Controllo dei diodi di bypass sui pannelli solari: Parte 1

Quasi tutti i pannelli solari comprendono i diodi di bypass integrati. I pannelli in silicio cristallino ne hanno generalmente tre, e si trovano nella scatola di giunzione e ciascuno può escludere un terzo del pannello quando necessario. Il compito principale dei diodi è quello di proteggere le celle solari dal surriscaldamento quando si verifica un ombreggiamento parziale. Insieme all’inverter giusto, possono anche aiutare a minimizzare le perdite di rendimento su tetti parzialmente ombreggiati, come ho già illustrato su questo blog (non ancora tradotte). In questo post, descriverò come controllare se tutti diodi di bypass di un generatore di energia solare sono ancora funzionanti, dato che potrebbero verificarsi dei guasti, e come rilevarli correttamente. La prima parte del post è sui diodi mancanti; nella seconda parte, discuteremo dei diodi di bypass in corto circuito. Questo post è destinato agli specialisti e potrebbe non essere adatto – o interessante – per chi non ha particolare interesse per gli aspetti tecnici.

Schema con un diodo di bypass mancante sul pannello solare
Schema con un diodo di bypass mancante sul pannello solare

Non è strano che un diodo di bypass in un modulo fotovoltaico sia difettoso. Dal momento che i diodi di bypass entrano in azione solo quando il pannello è ombreggiato, quelli difettosi vengono individuati più tardi nel tempo. Come ho detto prima, ci sono due tipi di problemi che possono capitare a un diodo di bypass, e ciascuno di essi si manifesta in modo diverso. Nel primo caso, il diodo di by-pass non conduce elettricità per nulla, in entrambe le direzioni. Ciò può verificarsi se un diodo non è mai stato installato, se il diodo non è collegato correttamente, o se una corrente elevata danneggia il diodo. In questo caso, il responsabile del sistema non si accorge di nulla in un primo momento. Solo quando il pannello interessato è ombreggiato la corrente dell’intera stringa diminuirà fino al valore della cella ombreggiata; in alternativa la cella inizierà persino a consumare energia elettrica se l’inverter può ridurre la tensione a sufficienza. Se il diodo di bypass stesse lavorando correttamente, dovrebbe solo caricare la tensione dalle celle non ombreggiate nella sua parte della stringa; siccome la tensione negativa aumenta sulla cella ombreggiata, il diodo bypass diventa conduttivo. Quando il diodo di bypass è difettoso, tuttavia, non è in grado di intervenire, e la cella riceve una tensione sempre più negativa fino raggiunge infine un punto di rottura. Quando dico “punto di rottura” qui, non parlo solo di un malfunzionamento meccanico, ma anche del punto della curva di un diodo in cui diventa conduttore nella direzione inversa. Per alcuni diodi (diodi Zener), questo effetto viene sfruttato per ottenere delle tensioni stabili nei circuiti elettronici. Per molti altri, però, l’effetto determina un danno a causa dell’elevata perdita di potenza. Le celle solari possono sopportare questo punto di rottura per un breve periodo di tempo, ma diventano così calde che non si può escludere il danno per periodi di tempo più lunghi. La tensione negativa che porta una cella solare al suo punto di rottura è di circa 14 Volt. Dato che 23 celle prive di ombreggiamento forniscono circa 0,55 V * 23 = 12.77 V, non si collegano più di 24 celle cristalline su un’unica serie di celle. In questo modo, una cella con ombreggiamento parziale può imporre la tensione di circuito aperto alle celle non ombreggiate, prevenendo così il passaggio di una corrente troppo elevata.

Per rilevare un diodo di bypass difettoso, è necessario inviare una corrente attraverso il generatore di energia solare nella normale direzione, preferibilmente di notte. Collegate un alimentatore che cercherà di trasmettere energia elettrica attraverso le celle solari. Dal momento che le celle non possono fornire energia durante la notte, i diodi di bypass – se stanno funzionando correttamente – diventano attivi e indirizzano la corrente oltre le celle solari. Se un diodo di bypass è difettoso, non passerà nessuna corrente. Prima di eseguire il test, si dovrebbe sapere quanti pannelli solari sono stati collegati in serie nella stringa sotto ispezione e il numero di diodi di bypass che ogni pannello ha. Moltiplicate questo numero per 0,4 volt per trovare la quantità di tensione che dovrebbe portare i diodi di bypass in conduzione. Oltre questa tensione, la corrente dovrebbe aumentare in modo esponenziale. Se eseguite il test con il nostro pvServe, impostate il limite di corrente a circa il 50 per cento della corrente nominale del il pannello oggetto di indagine.

Termografia di un modulo solare con un diodo di bypass danneggiato
Termografia di un modulo solare con un diodo di bypass danneggiato

Per le celle da cinque pollici, per esempio, tale livello è di circa 2,5 ampere. Poi, continuate ad aumentare la tensione fino a raggiungere quella corrente. Se si sta ispezionando una stringa con 15 pannelli ed ogni pannello ha tre diodi di bypass, quindi la tensione diretta dei diodi è di circa 0,4 V * 15 * 3 = 18 V. Si dovrebbe raggiungere la corrente quando la tensione è leggermente superiore a questo numero. Se non passa nessuna corrente, la causa è più probabile un diodo di bypass difettoso.

Il passo successivo è quello di scoprire quale modulo ha il diodo difettoso. Per questo, avrete bisogno di tensioni molto più elevate – e di prestare molta attenzione. Quindi se un solo diodo è difettoso, nell’esempio sopra saranno necessari solo 17,6 volt (anziché 18 volt) per i diodi intatti. La corrente dovrà fluire all’indietro attraverso le celle solari fino al diodo danneggiato. Per 24 celle, la tensione del “punto di rottura” è di circa 336 volt, il che significa che sono necessari circa 400 Volt per una corrente di 2,5 Ampere. Questa corrente scalderà le celle interessate in un tempo relativamente breve, e il calore sarà visibile con una termocamera. Dal momento che operano al loro punto di rottura, le celle sono molto stressate, quindi accertatevi che il test non duri troppo a lungo. La differenza di temperatura rispetto ai pannelli non riscaldati è sufficiente per trovare rapidamente il pannello interessato. Se più diodi sono difettosi in una stringa, le cose diventano un po’ più complicate, poiché la tensione aumenta sempre di circa 340 Volt (nell’esempio sopra). Il pvServe può essere utilizzato per rilevare fino a tre diodi in stringhe di pannelli che non siano troppo lunghi (tensione massima: 1.000 Volt). Se sono difettosi più diodi, l’unica opzione è quella di dividere la stringa in più parti e controllarle separatamente.
(Translation by Giovanni Guiotto MRP)

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