voor wijkbewoners
Schaduw op zonnepaneel

Schaduw en bypass-diodes

Bij de uitleg over de werking van een zonnepaneel hebben we al aangegeven dat schaduw op een standaard kristallijn zonnepaneel betekent dat de totale opbrengst van een paneel wordt ‘geknepen’, alsof je knijpt in een tuinslang waardoor er ook minder water uit komt.

Paneel met diodes

Zonnecellen op een zonnepaneel zijn in serie gemonteerd, de stroom moet ongehinderd door alle zonnecellen kunnen lopen. Veel standaard panelen zijn 60- of 72-cels panelen, wat betekent dat er in de lengterichting 10 of 12, en in de breedterichting 6 zonnecellen in zitten. Schaduwwerking op één of meer zonnecellen betekent dat deze cellen geen stroom produceren maar zelfs stroom gaan gebruiken. Daardoor worden deze cellen heet (ze fungeren dan als weerstand) en in theorie kunnen ze dan inbranden (hot spots). Fabrikanten van zonnepanelen hebben dit probleem ook ingezien en zijn ertoe over gegaan om in alle kristallijn zonnepanelen zogenaamde bypass-diodes te monteren.

Hier links zie je zo’n paneel. Bij elke reeks cellen is in de lengterichting aan het eind een bypass-diode gemonteerd, in het plaatje links zwart weergegeven. Zo’n diode kan de stroom omleiden, zodat deze niet langer door de (steeds heter wordende) zonnecel(len) loopt, maar direct via de reeks zonnecellen in de lengterichting daarnaast gaat lopen. Zoals water altijd naar het laagste punt loopt, zoekt stroom de weg van de minste weerstand.


Stroom via diode

In het linker-plaatje zie je de situatie wanneer er een zonnecel kapot is. De stroom kan daar niet doorheen en zoekt dan de weg via de diode naar de daarnaast liggende reeks cellen. Als er één zonnecel beschaduwd is en een ‘hot spot’ dreigt te worden (inbranding door hitte) wordt het paneel gered doordat de stroom door de diode gaat lopen en de zonnecel niet (verder) beschadigd wordt.

Rechts zie je de situatie als er diverse zonnecellen in de schaduw liggen en dus niet of weinig meewerken om stroom te produceren. Maar er valt wat te kiezen. De omvormer speelt een cruciale rol welke route de stroom zal gaan volgen.

Paneel met rij beschaduwd

Als de stroomdoorvoer stropt doordat één zonnecel dit blokkeert zal de bypass-diode geactiveerd worden. De cel kan kapot zijn, of er kan sprake zijn van schaduwwerking op de gehele zonnecel, waardoor deze helemaal geen stroom produceert en zelfs dan ook helemaal alles gaat blokkeren. De weg van de minste weerstand is dan het devies. Anders wordt het wanneer er een reeks zonnecellen in de reeks worden beschaduwd maar deze toch nog wel wat stroom produceren. Wanneer springt dan de omleiding via de diode aan?

Omvormer

In deze situatie is de rol van de omvormer van groot belang. De omvormer bepaalt in feite op welk spanningsniveau de hele string van zonnepanelen (en dus de zonnecellen) moet werken. In de omvormer zit een zogenaamde MPP-tracker (Maximum Power Point). Deze elektronica zoekt steeds naar de meest optimale situatie voor het PV-systeem, om zoveel mogelijk stroom te genereren aan de ‘output’-zijde van de omvormer. Dit gaan we uitleggen in een apart artikel. Voor nu volstaat om te beseffen dat de omvormer een erg belangrijk apparaat is in het PV-systeem. In het geval van beschaduwde zonnecellen op het zonnepaneel is het afhankelijk van de spanning die de MPP-tracker kiest, of de beschaduwde cellen wèl meedoen (en wel dus minder stroom doorlaten), of níet meedoen en dus de ‘bypass-diode’ route wordt gekozen waardoor meer stroom wordt geproduceerd.

Voor een goed begrip: we hebben het in dit artikel over een min of meer standaard configuratie met standaard kristallijne zonnepanelen, gelegd in één of meer strings en één centrale stringomvormer. Er zijn ook andere configuratie mogelijk, met micro-omvormers per zonnepaneel of optimizers per paneel met een generieke of een speciale met de optimizers samenwerkende omvormer.