Bypass-Dioden

 

Die Bypassdiode

 
 

Sicherung im Solarstromgefüge

Bei der Bypassdiode (engl. Bypass: “Umgehung"; griech. díodos “Durchgang") handelt es sich um eine wesentliche Sicherungseinrichtung im Photovoltaik-Modul.
Verschattete oder defekte Solarzellen werden durch die Bypassdiode bei Bedarf umgangen, der Solarstrom wird um die Störstelle herum geleitet und geht so nicht verloren.




Was macht die Bypassdiode notwendig?

Die Erfordernis, Bypassdioden in den Aufbau von Photovoltaimodulen zu integrieren, erklärt sich aus einer Spezialität der Solarstromerzeugung. Die Produktion von Solarstrom im Photovoltaikmodul ist in sogenannten Strings organisiert: Gruppen von Solarzellen werden miteinander verschaltet, indem sie hintereinander in Reihe gesetzt und verkabelt werden.
Wie in Batterien, die hintereinander in einer Taschenlampe liegen und so die erforderliche Stromspannung aufbauen, bauen die seriell verschalteten Solarzellen von Element zu Element die hohe Stromspannung auf, die – ggf. nach einer weiteren Transformation – für die Netzeinspeisung erforderlich ist.

Im Bild:

Strings im Normalbetrieb: Bypassdiode inaktiv

Ist der String aktiv, bleiben die Bypassdioden inaktiv. – © 2009 DGS Solarpraxis

Ist der Solarstromfluss an einer Stelle gestört – ob durch Defekt, Verunreinigung oder Verschattung -, wird der aus den vorgelagerten Solarzellen anliegende Strom aufgehalten.
In der Elektro- und Halbleitertechnik wird hier von dem sogenannten “Gartenschlauch-Effekt" gesprochen: Die heran drängenden Ladungsträger (Elektronen) werden nicht weitergeleitet und stauen sich an der Störstelle auf wie Wasser in einem abgeklemmten Gartenschlauch.

Folgen des Elektronenstaus

Der oben skizzierte Elektronenstau ist für Photovoltaik-Betreiber aus zwei Gründen fatal:

  • Indem die Elektronen sich an einer Stelle stauen, erzeugen sie Druck, der sich in Hitze entladen kann: Es droht ein Hot Spot mit hohen Hitzegraden und im Extremfall ein Störlichtbogen.
    Das Material des Moduls kann dabei erheblich beschädigt werden.
  • Indem der Strom in einem String ohne Bypassdiode aus vorgelagerten Solarzellen nicht weitergeleitet wird – was auch den Strom aus vorgelagerten Modulen im String betreffen kann -, geht dieser für Nutzung bzw. Einspeisung verloren.
    Sp bestimmt die schwächste Solarzelle im Modul den Solarertrag.
    Dem Betreiber droht ein – mitunter erheblicher – Ertragsausfall.

Dieser Problematik begegnet das Konzept der Bypassdiode, die in alle modernen Photovoltaikmodule eingebaut ist.

Im Bild:

Bypassdiode

Ist der String gestört, werden die Bypassdioden aktiv. – © 2009 DGS Solarpraxis

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Sicherung im Solarstromgefüge

Bei der Bypassdiode (engl. Bypass: “Umgehung"; griech. díodos “Durchgang") handelt es sich um eine wesentliche Sicherungseinrichtung im Photovoltaik-Modul.
Verschattete oder defekte Solarzellen werden durch die Bypassdiode bei Bedarf umgangen, der Solarstrom wird um die Störstelle herum geleitet und geht so nicht verloren.




Was macht die Bypassdiode notwendig?

Die Erfordernis, Bypassdioden in den Aufbau von Photovoltaimodulen zu integrieren, erklärt sich aus einer Spezialität der Solarstromerzeugung. Die Produktion von Solarstrom im Photovoltaikmodul ist in sogenannten Strings organisiert: Gruppen von Solarzellen werden miteinander verschaltet, indem sie hintereinander in Reihe gesetzt und verkabelt werden.
Wie in Batterien, die hintereinander in einer Taschenlampe liegen und so die erforderliche Stromspannung aufbauen, bauen die seriell verschalteten Solarzellen von Element zu Element die hohe Stromspannung auf, die – ggf. nach einer weiteren Transformation – für die Netzeinspeisung erforderlich ist.

Im Bild:

Strings im Normalbetrieb: Bypassdiode inaktiv

Ist der String aktiv, bleiben die Bypassdioden inaktiv. – © 2009 DGS Solarpraxis

Ist der Solarstromfluss an einer Stelle gestört – ob durch Defekt, Verunreinigung oder Verschattung -, wird der aus den vorgelagerten Solarzellen anliegende Strom aufgehalten.
In der Elektro- und Halbleitertechnik wird hier von dem sogenannten “Gartenschlauch-Effekt" gesprochen: Die heran drängenden Ladungsträger (Elektronen) werden nicht weitergeleitet und stauen sich an der Störstelle auf wie Wasser in einem abgeklemmten Gartenschlauch.

Folgen des Elektronenstaus

Der oben skizzierte Elektronenstau ist für Photovoltaik-Betreiber aus zwei Gründen fatal:

  • Indem die Elektronen sich an einer Stelle stauen, erzeugen sie Druck, der sich in Hitze entladen kann: Es droht ein Hot Spot mit hohen Hitzegraden und im Extremfall ein Störlichtbogen.
    Das Material des Moduls kann dabei erheblich beschädigt werden.
  • Indem der Strom in einem String ohne Bypassdiode aus vorgelagerten Solarzellen nicht weitergeleitet wird – was auch den Strom aus vorgelagerten Modulen im String betreffen kann -, geht dieser für Nutzung bzw. Einspeisung verloren.
    Sp bestimmt die schwächste Solarzelle im Modul den Solarertrag.
    Dem Betreiber droht ein – mitunter erheblicher – Ertragsausfall.

Dieser Problematik begegnet das Konzept der Bypassdiode, die in alle modernen Photovoltaikmodule eingebaut ist.

Im Bild:

Bypassdiode

Ist der String gestört, werden die Bypassdioden aktiv. – © 2009 DGS Solarpraxis

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Sicherung im Solarstromgefüge

Bei der Bypassdiode (engl. Bypass: “Umgehung"; griech. díodos “Durchgang") handelt es sich um eine wesentliche Sicherungseinrichtung im Photovoltaik-Modul.
Verschattete oder defekte Solarzellen werden durch die Bypassdiode bei Bedarf umgangen, der Solarstrom wird um die Störstelle herum geleitet und geht so nicht verloren.




Was macht die Bypassdiode notwendig?

Die Erfordernis, Bypassdioden in den Aufbau von Photovoltaimodulen zu integrieren, erklärt sich aus einer Spezialität der Solarstromerzeugung. Die Produktion von Solarstrom im Photovoltaikmodul ist in sogenannten Strings organisiert: Gruppen von Solarzellen werden miteinander verschaltet, indem sie hintereinander in Reihe gesetzt und verkabelt werden.
Wie in Batterien, die hintereinander in einer Taschenlampe liegen und so die erforderliche Stromspannung aufbauen, bauen die seriell verschalteten Solarzellen von Element zu Element die hohe Stromspannung auf, die – ggf. nach einer weiteren Transformation – für die Netzeinspeisung erforderlich ist.

Im Bild:

Strings im Normalbetrieb: Bypassdiode inaktiv

Ist der String aktiv, bleiben die Bypassdioden inaktiv. – © 2009 DGS Solarpraxis

Ist der Solarstromfluss an einer Stelle gestört – ob durch Defekt, Verunreinigung oder Verschattung -, wird der aus den vorgelagerten Solarzellen anliegende Strom aufgehalten.
In der Elektro- und Halbleitertechnik wird hier von dem sogenannten “Gartenschlauch-Effekt" gesprochen: Die heran drängenden Ladungsträger (Elektronen) werden nicht weitergeleitet und stauen sich an der Störstelle auf wie Wasser in einem abgeklemmten Gartenschlauch.

Folgen des Elektronenstaus

Der oben skizzierte Elektronenstau ist für Photovoltaik-Betreiber aus zwei Gründen fatal:

  • Indem die Elektronen sich an einer Stelle stauen, erzeugen sie Druck, der sich in Hitze entladen kann: Es droht ein Hot Spot mit hohen Hitzegraden und im Extremfall ein Störlichtbogen.
    Das Material des Moduls kann dabei erheblich beschädigt werden.
  • Indem der Strom in einem String ohne Bypassdiode aus vorgelagerten Solarzellen nicht weitergeleitet wird – was auch den Strom aus vorgelagerten Modulen im String betreffen kann -, geht dieser für Nutzung bzw. Einspeisung verloren.
    Sp bestimmt die schwächste Solarzelle im Modul den Solarertrag.
    Dem Betreiber droht ein – mitunter erheblicher – Ertragsausfall.

Dieser Problematik begegnet das Konzept der Bypassdiode, die in alle modernen Photovoltaikmodule eingebaut ist.

Im Bild:

Bypassdiode

Ist der String gestört, werden die Bypassdioden aktiv. – © 2009 DGS Solarpraxis

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Überbrückung durch Bypassdioden

Eine Diode ist ein elektrisches Bauteil, das den Stromfluss nur in einer Richtung erlaubt. Bypassdioden werden antiparallel zur Flussrichtung des Solarstroms geschaltet, so dass sie eine Stromsperre oder einen Isolator bilden.

Die Aktivierung von Bypassdioden

Im Normalbetrieb sind Bypassdioden inaktiv. Würde eine funktionierende Solarzelle durch Bypassdioden umgangen, könnte sie nichts zur Erhöhung der elektrischen Spannung beitragen – die Leistung der Solarzelle wäre für den String verloren.
Daher werden die Dioden erst aktiviert, wenn eine Störung des wunschgemäßen Stromflusses durch die Solarzellen vorliegt. Ist der Weitertransport der Elektronen im String blockiert, läuft der Strom zurück und die elektrische Spannung, die an der Diode anliegt, steigt.
Wird ein Mindestwert der Stromstärke (angegeben in der Einheit Ampere, benannt nach dem französischen Physiker André-Marie Ampère) bzw. der elektrischen Spannung (Volt, nach dem italienischen Elektrizitätsforscher Alessandro Volta) überschritten, anders gesagt: wird die sogenannte Durchbruchspannung erreicht, so wird die Bypassdiode aktiviert. Es ist nun der Bypass, der den Strom weiterleitet, der von der Solarzelle blockiert wird.

Sperrspannung

Damit die Bypassdiode ihre Arbeit nicht zu früh aufnimmt, entspricht ihre Sperrspannung bzw. Mindeststromstärke mindestens den Strom- und Spannungswerten der zu überbrückenden Elemente.
Die notwendigen Volt- und Ampere-Werte dürfen aber auch nicht zu hoch sein – damit nicht erst ein Hot Spot entsteht, bevor die Umgehung übernimmt.
Üblich ist eine Sperrspannung von 100 V und eine Mindeststromstärke von 3 A.

Module werden heute regelmäßig mit mehreren Bypassdioden ausgestattet – üblich sind drei oder vier; auch zwei oder sechs Bypassdioden werden gelegentlich verbaut. Dabei umgeht jede von ihnen mehrere Solarzellen.

Solarzellen im Zusammenspiel

Zur individuellen Berechnung

Überbrückung durch Bypassdioden

Eine Diode ist ein elektrisches Bauteil, das den Stromfluss nur in einer Richtung erlaubt. Bypassdioden werden antiparallel zur Flussrichtung des Solarstroms geschaltet, so dass sie eine Stromsperre oder einen Isolator bilden.

Die Aktivierung von Bypassdioden

Im Normalbetrieb sind Bypassdioden inaktiv. Würde eine funktionierende Solarzelle durch Bypassdioden umgangen, könnte sie nichts zur Erhöhung der elektrischen Spannung beitragen – die Leistung der Solarzelle wäre für den String verloren.
Daher werden die Dioden erst aktiviert, wenn eine Störung des wunschgemäßen Stromflusses durch die Solarzellen vorliegt. Ist der Weitertransport der Elektronen im String blockiert, läuft der Strom zurück und die elektrische Spannung, die an der Diode anliegt, steigt.
Wird ein Mindestwert der Stromstärke (angegeben in der Einheit Ampere, benannt nach dem französischen Physiker André-Marie Ampère) bzw. der elektrischen Spannung (Volt, nach dem italienischen Elektrizitätsforscher Alessandro Volta) überschritten, anders gesagt: wird die sogenannte Durchbruchspannung erreicht, so wird die Bypassdiode aktiviert. Es ist nun der Bypass, der den Strom weiterleitet, der von der Solarzelle blockiert wird.

Sperrspannung

Damit die Bypassdiode ihre Arbeit nicht zu früh aufnimmt, entspricht ihre Sperrspannung bzw. Mindeststromstärke mindestens den Strom- und Spannungswerten der zu überbrückenden Elemente.
Die notwendigen Volt- und Ampere-Werte dürfen aber auch nicht zu hoch sein – damit nicht erst ein Hot Spot entsteht, bevor die Umgehung übernimmt.
Üblich ist eine Sperrspannung von 100 V und eine Mindeststromstärke von 3 A.

Module werden heute regelmäßig mit mehreren Bypassdioden ausgestattet – üblich sind drei oder vier; auch zwei oder sechs Bypassdioden werden gelegentlich verbaut. Dabei umgeht jede von ihnen mehrere Solarzellen.

Solarzellen im Zusammenspiel

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Eine Diode ist ein elektrisches Bauteil, das den Stromfluss nur in einer Richtung erlaubt. Bypassdioden werden antiparallel zur Flussrichtung des Solarstroms geschaltet, so dass sie eine Stromsperre oder einen Isolator bilden.

Die Aktivierung von Bypassdioden

Im Normalbetrieb sind Bypassdioden inaktiv. Würde eine funktionierende Solarzelle durch Bypassdioden umgangen, könnte sie nichts zur Erhöhung der elektrischen Spannung beitragen – die Leistung der Solarzelle wäre für den String verloren.
Daher werden die Dioden erst aktiviert, wenn eine Störung des wunschgemäßen Stromflusses durch die Solarzellen vorliegt. Ist der Weitertransport der Elektronen im String blockiert, läuft der Strom zurück und die elektrische Spannung, die an der Diode anliegt, steigt.
Wird ein Mindestwert der Stromstärke (angegeben in der Einheit Ampere, benannt nach dem französischen Physiker André-Marie Ampère) bzw. der elektrischen Spannung (Volt, nach dem italienischen Elektrizitätsforscher Alessandro Volta) überschritten, anders gesagt: wird die sogenannte Durchbruchspannung erreicht, so wird die Bypassdiode aktiviert. Es ist nun der Bypass, der den Strom weiterleitet, der von der Solarzelle blockiert wird.

Sperrspannung

Damit die Bypassdiode ihre Arbeit nicht zu früh aufnimmt, entspricht ihre Sperrspannung bzw. Mindeststromstärke mindestens den Strom- und Spannungswerten der zu überbrückenden Elemente.
Die notwendigen Volt- und Ampere-Werte dürfen aber auch nicht zu hoch sein – damit nicht erst ein Hot Spot entsteht, bevor die Umgehung übernimmt.
Üblich ist eine Sperrspannung von 100 V und eine Mindeststromstärke von 3 A.

Module werden heute regelmäßig mit mehreren Bypassdioden ausgestattet – üblich sind drei oder vier; auch zwei oder sechs Bypassdioden werden gelegentlich verbaut. Dabei umgeht jede von ihnen mehrere Solarzellen.

Solarzellen im Zusammenspiel

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