PV-Module besitzen heutzutage meist Bypass-Dioden. Diese sorgen für einen höheren Wirkungsgrad bei Verschattungen und Verschmutzungen. Zudem sind sie für die Effizienz und Langlebigkeit von PV-Modulen wichtig. Alles über Bypass-Dioden erfahren Sie hier.
Das Wichtigste zuerst
Was ist das?
Eine Bypass-Diode schützt Solarzellen vor Beschädigung durch Teilbeschattung, indem sie Stromfluss umleitet.
Nachteile von Bypass-Dioden
Bypass-Dioden sind keine Lösung bei dauerhafter und regelmäßiger Verschattung.
Wie viele Bypass-Dioden?
Ein Solarmodul hat typischerweise drei Bypass-Dioden. Einige Modelle haben aber auch zwei, vier oder sechs Dioden.
Welche Alternativen?
Bei dauerhafter Verschattung sollten Sie auf Leistungsoptimierer oder Modulwechselrichter zurückgreifen.
Was ist eine Bypass-Diode?
Die Bypass-Diode ist eine wichtige Komponente in PV-Modulen und dient als Schutzmaßnahme. Sie leitet den Stromfluss um Bereiche mit geringerer Leistung herum. So wird sichergestellt, dass defekte oder nicht bestrahlte Solarzellen nicht die gesamte Stromproduktion des Moduls beeinträchtigen.
Haben alle PV-Module Bypass-Dioden?
Heutzutage besitzen die meisten Solarmodule standardmäßig Bypass-Dioden. Früher wurden für diese Aufgabe Schottky-Dioden verwendet. Diese sind allerdings nicht so effizient für den Einsatz in PV-Modulen.
Kann man Bypass-Dioden nachrüsten?
Grundsätzlich können Sie Bypass-Dioden nachrüsten, allerdings kann dadurch der Garantieanspruch der PV-Module entfallen. Wenn Sie darauf bestehen, beauftragen Sie dafür einen erfahrenen Solarteur.
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Welche Aufgaben hat eine Bypass-Diode?
Die Bypass-Diode überbrückt Bereiche im PV-Modul, die aufgrund von Verschattung oder Verschmutzung keinen Strom erzeugen. Somit werden sowohl Überhitzung und Defekte im Solarmodul als auch Leistungseinbußen verhindert.
Reduzierung von Verschattungsverlusten
Normalerweise werden drei Bypass-Dioden pro PV-Modul eingesetzt, wodurch es in drei Bereiche aufgeteilt wird. Wird ein Teil des Solarmoduls verschattet oder verschmutzt, wird der Stromfluss umgeleitet. Das reduziert die Verschattungsverluste erheblich, wie die folgende Abbildung verdeutlicht.
Bypass-Dioden bei der Arbeit
Wie funktioniert dieser Vorgang genau?
An allen Solarzellen wird eine positive Spannung zur Minimierung der Verschattungsverluste angelegt. Wird eine Zelle abgeschattet, entsteht eine negative Spannung. Diese veranlasst die Bypass-Diode zur Umleitung des Stromflusses. Dadurch können die übrigen Zellen ihren vollen Strom leiten. Sobald der aus dem PV-Modul entnommene Strom niedrig genug ist, schaltet die Bypass-Diode ab.
Vermeidung von Hotspots
Durch die Umleitung des Stromflusses entstehen keine Überspannungen an den Solarzellen. Somit vermeiden die Sperrdioden die Entstehung von sogenannten Hotspots. Diese entstehen, wenn die betroffenen Zellen einen Anstieg des Innenwiderstands erfahren. Dies führt zu einer Konzentration des Stroms in einigen wenigen Zellen, was eine Überhitzung und ein mögliches Schmelzen zur Folge hat.
Wie funktioniert eine Bypass-Diode?
Im störungsfreien Betrieb sind die Sperrdioden in umgekehrter Richtung gepolt. Das heißt, die Bypass-Dioden bleiben inaktiv, wenn es keine Probleme im Modulstring gibt. Es ist wichtig, dass die einzelnen Solarzellen während des normalen Betriebs nicht überbrückt werden. Ansonsten entstehen Ertragsminderungen. Bypass-Dioden werden nur aktiviert, wenn ein Problem auftritt. Diese Aktivierung erfolgt automatisch aufgrund der hohen Spannungspegel.
Wenn eine Solarzelle beschattet wird oder ihre Leistung abnimmt, können die Elektronen nicht effizient hindurchfließen. Dadurch entsteht ein "Elektronenstau" und die Spannung steigt. Sobald die Spannung oder der Strom zu hoch wird, schaltet sich die Bypass-Diode ein. Der Strom wird dann durch die Sperrdiode statt durch die Solarzelle umgeleitet.
Wie viele Bypass-Dioden hat ein Solarmodul?
Die meisten Solarmodule haben drei Bypass-Dioden, in seltenen Fällen zwei, vier oder sechs. Diese können keine einzelnen Solarzellen überbrücken, sondern fassen mehrere Zellen zusammen. Sie erhöhen zwar die Leistungsabgabe, wenn Zellen ausfallen, können aber Betriebsstörungen nicht vollständig ausgleichen.
Was passiert, wenn eine Bypass-Diode defekt ist?
Wenn eine Bypass-Diode in einem PV-Modul defekt ist, schaltet sich einer der drei Strings des Moduls ab. Dadurch sinkt die Leistung des Moduls um ein Drittel. Dieser Ertragsrückgang lässt sich in der Ertragskurve eines Strings mit guten Einstrahlungsbedingungen beobachten, wenn mehrere Module betroffen sind. Auf der gesamten PV-Anlage ist es jedoch schwer, einen Defekt zu erkennen.
Aus diesem Grund ist eine regelmäßige Wartung bei Solaranlagen wichtig. Bei dieser Prüfung wird Strom rückwärts eingespeist, um die PV-Anlage zu testen. Im Dunkeln wird ein Strom angelegt und geprüft, ob sich einzelne Solarzellen erwärmen. Ist dies der Fall, funktioniert die Bypass-Diode nicht. Dies weist auf einen Defekt hin, der den Austausch der Diode erfordert.
Kann eine kaputte Bypass-Diode ausgetauscht werden?
Defekte Bypass-Dioden können ausgetauscht werden. Das Auswechseln oder Reparieren einer Bypass-Diode in einer PV-Anlage erfordert technisches Fachwissen, Fertigkeiten und die Verwendung von Spezialwerkzeugen. Aus versicherungstechnischen und Sicherheitsgründen sollten Sie diese Aufgabe einem professionellen Solarinstallateur überlassen
Was sind die Grenzen von Bypass-Dioden und was sind die Alternativen?
Bypass-Dioden sind nur für temporäre Verschattungen, zum Beispiel durch Bewölkung, gedacht. Bei dauerhafter Verschattungen benötigen Sie entweder einen Leistungsoptimierer, einen Multistring-Wechselrichter oder einen Modulwechselrichter. Die Wechselrichter sollten über einen MPP-Tracker verfügen.
- Leistungsoptimierer verwenden einen DC/DC-Spannungswandler, um die Arbeitspunkte der Solarmodule einzustellen und ihre Energieproduktion zu maximieren. Dies wird erreicht, indem die Leistung im Verhältnis zur Eingangsleistung kontinuierlich variiert wird.
- Mit einem Multistring-Wechselrichter können Sie die PV-Anlage in zwei (oder mehrere, je nach Anzahl der Eingänge) Bereiche einteilen. Somit beeinflusst der verschattete Teil der Anlage nicht die Leistung des nicht verschatteten Bereichs.
- Werden nur einzelne Module verschattet, können Sie einen Modulwechselrichter anwenden. Dieser kapselt das verschattete Modul von der PV-Anlage ab, sodass dieser nicht die Leistung der Anlage beeinflusst.
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