 PV 패널에서 생성된 전류가 더 약한(차광된) 네트워크를 통해 역류하는 것을 방지하고 완전히 충전된 배터리가 밤에 어레이를 통해 다시 방전되거나 배수되는 것을 방지하기 위한 것입니다. 따라서 여러 개의 태양광 패널을 병렬로 연결하는 경우 병렬로 연결된 각 분기에 차단 다이오드를 사용해야 합니다.
일반적으로 차단 다이오드는 PV 어레이에 두 개 이상의 병렬 분기가 있거나 태양이 하늘을 가로질러 이동함에 따라 낮 동안 어레이의 일부가 부분적으로 음영 처리될 가능성이 있는 경우에 사용됩니다. 사용되는 차단 다이오드의 크기와 유형은 광전지 어레이의 유형에 따라 다릅니다.
태양광 패널 및 어레이의 바이패스 다이오드로 PN 접합 실리콘 다이오드와 쇼트키 배리어 다이오드 의 두 가지 유형의 다이오드를 사용할 수 있습니다 . 두 제품 모두 광범위한 전류 정격으로 제공됩니다. 쇼트키 배리어 다이오드는 실리콘 장치의 경우 PN 다이오드의 0.7V 강하와 달리 약 0.4V의 훨씬 낮은 순방향 전압 강하를 갖습니다.
이러한 낮은 전압 강하로 인해 태양광 어레이의 각 직렬 분기에서 하나의 전체 PV 셀을 절약할 수 있으므로 차단 다이오드에서 소비되는 전력이 줄어들기 때문에 어레이가 더 효율적입니다. 대부분의 제조업체는 설계를 단순화하기 위해 태양광 패널에 차단 다이오드와 바이패스 다이오드를 모두 포함합니다.