Bypass Diyot Nedir? Güneş Panelleri için Önemi

Artan elektrik tüketimi ihtiyacı ile yenilenebilir enerjiye olan ilgi her geçen gün artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş enerjisi ucuz maliyeti ve kolay kurulumu ile yenilenebilir enerjiye olan yatırımda büyük bir rol oynamaktadır. Güneş enerjisi santralleri kolay kurulum ve bakım giderlerinin çok olmaması dolayısıyla birçok yatırımcı tarafından tercih edilmektedir. Santrallerin optimize çalışması için belirli zamanlarda tüm kontrollerinin yapılması gerekmektedir. Bypass diyotlar da güneş panellerinde dış etkenlerden dolayı oluşan verim kayıplarını da azaltmak için önemli sistem bileşenlerinden bir tanesidir. Bu yazımızda göz ardı edilen fakat verimi ciddi oranda etkileyebilecek faktörlerden biri olan Bypass diyotların çalışma prensibi ve verimi etkileyiş biçimini sizler için inceleyeceğiz.

Bypass Diyot Nedir?

Bypass diyotlar solar panellerin tehlike durumlarına karşı(Kütle gölge, aşırı ısınma, ters akım) gibi faktörlerden korumak için bağlanılan bir diyot çeşididir.

Güneş enerjisi santrallerin bileşenlerinden olan güneş paneli, hücrelerin bağlantısı ile oluşur. Güneş’ten gelen fotonlar hücreler üzerinde gerilim ve akım meydana getirir. Gerilim sabit iken gelen foton şiddetine göre akımda değişiklikler meydana gelebilir. Bypass diyotları, bu akım değişikliği ya da hücrenin veya panelin arızalanması durumunda bir akım diyagramı oluşturabilmek için paralel olarak bağlanır. Her güneş hücresi için bağlanması gerekilen bypass diyotları, yüksek maliyetlerden dolayı piyasada satılan  Güneş panellerinde genellikle 3 bypass diyotu bulunmaktadır

Bypass Diyot Çalışma Prensibi Nasıldır?

Bypass diyotlar, güneş panellerinin Junction Box (Solar Panel bağlantı kutusu) içindeki (+) Pozitif ve (-) Negatif çıkış diyagramlarına ters yön olarak bağlanıp aşırı ısınan hücrelerin veya kütle gölge oluşan yerlerde akım dengesizliği barındıran hücrelerin arasında bir nevi güvenlik tedbiri almaya yarar. Diyotlardan da bilindiği üzere anot ve katotdan oluşan iki bacağı bulunup çıkış terminallerine ters bağlanır.

Bypass Diyotun Güneş Panelleri için Önemi

Bypass diyotları güneş panellerini oluşturan seri bağlı hücre dizilerine bağlanır. Böylelikle güneş hücreleri gölge durumlarında , gölge olmayan hücre dizilerinden akım akması sağlanır. Böylelikle sistemin gölge durumundan minimum etkilenmesi sağlanır. Bypass diyotları olmaması durumunda bir hücreye düşen gölge bütün hücrelere, panele, string’e verim kaybı olarak yansıyacaktır.

Örneğin yukarıdaki şekilde net olarak görülebileceği gibi 300Wp gücünde 60 hücreye sahip bir güneş paneline ağaç yaprağı düşmüş olsaydı ve Bypass diyotları olmasaydı panelden güç değeri, yaprağın kapattığı hücrelerde akım sıfır olduğu için tüm panel çıkışı da sıfır olacaktı. Güneş paneline bağlı 3 Bypass diyotu(20 hücre dizisi 1 Bypass diyotu) olduğu için böyle bir durumda 300Wp çıkış gücüne sahip panelde ölçülen güç değeri, 40 hücre dizisinde akım ve voltaj oluşacağı için 200Wp olurdu.

Bypass Diyot Çeşitleri Nelerdir?

Bypass Diyotları P-N polarmalı ve Schottky Diyotlar olmak üzere iki ana grupta incelenmektedir.

P-N Polarmalı Diyotlar:

Gerilim kaynağının, akım akacak yönde bağlanmasına P-N polarmalı diyotlar denir. Silisyum yarı iletkeninden oluşurken Bariyer potansiyelinin değeri 0.7’dir.

Schottky Diyotlar:

Schottky diyotlar doğrultucu işlevinde bağlanıp germanyum yarı iletkeniyle oluşur. Schottky diyotlarda Bariyer potansiyel değeri 0.3 olarak bilinmektedir.

Bypass Diyot Arızası Nasıl Oluşabilir?

Bypass diyot arızaları genellikle panel montaj esnasında oluşabilecek montaj hataları, sevkiyat hataları ,fabrika testlerinin yapılmaması, hatalı/eksik lehimleme gibi bir çok nedenden dolayı arıza verebilir.

Arıza Durumu Sonucunda Santral Nasıl Etkilenebilir?

Bypass diyotu arızası sonucunda  zamanında müdahale yapılmadığı takdirde termal olumsuzluklara neden olur. Ayrıca datasheet’de verilen sıcaklık çalışma aralığı, bu diyot arızası sebebiyle bağlı hücreler ısınarak diğer hücrelerde ve verimde genel bir düşüş meydana getirir.

Yukarıdaki fotoğrafta bypass diyotu arızalı bir panelin termal görüntüleri gözükmektedir. Gözle görülmeyen bu arıza panel verim kaybına, panel verim kaybı ; string(seri bağlı panel dizisi) verim kaybına ,string verim kaybı ise dizi inverter için MPPT (maksiumum güç izleme noktası) verim kaybı meydana getirir. Göz ardı edilen bypass diyot konusu santral üretim verimliliği için oldukça önemlidir. Bu aşamada santralin bakım ihtiyacı konusu öne çıkmaktadır.

Bypass Diyot Arızası Nasıl Bulunabilir?

(Yukarıda gösterilen şekilde 60 hücreli bir panelde 3 adet bypass diyotu gözükmektedir. Bypass diyot kısa devresi sonucunda bulunan panel 1/3’lük verim kaybı yaşarken sadece panel ile sınırlı kalmayıp bağlı bulunduğu string (Birbirine seri bağlı panel dizisi) hatta MPPT (Maksimum güç izleme noktası)(paralel bağlı stringler için verim kaybı meydana gelmektedir. Çünkü seri bir devrede akım eşit akar.)

Termal Ölçümler:

Bypass diyot arızaları gözle görülmesi güç olduğu için termal sensörler ile görülebilir. Hatalı bypass veya hatalı hücre dizisi bulunduran panellerde hücre dizisi diğer hücre dizilerine göre daha sıcak ve daha soluk gözükmektedir.

I-V Curve Testleri

Bypass diyot arızaları Dark I-V curve testi ile de bulunabilir. String izleme noktası bulunan inverterler için inverterlerin bağlı olduğu ara yüz ekranından kolayca gözükmektedir. String izleme noktası bulunmayan inverterlerin bulunduğu santraller için de yapılabilecek ilk adım mevcut tüketimlerde bir dengesizlik söz konusu mu sorusunu cevaplamaktır? Mevcut tüketimlerde bir problem görülmesi halinde I-V Curve test cihazları ile santral bakım faaliyetini yerine getirmelidir. Ancak unutulmaması gereken bir konu I-V curve testleri sadece bypass diyot arızalarını göstermemekle birlikte problem gözüken panel/dizi hattını gösterir. Sonuçta ana amacımız maksimum verimde sistemimizin çalışmasını sağlamak olduğu için kim bilir belki de başka hatalar bulabiliriz.