Sperrdioden und Bypassdioden - Funktion und Anwendung

Die Antwort ist: NEIN.

Jetzt hätte ich noch ein letztes Verschattungsszenario (versprochen! :D):

Modul P1 dürfte praktisch gar keinen Strom liefern, Modul P2 nur minimal mehr, Modul P3 könnte Strom liefern. In einer Serienschaltung bestimmt das schwächste Modul den Stromfluß. Sprich Modul P3 produziert dann auch nichts - und String 1 ist (fast) ein Totalausfall. Oder greifen da die Bypass-Dioden von P1 und P2 - und Modul P3 kann dadurch noch mit voller Leistung Strom liefern?

Die Antwort ist: NEIN.

Jetzt hätte ich noch ein letztes Verschattungsszenario (versprochen! :D):

Niemals etwas versprechen, was man möglicherweise nicht halten kann ....

Modul P1 dürfte praktisch gar keinen Strom liefern, Modul P2 nur minimal mehr, Modul P3 könnte Strom liefern.

"Praktisch garkeinen Strom" für P1 ist ja falsch. Hast du nicht selbst hier gerade Grafiken gezeigt, wo man verschatteter und unterschätztes getrennt gesehen hat? Auch da waren es verschattet grob 20 % vom Maximum.

Minimal mehr für P 2 ist auch diskutierbar. Eigentlich bestimmt bei so kurzen Strings ( und normalen 3 Bypassdioden und einem parallelen voll beleuchteten ) schon eine einzige verschattete Zelle den Strom.
Die Betonung liegt auf "kurzem string", denn bei Langen ist das Verhalten ganz anders.
Ich werde dazu noch eine weitere Post mit Erläuterungen am Leistungsdiagramm machen.

In einer Serienschaltung bestimmt das schwächste Modul den Stromfluß.

Vollkommen richtig - wohlgemerkt bei kurzen Strings, oder um es zu nennen: wen die Gesamtspannung des Strings nicht ausreicht, das unter Last Bypassdioden zu arbeiten beginnen.

Sprich Modul P3 produziert dann auch nichts -

Eigentlich könnte es, aber niemand belastet es, dass der mögliche Strom fließt.
Wie bei der Autobatterie, bei der du an plus und minus anfasst. Die könnte ja 200 A liefern.... Aber dein Hautwiderstand verhindert das und es fliesst nur ein winziges Strömchen.

und String 1 ist (fast) ein Totalausfall.

Wie gesagt, 20 %

Oder greifen da die Bypass-Dioden von P1 und P2 - und Modul P3 kann dadurch noch mit voller Leistung Strom liefern?

Nein. Das erläutere ich auch noch.

Ich werde dazu noch eine weitere Post mit Erläuterungen am Leistungsdiagramm machen.

Ich bin schon ganz gespannt :thumbup:

In einer Serienschaltung bestimmt das schwächste Modul den Stromfluß.

Vollkommen richtig - wohlgemerkt bei kurzen Strings, oder um es zu nennen: wen die Gesamtspannung des Strings ausreicht, das unter Last Bypassdioden zu arbeiten beginnen.

Was? Den Satz hab ich nicht verstanden. "... die Gesamtspannung des Strings ausreicht, das unter Last Bypassdioden zu arbeiten beginnen". Sagen wir mal 2 x 35 + 1 x 40 Volt in dem String, also 110 Volt.
Last? Wo kommt die jetzt her? Ist das der Strom den der MPPT abnehmen kann? (ich kann mit dem Begriff "Last" nicht viel anfangen) Und wieviel von dieser "Last" braucht es damit die Bypassdioden zu arbeiten beginnen?

Oder greifen da die Bypass-Dioden von P1 und P2 - und Modul P3 kann dadurch noch mit voller Leistung Strom liefern?

Nein. Das erläutere ich auch noch.

Mist. Auch da bin ich jetzt sehr gespannt warum nicht.

Zwischenfrage: Würde es helfen in dem String jeweils eine extra Bypassdiode parallel pro Modul zu verbauen? So wie hier:

Zur letzten Frage:
Nein. Weil in dem Modul ja auch schon drei drin sind, die zu den neuen parallel wäre.
Diese Bypassdiode Kram verdreht einen das Hirn, bis man es verstanden hat, bleib geduldig.
Ich versuche Mal rein paar Hinweise.

- Solange keine Last ( das ist der Wandler) Strom zieht , machen Bypassdioden nix. Never . Niente.
- also auch dann nicht, wenn das Modul teil- abgeschattet oder -abgedunkelt ist (!).

- weisst du , was passiert,vwenn du in einer Taschenlampe mit mehreren Zellen in Reihe eine schlechte reintust? Die wird beim leuchten von den anderen " in der Spannung umgedreht".

-Und genau das passiert in einem langen String mit einer Zelle, die wegen Verschattung nicht liefern kann.

- Und die umgedrehte Richtung der Spannung ist für die Bypassdiode : leitend.

- also wirkt die Bypassdiode erst dann, wenn man den String mit höherem Strom belastet, als die schlechteste Zelle bringen kann.

- weisst du , was passiert,vwenn du in einer Taschenlampe mit mehreren Zellen in Reihe eine schlechte reintust? Die wird beim leuchten von den anderen " in der Spannung umgedreht".

OK, das bekomm ich in meinen Kopf rein.

- also wirkt die Bypassdiode erst dann, wenn man den String mit höherem Strom belastet, als die schlechteste Zelle bringen kann.

Was bedeutet "den String mit Strom belastet"? Belasten ... ist das, wenn der Laderegler Strom vom String ziehen kann?

Und was bedeutet "den String mit höherem Strom belastet, als die schlechteste Zelle bringen kann"? Wäre das der Fall, wenn in meinem Beispiel, statt 2, nur 1 Modul verschattet wäre? Also 2 Module Strom liefern und dieser Strom dann größer ist als der Strom den das schlechteste (aka verschattete) Modul nicht liefert?.

Dieses "als die schlechteste Zelle bringen kann" verdreht mir das Hirn 😀 ... ist das Isc (Short Circuit Current), also ca. 11 A bei meinen Modulen? Oder wie wird das berechnet?

Den String mit Strom belasten... Das macht der Wandler, der Laderegler. Das, was du als Verbraucher anschließt, so dass im String Strom fließt... Der Strom, den er selbst erzeugt hat und der zum Verbraucher geht.

Die schlechteste Zelle, das ist die teilweise oder ganz abgeschattete Zelle mit dem geringsten Strom im Vergleich zu allen anderen .
Das schwächste Glied in der Kette, wie man sagt.

Du musst nicht gleich in verschatteten Modulen denken, mit einer einzigen auch nur teilverschatteten Zelle fängt der Ärger an.

Beispiel.
Also, 2 Module, je 72 Zellen, je 3 Bypassdiode je 24 Zellen, jede Zelle voll bestrahlt und kann 10 A, ( Beispiel), nur auf einer Zelle liegt ein Blatt und deckt die Hälfte der Fläche ab.

Deswegen kann die Zelle logischerweise nur 5 A.
Jetzt belastet der Wandler so, dass eigentlich 10 A fließen würden.

Das dreht die Spannung der einen Zelle um, und sie wird negativ... Immer mehr....und irgendwann hat das etwa 12 V (falschrum) an der einen Zelle erreicht.
Jetzt kommt der Knoten:

Da etwa ist jetzt die gesamte Spannung in einem 24er Block einer Bypassdiode zu null geworden, eine Zelle minus 12 V, alle anderen 23 Mal 0,5V....die Spannung an der Bypassdiode ist fast null....
Und noch ein bischen mehr.....
Jetzt dreht sich auch die Spannung an der Bypassdiode um..... Und sie wird leitend !

Jetzt hat das ganze Modul diese etwa 12 V weniger Spannung.... Diese 12 V "drehen sich im Kreis : 23 Zellen ... Eine schlechte Zelle...die Bypassdiode.

Getz bin ich gespannt...wer ist noch bei mir?

Deswegen kann die Zelle logischerweise nur 5 A.
Jetzt belastet der Wandler so, dass eigentlich 10 A fließen würden.

Das dreht die Spannung der einen Zelle um, und sie wird negativ... Immer mehr ...

Kann man sich dieses "Umdrehen" so vorstellen, dass dann vom Wandler 5 A in die Zelle fließen? So: 5 A (kann die Zelle) - 10 A (vom Wandler) = -5 A

....und irgendwann hat das etwa 12 V (falschrum) an der einen Zelle erreicht.

Wieso genau 12 V? Wie berechnet sich das?

Getz bin ich gespannt...wer ist noch bei mir?

Nur noch phasenweise fürchte ich 😀

Zwischenfrage: Kann man grob sagen, das dieses "Problem" primär kurze Strings betrifft, weil in langen Strings die guten Module das verschattete Modul "überstimmen"?

Die Betonung liegt auf "kurzem string", denn bei Langen ist das Verhalten ganz anders.
Ich werde dazu noch eine weitere Post mit Erläuterungen am Leistungsdiagramm machen.

Oder greifen da die Bypass-Dioden von P1 und P2 - und Modul P3 kann dadurch noch mit voller Leistung Strom liefern?

Nein. Das erläutere ich auch noch.

Ping :angel:

Die Betonung liegt auf "kurzem string", denn bei Langen ist das Verhalten ganz anders.
Ich werde dazu noch eine weitere Post mit Erläuterungen am Leistungsdiagramm machen.

Oder greifen da die Bypass-Dioden von P1 und P2 - und Modul P3 kann dadurch noch mit voller Leistung Strom liefern?

Nein. Das erläutere ich auch noch.

Ping :angel:

Err. 404 File not found.

Sorry. Bin gerade im Overdrive.
Stay tuned....

So, versuchen wir mal einen Einstieg. Machen wir etwas Grundlagen.

Ich habe das Paneldiagramm aus diesem thread etwas ergänzt.

Hir das normale Diagramm eines Panels. Die leistung, bzw. der Maximalstrom ist von der Einstrahlung abhängig.
Die Zahl "800W" ist die Einstrahlung, nicht die leistung des Panels.

Zur Erinnerung, ich habe die ungefähren Mppt Punkte eingezeichnet. Das ist natürlich der Punkt im Diagramm, bei dem das Panel, für die Einstrahlung, die meiste Leistung abgeben kann. Und warum sind das etwa die Punkte, die ich eingezeichnet habe?

Leistung ist doch Strom mal Spannung. Also ist die Leistung die Fläche, die ich hier für einen Betriebspunkt eingezeichnet habe. Im MPPT Punkt, bei 400 W Einstrahlung. Und beim MPPT Punkt ist die Fläche, also die Leistung, am grössten.

Jetzt nejmen wir mal 2 Panels an, die parallel geschaltet sind. Bei parallel geschalteten Panels ist die Spannung gleich.
Gleiche Spannung ist im Diagramm eine senkrechte Linie. Hier in Rot. Die Linie ist natürlich die aktuell anstehende Spannung, die sich beim Strom, den der Wandler zieht, am Panel einstellt. ( Denkt euch den Wandler als Glüchbirne, die Strom zieht, verschiedene Glühbirnen sind verschiedener Strom).

Und die Kreuzungspunkte der Roten Linie mit der Leistungskurve bedeuten, in der Höhe den Strom. Links abzulesen.
Nimmt man jetzt Panels mit verschiedener Einbstrahlung an, ist wie gesagt die Spannung gleich, der Strom aber verschieden.

Die Einstellung wie die linke Linie ist also ein zu hoher Strom, (denkt an die Flächen unter dem Schnittpunkt) für beide Panels, die rechte Linie in der Nähe der MPPT Punkte ist ungefähr richtig, die beiden Flächen unter den MPPT Punkte duerfte ungefähr maximal sein.

Jetzt nehmen wir mal 2 Panels in Reihe an. In der Reihenschaltung ist der Strom gleich, aber die Spannung kann verschieden sein.
Das ist eine waagerechte Linie im Diagramm, hier 2 Varianten in Blau.
Nehmen wir jetzt für die zwei Panels 2 verschiedene Einstrahlungen an, eimal 600 W, einmal 1000 W, was sehen wir ? Die Schnittpunkte der unteren blauen linie zeigt uns die Spannung der beiden Panels an..... wenn sie ungefähr im Bereich der MPPT punkte des panels mit kleinerer Einstrahlung ist.

Jetzt nehme ich aber die beiden panels mit 600 W und 1000 W Einstrahlung an, und der Wandler versucht, den Strom der oberen blauen linie zu "ziehen".
Diese hat zwar einen Schnittpunkt mit der 1000 Watt Einstrahlung, aber keinen mit der 600 W Einstrahlung.

"Das geht also nicht" !

(Hätten die Module 800W und 1000W, würde es gerade gehen, da gibt es einen Schnittpunkt)

Aber was passiert ?

Bevor wir da ins Detail gehen, noch ein Hinweis. Bis jetzt habe ich von "2 Panels" Gesprochen. Nach dem Diagramm sind das 72 Zeller. also 2 Davon in Reihe.
Man kan sich das aber auch als 4 Panels mit 36, 8 panels mit 18 zellen..... oder einfach 144 Zellen in reihe vorstellen.
Das Grundprinzip, dass man im Diagramm die Arbeitspunkte finden kann, bleibt natürlich das gleiche.

Nehmen wir nun an, es ist nur eine Zelle der 144 Stück schlechter bestrahlt. Mit 200 Watt. Also kann sie nur 2 A Liefern. Die Anderen haben 1000 W Bestrahlung.
Der Wandler will den Strom für 600 Watt Einstrahlung ziehen. So stellt er die Belastung ein, dass knapp über 6 A fliessen klönnten.
Geht aber nicht, die eine Zelle kann das ja garnicht. Das wissen wir schon. Schauen wir ins Diagramm.

Ich habe die parallele für 600 Watt, etwas über 6 A ins Diagramm genalt. Rote Linie. Den Arbeitspunkt der Zellen mit 1000 W Bestrahlung finden wir leicht. Grüner Kreis.

Aber es gibt keinen Schnittpunkt der Roten line mit der Kurve der 200 W Bestrahlung. Dunkelblaue Linie, unten.

Jetzt mal scharf nachdenken: Wie ist das möglich? Die Zelle MUSS doc einen Strom von 6 A und irgendeine Spannung von 0 bis 42 V haben, was anderes ist doch im System garnicht drin?

Da gibt es jetzt 2 Ansätze:
Entweder .... der Strom kann garnicht fliessen
oder.... man sieht ihn nicht im Diagramm .

Vorschläge ? Wer hat eine Idee ?

Morgen geht es weiter.

Und die rumgedrehte Batterie in der Taschenlampe denken........

Da gibt es jetzt 2 Ansätze:
Entweder .... der Strom kann garnicht fliessen
oder.... man sieht ihn nicht im Diagramm .

Vorschläge ? Wer hat eine Idee ?

Morgen geht es weiter.

Und die rumgedrehte Batterie in der Taschenlampe denken........

Also wenn das wie in deinem Taschenlampenbeispiel ist, dann müsste das doch so sein:

Modul mit 144 Zellen:
- 3 Stränge a 48 Zellen
- 48 "umgedrehte" Zellen * 0,5 V = - 24 V
- 96 "normale" Zellen * 0,5 V = + 48 V

Also im Ergebnis +24 V.

> Der Wandler will den Strom für 600 Watt Einstrahlung ziehen. So stellt er die Belastung ein, dass knapp über 6 A fliessen klönnten.

Kann er doch auch, oder nicht? Er will 6 A ziehen und am Panel liegen 24 V an. Also werden 144 Watt geliefert. Nicht?

Oder fließt da, in den "umgedrehten" Zellen, auch der Strom in die andere Richtung. Und falls ja, wie hoch ist dann der resultierende Strom.

Und was genau haben jetzt die Bypassdioden für eine Auswirkung, also was passiert dann bei denen physikalisch?

Ich bin schon sehr gespannt auf Teil 2 😀 :clap:

Wow, du bist sehr weit gekommen!!
Nicht ganz richtig, und aus falschem Grund... Aber , Hochachtung!

Neue Frage an dich,:
Wenn den die Spannung an der Zelle - 0,5 V (minus 0,5) ist , bei 6 A, warum sieht man diesen Arbeitspunkt nicht im Schaubild??

Wow, du bist sehr weit gekommen!!
Nicht ganz richtig, und aus falschem Grund... Aber , Hochachtung!

Jetzt spann mich nicht so auf die Folter! Was ist die Auflösung hier?

Neue Frage an dich,:
Wenn den die Spannung an der Zelle - 0,5 V (minus 0,5) ist , bei 6 A, warum sieht man diesen Arbeitspunkt nicht im Schaubild??

Erst mal: In dem Schaubild ist ja Spannung/Strom für das komplette Modul - und nicht für eine einzele Zelle. Von dem her werden hier eh Äpfel mit Birnen vermischt. Also imho.

Aber angenommen, so kleine Ströme/Spannungen wären dem Schaubild entnehmbar: Macht es denn einen Unterschied, ob minus oder plus Volt anliegen?

Ich glaub ich verrenne mich jetzt immer mehr

Wow, du bist sehr weit gekommen!!
Nicht ganz richtig, und aus falschem Grund... Aber , Hochachtung!

Jetzt spann mich nicht so auf die Folter! 😀 Was ist die Auflösung hier?

Ich mache das nicht so, um dich auf die Folter zu spannen. Ich mache das so, um einen durchausschwierigen Sachverhalt, welcher kaum jemandem hier in allen Detail klar ist, so in kleine Schritte zu verpacken und vorwärts zu bringen, dass nicht nur du, sondern auch andere die vielleicht mitlesen, etwas davon haben.

Neue Frage an dich,:
Wenn den die Spannung an der Zelle - 0,5 V (minus 0,5) ist , bei 6 A, warum sieht man diesen Arbeitspunkt nicht im Schaubild??

Erst mal: In dem Schaubild ist ja Spannung/Strom für das komplette Modul - und nicht für eine einzele Zelle. Von dem her werden hier eh Äpfel mit Birnen vermischt. Also imho.

Richtig. Aber ob du eine zelle darstellst ode 70 (gleiche), das ändert nur die Beschriftung der X-Achse (Spannung).
Dir Kurve bleibt geometrisch die gleiche.

Aber angenommen, so kleine Ströme/Spannungen wären dem Schaubild entnehmbar: Macht es denn einen Unterschied, ob minus oder plus Volt anliegen?

Ja natürlich.
Ist die Spanung positiv, dann liefert die Zelle, ist die Spannung negativ, dann verbraucht/verheizt die Zelle Leistung.

Wenn du etwas tun willst, dann opfere doch mal 5 min und google "Zenerdioden".
Denn die schauen wir uns jetzt als nächstes an. Es geht nicht um Details, sondern deren Spanungskurve, nämlich in beiden Stromrichtungen.

Ich grätsche mal mit dem Ergebnis der versprochenen Simulation einer 2S2P PV dazwischen.

Die Simulation ist dabei von 0-50V gefahren. Die Einstrahlung des Panels unten rechts ist dabei von 0-10A in 2A Schritten gelaufen.
Angezeigt wurde die Leistung des Systems (cyan), Strom am MPPT (grün), Strom durch die Bypassdiode des "verschatteten Moduls" und die Spannung dahinter (rot).

Interessant ist, dass die Leistung am oberen U_MPPT bei vollverschattung ein Tick höher ist (2-3W).

Gruß Tobias