Dioda Bypass dalam Panel Surya
Dioda bypass ditransfer secara paralel dengan sel surya atau panel individu, untuk memberikan jalur arus di sekitarnya jika sel atau panel kedapatan rusak atau rangkaian terbuka (open-circuit).
Penggunaan dioda bypass ini memungkinkan serangkaian (disebut string) dari sel atau panel yang terhubung untuk terus memasok daya pada tegangan yang dikurangi daripada tidak sama sekali daya.
Bypass dioda terhubung dalam reverse bias antara terminal output positif dan negatif sel surya (atau panel) dan tidak berpengaruh pada outputnya. Idealnya akan ada satu dioda bypass untuk setiap sel surya, tetapi ini bisa agak mahal sehingga umumnya satu dioda digunakan per kelompok kecil sel seri.
Panel surya dibangun menggunakan sel surya individual, dan sel surya terbuat dari lapisan bahan semikonduktor silikon. Satu lapisan silikon diperlakukan dengan zat untuk menghasilkan elektron berlebih.
Ini menjadi lapisan negatif atau tipe-N. Lapisan lain diperlakukan untuk membuat kekurangan elektron, dan menjadi lapisan positif atau tipe-P yang mirip dengan transistor dan dioda.
Ketika dirakit bersama dengan konduktor, susunan silikon ini menjadi semikonduktor PN-junction yang peka terhadap cahaya. Bahkan sel surya Fotovoltaik atau PV seperti yang lebih umum disebut, tidak lebih dari besar, photodioda sensitive datar.
Sel surya fotovoltaik mengubah cahaya foton di sekitar PN-junction langsung menjadi listrik tanpa ada bagian yang bergerak atau mekanis. Sel Fotovoltaik menghasilkan energi dari sinar matahari, bukan dari panas. Bahkan, mereka paling efisien ketika mereka kedinginan!.
Ketika terkena sinar matahari (atau sumber cahaya intens lainnya), tegangan yang dihasilkan oleh sel surya tunggal adalah sekitar 0.58 volt DC, dengan aliran arus (amp) sebanding dengan energi cahaya (foton). Dalam sebagian besar sel fotovoltaik, tegangannya hampir konstan, dan arus sebanding dengan ukuran sel dan intensitas cahaya.
Rangkaian ekuivalen dari Fotovoltaik, ditunjukkan di sebelah kiri, adalah baterai dengan resistansi internal seri, RINTERNAL, mirip dengan baterai konvensional lainnya.
Namun, karena variasi dalam resistansi internal, tegangan sel dan oleh karena itu arus yang tersedia akan bervariasi antara sel fotovoltaik dengan ukuran dan struktur yang sama, terhubung ke beban yang sama, dan di bawah sumber cahaya yang sama sehingga ini harus diperhitungkan ketika pembelian panel surya.
Wafer silikon dari sel surya fotovoltaik yang menghadap sinar matahari terdiri dari kontak listrik dan dilapisi dengan lapisan anti-reflektif yang membantu menyerap sinar matahari lebih efisien. Kontak listrik menyediakan koneksi antara bahan semikonduktor dan beban listrik eksternal, seperti bola lampu atau baterai.
Ketika sinar matahari menyinari sel fotovoltaik, foton cahaya menghantam permukaan bahan semikonduktor dan membebaskan elektron dari ikatan atomnya.
Selama pembuatan bahan kimia doping tertentu ditambahkan ke komposisi semikonduktor untuk membantu membangun jalur bagi elektron yang dibebaskan. Jalur ini menciptakan aliran elektron yang membentuk arus listrik yang mulai mengalir di atas permukaan sel surya fotovoltaik.
Strip logam ditempatkan di permukaan sel fotovoltaik untuk mengumpulkan elektron yang membentuk koneksi positif ( + ) sel. Bagian belakang sel, sisi yang jauh dari sinar matahari yang masuk terdiri dari lapisan aluminium atau logam molibdenum yang membentuk koneksi negatif ( - ) ke sel.
Kemudian sel surya fotovoltaik memiliki dua koneksi listrik untuk aliran arus konvensional, satu positif, dan satu negatif, seperti yang ditunjukkan.
Jenis tenaga surya yang dihasilkan oleh sel surya fotovoltaik adalah DC sama seperti dari baterai. Kebanyakan sel surya fotovoltaik menghasilkan tegangan rangkaian terbuka “tanpa beban” sekitar 0.5 hingga 0.6 volt ketika tidak ada rangkaian eksternal yang terhubung. Tegangan output ini ( VOUT ) sangat tergantung pada tuntutan arus ( I ) sel Fotovoltaik.
Misalnya pada hari yang sangat berawan atau mendung permintaan arus akan rendah sehingga sel dapat memberikan tegangan output penuh, tetapi pada arus output yang berkurang.
Tetapi karena permintaan arus dari beban meningkatkan cahaya yang lebih terang (radiasi matahari) diperlukan di persimpangan/junction untuk mempertahankan tegangan output penuh, VOUT.
Namun, ada batas fisik untuk arus maksimum bahwa sel surya fotovoltaik tunggal dapat memberikan tidak peduli seberapa kuat atau terang radiasi matahari. Ini disebut arus maksimum yang dapat dikirim dan dilambangkan sebagai IMAX.
Nilai IMAX dari sel surya fotovoltaik tunggal tergantung pada ukuran atau luas permukaan sel (terutama PN-junction), jumlah sinar matahari langsung yang mengenai sel, efisiensinya mengubah tenaga surya ini menjadi arus dan tentu saja jenis bahan semikonduktor yang dihasilkan oleh sel dari silikon, galium arsenida, kadmium sulfida atau kadmium telurium dll.
Jadi ketika memilih dioda pemblokiran atau dioda bypass untuk terhubung ke sel surya atau panel, nilai arus maksimum ini, IMAX perlu diperhitungkan.
Kelebihan dari ini adalah bahwa dioda dapat digunakan untuk memblokir aliran arus listrik dari bagian lain dari rangkaian surya listrik. Ketika digunakan dengan panel surya fotovoltaik, jenis dioda silikon ini umumnya disebut sebagai Dioda Blocking.
Dioda Bypass digunakan secara paralel dengan satu atau sejumlah sel surya fotovoltaik untuk mencegah arus yang mengalir dari baik, sel surya yang terkena sinar matahari terlalu panas dan terbakar sel surya yang lebih lemah atau sebagian diarsir dengan menyediakan jalur arus sekitar sel yang buruk. Dioda Blocking digunakan secara berbeda dari Dioda Bypass.
Bypass dioda di panel surya terhubung secara "paralel" dengan sel fotovoltaik atau panel untuk melangsir arus di sekitarnya, sedangkan dioda blocking terhubung dalam "seri" dengan panel fotovoltaik untuk mencegah arus yang mengalir kembali ke dalamnya.
Dioda Blocking karenanya berbeda dari dioda bypass walaupun dalam banyak kasus dioda secara fisik sama, tetapi mereka dipasang secara berbeda dan melayani tujuan yang berbeda. Pertimbangkan susunan surya fotovoltaik kami di bawah ini.
Seperti yang kami katakan sebelumnya, dioda adalah perangkat yang memungkinkan arus mengalir hanya dalam satu arah. Dioda berwarna hijau di atas adalah "dioda bypass", satu di paralel dengan setiap panel surya untuk memberikan jalur resistansi rendah. Dioda Bypass dalam panel surya dan susunan harus dapat dengan aman membawa arus hubung singkat ini.
Dua dioda berwarna merah disebut sebagai "dioda blocking", satu di seri dengan masing-masing cabang seri. Dioda blocking berbeda dari dioda bypass, tetapi dalam banyak kasus kedua dioda secara fisik sama. Namun mereka dipasang secara berbeda dan melayani tujuan yang berbeda.
Dioda pemblokiran ini, juga disebut dioda seri atau dioda isolasi, memastikan bahwa arus listrik hanya mengalir dalam satu arah “OUT” dari rangkaian seri ke beban eksternal, pengontrol, atau baterai.
Alasannya adalah untuk mencegah arus yang dihasilkan oleh panel fotovoltaik terhubung paralel lainnya dalam susunan yang sama mengalir kembali melalui jaringan yang lebih lemah (berbayang) dan juga untuk mencegah baterai yang terisi penuh dari pemakaian atau pengurasan kembali melalui susunan pada malam hari.
Jadi ketika beberapa panel surya terhubung secara paralel, dioda blocking harus digunakan di setiap cabang paralel yang terhubung.
Secara umum, dioda blocking digunakan dalam susunan fotovoltaik ketika ada dua atau lebih cabang paralel atau ada kemungkinan beberapa susunan akan menjadi teduh sebagian pada siang hari ketika matahari bergerak melintasi langit. Ukuran dan jenis dioda blocking yang digunakan tergantung pada jenis larik fotovoltaik.
Dua jenis Dioda tersedia sebagai dioda bypass di panel surya dan susunan: dioda PN-junction silikon dan dioda Schottky barrier. Keduanya tersedia dengan berbagai tingkat arus. Dioda Schottky barrier memiliki drop tegangan maju jauh lebih rendah sekitar 0.4 volt dibandingkan dengan dioda PN 0.7 volt drop untuk perangkat silikon.
Penurunan tegangan yang lebih rendah ini memungkinkan penghematan satu sel Fotovoltaik penuh di setiap cabang seri dari susunan surya karena itu, susunan lebih efisien karena lebih sedikit daya yang dihamburkan dalam dioda blocking.
Sebagian besar produsen termasuk dioda blocking dan dioda bypass di panel surya mereka menyederhanakan desain.
Penggunaan dioda bypass ini memungkinkan serangkaian (disebut string) dari sel atau panel yang terhubung untuk terus memasok daya pada tegangan yang dikurangi daripada tidak sama sekali daya.
Bypass dioda terhubung dalam reverse bias antara terminal output positif dan negatif sel surya (atau panel) dan tidak berpengaruh pada outputnya. Idealnya akan ada satu dioda bypass untuk setiap sel surya, tetapi ini bisa agak mahal sehingga umumnya satu dioda digunakan per kelompok kecil sel seri.
Panel surya dibangun menggunakan sel surya individual, dan sel surya terbuat dari lapisan bahan semikonduktor silikon. Satu lapisan silikon diperlakukan dengan zat untuk menghasilkan elektron berlebih.
Ini menjadi lapisan negatif atau tipe-N. Lapisan lain diperlakukan untuk membuat kekurangan elektron, dan menjadi lapisan positif atau tipe-P yang mirip dengan transistor dan dioda.
Ketika dirakit bersama dengan konduktor, susunan silikon ini menjadi semikonduktor PN-junction yang peka terhadap cahaya. Bahkan sel surya Fotovoltaik atau PV seperti yang lebih umum disebut, tidak lebih dari besar, photodioda sensitive datar.
Sel surya fotovoltaik mengubah cahaya foton di sekitar PN-junction langsung menjadi listrik tanpa ada bagian yang bergerak atau mekanis. Sel Fotovoltaik menghasilkan energi dari sinar matahari, bukan dari panas. Bahkan, mereka paling efisien ketika mereka kedinginan!.
Ketika terkena sinar matahari (atau sumber cahaya intens lainnya), tegangan yang dihasilkan oleh sel surya tunggal adalah sekitar 0.58 volt DC, dengan aliran arus (amp) sebanding dengan energi cahaya (foton). Dalam sebagian besar sel fotovoltaik, tegangannya hampir konstan, dan arus sebanding dengan ukuran sel dan intensitas cahaya.
Namun, karena variasi dalam resistansi internal, tegangan sel dan oleh karena itu arus yang tersedia akan bervariasi antara sel fotovoltaik dengan ukuran dan struktur yang sama, terhubung ke beban yang sama, dan di bawah sumber cahaya yang sama sehingga ini harus diperhitungkan ketika pembelian panel surya.
Wafer silikon dari sel surya fotovoltaik yang menghadap sinar matahari terdiri dari kontak listrik dan dilapisi dengan lapisan anti-reflektif yang membantu menyerap sinar matahari lebih efisien. Kontak listrik menyediakan koneksi antara bahan semikonduktor dan beban listrik eksternal, seperti bola lampu atau baterai.
Ketika sinar matahari menyinari sel fotovoltaik, foton cahaya menghantam permukaan bahan semikonduktor dan membebaskan elektron dari ikatan atomnya.
Selama pembuatan bahan kimia doping tertentu ditambahkan ke komposisi semikonduktor untuk membantu membangun jalur bagi elektron yang dibebaskan. Jalur ini menciptakan aliran elektron yang membentuk arus listrik yang mulai mengalir di atas permukaan sel surya fotovoltaik.
Strip logam ditempatkan di permukaan sel fotovoltaik untuk mengumpulkan elektron yang membentuk koneksi positif ( + ) sel. Bagian belakang sel, sisi yang jauh dari sinar matahari yang masuk terdiri dari lapisan aluminium atau logam molibdenum yang membentuk koneksi negatif ( - ) ke sel.
Kemudian sel surya fotovoltaik memiliki dua koneksi listrik untuk aliran arus konvensional, satu positif, dan satu negatif, seperti yang ditunjukkan.
Konstruksi Sel Surya Fotovoltaik
Jenis tenaga surya yang dihasilkan oleh sel surya fotovoltaik adalah DC sama seperti dari baterai. Kebanyakan sel surya fotovoltaik menghasilkan tegangan rangkaian terbuka “tanpa beban” sekitar 0.5 hingga 0.6 volt ketika tidak ada rangkaian eksternal yang terhubung. Tegangan output ini ( VOUT ) sangat tergantung pada tuntutan arus ( I ) sel Fotovoltaik.
Misalnya pada hari yang sangat berawan atau mendung permintaan arus akan rendah sehingga sel dapat memberikan tegangan output penuh, tetapi pada arus output yang berkurang.
Tetapi karena permintaan arus dari beban meningkatkan cahaya yang lebih terang (radiasi matahari) diperlukan di persimpangan/junction untuk mempertahankan tegangan output penuh, VOUT.
Namun, ada batas fisik untuk arus maksimum bahwa sel surya fotovoltaik tunggal dapat memberikan tidak peduli seberapa kuat atau terang radiasi matahari. Ini disebut arus maksimum yang dapat dikirim dan dilambangkan sebagai IMAX.
Nilai IMAX dari sel surya fotovoltaik tunggal tergantung pada ukuran atau luas permukaan sel (terutama PN-junction), jumlah sinar matahari langsung yang mengenai sel, efisiensinya mengubah tenaga surya ini menjadi arus dan tentu saja jenis bahan semikonduktor yang dihasilkan oleh sel dari silikon, galium arsenida, kadmium sulfida atau kadmium telurium dll.
Jadi ketika memilih dioda pemblokiran atau dioda bypass untuk terhubung ke sel surya atau panel, nilai arus maksimum ini, IMAX perlu diperhitungkan.
Dioda dalam Susunan Fotovoltaik
Dioda PN-junction bertindak seperti solid state katup listrik satu arah yang hanya memungkinkan arus listrik mengalir melalui diri mereka sendiri dalam satu arah saja.Kelebihan dari ini adalah bahwa dioda dapat digunakan untuk memblokir aliran arus listrik dari bagian lain dari rangkaian surya listrik. Ketika digunakan dengan panel surya fotovoltaik, jenis dioda silikon ini umumnya disebut sebagai Dioda Blocking.
Dioda Bypass digunakan secara paralel dengan satu atau sejumlah sel surya fotovoltaik untuk mencegah arus yang mengalir dari baik, sel surya yang terkena sinar matahari terlalu panas dan terbakar sel surya yang lebih lemah atau sebagian diarsir dengan menyediakan jalur arus sekitar sel yang buruk. Dioda Blocking digunakan secara berbeda dari Dioda Bypass.
Bypass dioda di panel surya terhubung secara "paralel" dengan sel fotovoltaik atau panel untuk melangsir arus di sekitarnya, sedangkan dioda blocking terhubung dalam "seri" dengan panel fotovoltaik untuk mencegah arus yang mengalir kembali ke dalamnya.
Dioda Blocking karenanya berbeda dari dioda bypass walaupun dalam banyak kasus dioda secara fisik sama, tetapi mereka dipasang secara berbeda dan melayani tujuan yang berbeda. Pertimbangkan susunan surya fotovoltaik kami di bawah ini.
Dioda Bypass dalam Susunan Fotovoltaik
Seperti yang kami katakan sebelumnya, dioda adalah perangkat yang memungkinkan arus mengalir hanya dalam satu arah. Dioda berwarna hijau di atas adalah "dioda bypass", satu di paralel dengan setiap panel surya untuk memberikan jalur resistansi rendah. Dioda Bypass dalam panel surya dan susunan harus dapat dengan aman membawa arus hubung singkat ini.
Dua dioda berwarna merah disebut sebagai "dioda blocking", satu di seri dengan masing-masing cabang seri. Dioda blocking berbeda dari dioda bypass, tetapi dalam banyak kasus kedua dioda secara fisik sama. Namun mereka dipasang secara berbeda dan melayani tujuan yang berbeda.
Dioda pemblokiran ini, juga disebut dioda seri atau dioda isolasi, memastikan bahwa arus listrik hanya mengalir dalam satu arah “OUT” dari rangkaian seri ke beban eksternal, pengontrol, atau baterai.
Alasannya adalah untuk mencegah arus yang dihasilkan oleh panel fotovoltaik terhubung paralel lainnya dalam susunan yang sama mengalir kembali melalui jaringan yang lebih lemah (berbayang) dan juga untuk mencegah baterai yang terisi penuh dari pemakaian atau pengurasan kembali melalui susunan pada malam hari.
Jadi ketika beberapa panel surya terhubung secara paralel, dioda blocking harus digunakan di setiap cabang paralel yang terhubung.
Secara umum, dioda blocking digunakan dalam susunan fotovoltaik ketika ada dua atau lebih cabang paralel atau ada kemungkinan beberapa susunan akan menjadi teduh sebagian pada siang hari ketika matahari bergerak melintasi langit. Ukuran dan jenis dioda blocking yang digunakan tergantung pada jenis larik fotovoltaik.
Dua jenis Dioda tersedia sebagai dioda bypass di panel surya dan susunan: dioda PN-junction silikon dan dioda Schottky barrier. Keduanya tersedia dengan berbagai tingkat arus. Dioda Schottky barrier memiliki drop tegangan maju jauh lebih rendah sekitar 0.4 volt dibandingkan dengan dioda PN 0.7 volt drop untuk perangkat silikon.
Penurunan tegangan yang lebih rendah ini memungkinkan penghematan satu sel Fotovoltaik penuh di setiap cabang seri dari susunan surya karena itu, susunan lebih efisien karena lebih sedikit daya yang dihamburkan dalam dioda blocking.
Sebagian besar produsen termasuk dioda blocking dan dioda bypass di panel surya mereka menyederhanakan desain.