27 Schottky Sperrdioden für Parallelschaltung

Hier geht es um eine kleine Optimierung der Solar-Leistung bei Teilverschattung einzelner Module.

 

Bei einer Reihenschaltung mehrerer Module wirkt sich eine (Teil-)Verschattung einzelner Module je nach Art der Verschattung nur teilweise auf die Leistung des einzelnen Modules aus, aber niemals auf den gesamten String.

Moderne PV-Module bestehen in der Regel aus 60 oder 72 einzelnen Solarzellen, die in drei senkrechten Reihen jeweils in Reihe geschaltet sind.

Diese drei Reihen sind untereinander mit sog. Bypass-Dioden ausgestattet, diese sitzen auf der Rückseite des PV-Moduls im Anschlusskästchen.

Wird nun ein Teil einer der drei Reihen (oder die ganze Reihe) verschattet und der Rest des Moduls nicht (die weißen Quadrate sind kleine Schatten), dann kann die dazugehörige Bypass (unten, rot markiert) diesen Teil des Modules umgehen, es hat dann nur 1/3 weniger Gesamtleistung, arbeitet aber weiter.

Werden zwei solcher Reihen verschattet reduziert sich die Leistung um 2/3 und erst bei einer kompletten Verschattung werden alle drei Felder durch die Bypass-Dioden umgangen.

Anders sieht es aus bei einem Schatten, der streifenförmig quer über das Modul geht und somit bei allen drei Reihen ein wenig verschattet, hier schalten die Bypassdioden auch um und das Modul bringt keinerlei Leistung mehr, obwohl vielleicht nur ein kleiner 5cm-Streifen Schatten (durch den Ast eines Baumes etwa) über das Modul ragt.

 

Dagegen kann man auch garnichts machen, auch nicht mit teuren "Optimierern", s. auch hier:

 

In einer Parallelschaltung jedoch sieht es anders aus. Wird ein Modul (teil-)verschattet, sinkt damit ja auch die Spannung und zieht damit dann automatisch die Gesamtspannung des gesamten Parallelstrings herunter, die Leistung verringert sich massiv.

Das ist erstmal ärgerlich aber noch nicht schlimm.

Was noch dazu kommt ist, dass bei Parallelschaltung von mehr als zwei Modulen (oder Parallelschaltung von mehr als zwei Strings) Rückströme entstehen, die ggf. die Module zerstören können, s. auch dieses Paper von SMA -> Download als Pdf

Um das zu verhindern gibt es:

• Solardioden
• Stringdioden
• Sperrdioden
• Blocking Dioden
• Schottkydioden

Alle Begriffe meinen dasselbe, und technisch gesehen handelt es sich immer um sog. Schottky-Dioden

 

Die grünen Bypass-Dioden sind die oben bereits beschriebenen, intern verbauten Dioden. Die sind auf der Schemazeichnung lediglich zum besseren Verständnis außerhalb der Module eingezeichnet.

Hier ein paar Beispiele möglicher Verschattung für das obere Aufbauschema:

Wir nehmen mal an, dass jedes der vier Module 300W liefert und, dass die oberen, roten Sperrdioden noch nicht verbaut sind

1. Teilverschattung senkrecht Modul links unten:

• interne Bypassdiode greift
• Modulleistung sinkt um 1/3 also von 300W auf 200W
• der linke String hat entsprechend weniger Leistung also noch 500W
• die gesamte Anlage liefert noch 1.100W

2. Teilverschattung waagerechter Streifen Modul links unten:

• alle drei internen Bypass-Dioden greifen
• Modulleistung sinkt auf 0W
• der linke String hat entsprechend weniger Leistung also noch 300W
• die gesamte Anlage liefert noch 900W

 

3. beide linken Module sind verschattet - ohne Sperrdioden

• die internen Bypassdioden greifen
• Modulleistung der beiden linken Module sinkt auf 0W
• Spannung des linken Strings bricht zusammen auf 0
• durch die Parallelschaltung zieht der "tote" String die Spannung und damit auch die Leistung des rechten Strings mit runter
• die gesamte Anlage liefert noch etwa 300W oder sogar weniger (je nachdem wie stark die Spannung einbricht)
• ein Rückstrom fließt vom rechten String in den linken, erwärmt dort die PV-Module
• wären hier drei oder mehr Stringsparallel verschaltet könnte der Rückstrom in den "toten" String so hoch werden, dass die beiden Module zerstört werden

 

4. beide linken Module sind verschattet - dieses Mal mit Sperrdioden

• die internen Bypassdioden greifen
• Modulleistung der beiden linken Module sinkt auf 0W
• Spannung des linken Strings bricht zusammen auf 0
• durch die roten Sperrdioden wird ein Stromrückfluss verhindert
• der rechte String kann normal weiter arbeiten
• die gesamte Anlage liefert noch 600W

 

Solche Sperrdioden gibt es zu kaufen als MC4 Stecker-Adapter

Erhältlich auf

• Aliexpress
• Amazon
• eBay

 

 

 

 ..als einzelnen Schottky-Dioden, die kosten dann 1€ / Stück bzw. 5€ im 5er Pack.

Einfach mal bei eBay eingeben "Schottky Dioden" oder "Solar Dioden".

Dann die passende Größe für die eigenen PV-Module und Stringverschaltung aussuchen, es gibt sie mit

• unterschiedlichen Spannungswerten
• unterschiedlichen Stromstärken

Schottkydioden lassen Strom nur in eine Richtung durch und verhindern so, dass die sonnenbeschienenen Module Strom in die verschatteten Module reinschicken

 

 

 

Und da ich eh was basteln muss um von dem alten Steckerstandard der 100W Module an der Mauer-PV...

 

...auf den MC4 Standard zu kommen...

 

...bietet sich das an, die Schottky-Dioden in einen Y-Verbinder mitsamt den alten Anschlüssen zu löten

 

da ich nicht wusste, in welcher Richtung die Schottky-Diode leitet und auch die Markierung auf der Diode nicht deuten konnte habe ich es einfach ausprobiert. Jetzt weiß ich:  der Strich ringsherum um die Diode markiert die Kathode und damit den Minus-Anschluss

 

beideitig gekürzt und verlötet

 

Schrumpfschlauch drüber - fertig

 

hätte ich anstelle der alten PV-Module neuere gehabt mit ganz normalen MC4-Steckern dann hätte ich am Y-Adapter die beiden Kabelenden in der Mitte durchgeschnitten und dann dort die Diode eingelötet

 

 

 

 

So kann man nun zwei parallele Module oder zwei parallele Strings anschließen.

Man braucht die Sperrdioden nur entweder auf der Plusseite oder an der Minusseite -> Anschlussrichtung der Sperrdiode beachten.

Will man mehr als zwei Strings parallel verschalten dann braucht man eben mehrere Adapter.

Ich habe in meinem Beispiel insgesamt 12 Module angeschlossen.

Je zwei in Reihe, also insgesamt 6 parallele Strings.

Dabei habe ich immer zwei der Strings mit einem Y-Adapter mit Dioden parallel angeschlossen und hatte danach drei "geschützte" Strings, diese habe ich dann mit normalen Y-Adaptern ohne Dioden parallel geschaltet.