PV-модулі — ефект гарячої точки та байпас-діоди при частковому затіненні

Гід про температурну корекцію Voc PV-стрічки розглядає, як розраховується напруга послідовно з'єднаної стрічки. Ця стаття розглядає інший механізм, що виникає в тому самому послідовному ланцюзі, щойно одна комірка отримує менше світла, ніж решта: ефект гарячої точки та байпас-діод, який згідно з IEC 61215 (кваліфікація PV-модулів) призначений для обмеження цього ефекту.

Чому затінена комірка стає проблемою

Комірки в PV-модулі з'єднані послідовно: через кожну комірку тече однаковий струм. Коли одна комірка повністю або частково затінена (опале листя, пташиний послід, тінь від труби, залишок снігу), ця комірка більше не може віддавати такий самий струм, як незатінені комірки поруч. Оскільки струм по всьому послідовному ланцюгу все одно змушено проходить через цю одну комірку, затінена комірка переходить у зворотне зміщення: замість того щоб віддавати потужність, комірка починає розсіювати потужність, яку виробляють інші комірки стрічки. У місці цієї комірки може виникнути різко локалізоване підвищення температури — ефект гарячої точки — з ризиком знебарвлення, розшарування, оплавлення паяних з'єднань або, у важкому випадку, займання тильного листа.

Функція байпас-діода

Щоб цього уникнути, модуль внутрішньо поділений на кілька підстрічок (зазвичай дві-три підстрічки приблизно по 18–24 комірки кожна), з байпас-діодом, підключеним паралельно кожній підстрічці у протилежній полярності. За нормальної роботи кожна комірка зміщена у прямому напрямку, а відповідний байпас-діод — у зворотному: діод не проводить і не впливає на роботу. Щойно одна комірка в підстрічці затінюється й переходить у зворотне зміщення, напруга на цій підстрічці зростає, доки сам діод не опиниться зміщеним у прямому напрямку. Діод починає проводити й надає струму решти стрічки альтернативний шлях в обхід затіненої підстрічки, обмежуючи розсіювання у затіненій комірці приблизно прямою напругою діода (зазвичай 0,5–0,7 В) замість повної напруги підстрічки.

Увага: байпас-діод захищає підстрічку, а не окрему комірку. Всередині затіненої підстрічки, наприклад із 20 комірок, одна затінена комірка все ще може розсіювати значну частку потужності решти 19 комірок цієї підстрічки, доки діод не почне проводити — байпас-діод обмежує ефект, але не усуває його повністю.

Коли сам захист виходить з ладу

Байпас-діод може вийти з ладу двома способами з протилежними наслідками:

• Діод замкнутий накоротко: підстрічка постійно шунтується, навіть без затінення. Втрата виробітку одразу помітна й відносно легко простежується — відповідна підстрічка структурно перестає віддавати потужність.
• Діод розімкнутий: захист втрачається непомітно за нормальної, незатіненої роботи. Лише за наступного часткового затінення цієї підстрічки виникає неконтрольована гаряча точка — саме в той момент, коли діод мав спрацювати. Цей режим відмови найнебезпечніший, оскільки модуль до цього моменту виглядає й працює цілком нормально.

Виявлення: термографія під час роботи під навантаженням

На практиці гарячу точку найнадійніше виявити за допомогою тепловізійної камери, поки установка перебуває під навантаженням і, бажано, поки частина поля зазнає певного затінення (ранній ранок, пізній вечір або період змінної хмарності). Вимірювання ВАХ за допомогою трасувальника ВАХ PV-стрічок може підтвердити знижений виробіток стрічки, але саме собою не вказує точну комірку або точну несправність діода — для цього потрібен тепловізійний знімок.

Практична значущість

Під час періодичного огляду PV-установки важливо перевіряти не лише фізичні пошкодження модулів, а й фіксувати структурне, повторюване часткове затінення поля (дерево, що росте, новий об'єкт на даху), а за недостатнього виробітку стрічки — робити тепловізійний знімок саме під час часткового затінення, оскільки розімкнутий байпас-діод залишається невидимим за повного сонця.

Часті помилки

1. Списувати відхилення ВАХ на "забруднення" без термографічної перевірки, чи не розімкнувся байпас-діод, через що основний дефект залишається неусуненим.
2. Припускати, що байпас-діод захищає кожну комірку окремо, тоді як насправді він працює на рівні підстрічки з зазвичай 18–24 комірок.
3. Проводити термографічний огляд лише за повного, незатіненого сонця, через що розімкнутий байпас-діод — що проявляється лише при частковому затіненні — залишається непоміченим.
4. Не фіксувати й не усувати структурне, повторюване затінення поля (рослинність, що розростається, нові перешкоди), через що комірки повторно опиняються в умовах гарячої точки, а ймовірність відмови діода з часом зростає.

Пов'язані матеріали

• Температурна корекція Voc PV-стрічки та максимальна кількість модулів у серії
• Виявлення дугових замикань постійного струму в PV-стрічках
• Трасувальник ВАХ PV — діагностика стрічок
• Тепловізійне обстеження