Так як в більшості ФЕ модулів елементи з'єднані послідовно, несоотвествие при їх послідовному з'єднанні є найбільш поширеним з зустрічаються невідповідностей. З двох найпростіших видів невідповідність (невідповідність струму короткого замикання і напруги холостого ходу) більш часто відбувається невідповідність струму короткого замикання, так як воно може відбутися через затінення частини модуля. Цей вид невідповідності є і найбільш значним.

Невідповідність напруги холостого ходу при послідовному з'єднанні щодо вигідно. Як показано на наступній анімації в точці короткого замикання загальний струм модуля залишається незмінним. Потужність модуля в точці максимальної потужності зменшується через більш низьку продуктивність «поганого» сонячного елемента. Так як два елементи підключення послідовно, через них тече однаковий струм, а результуюча напруга можна знайти, склавши напруги на кожному з двох елементів.

На малюнку вихідна напруга другого елементу менше, ніж у першого.

Невідповідність струму короткого замикання у елементів, з'єднаних послідовно

Невідповідність струму короткого замикання при послідовному з'єднанні в залежності від робочої точки модуля і ступеня несоотвествие може оказиавть дуже сильний негативний вплив на ФЕ модуль. Як показано на анімації нижче, в точці напруги холостого ходу вплив зниження струму короткого замикання относмітельно не велика. Напруга холостого ходу зменшується лише незначно, так як воно логарифмически залежить від струму короткого замикання. Однак, так як струм, поточний через два елементи, повинен бути одним і тим же, сумарний струм не може перевищувати струм від поганого елемента. Тому струм від двох елементів не може бути більше, ніж струм короткого замикання поганого елемента. При низькій напрузі, при якому ймовірно виконається ця умова, додатково згенерований ток хорошого елемента буде розсіюватися не в кожному елементі (як це зазвичай відбувається при короткому замиканні), а тольков поганому елементі.

Загалом, несоотвествие струму при послідовному з'єднанні може викликати значне падіння потужності, що виробляється, якщо поганий елемент виробляє менший струм, ніж струм точки максимальної потужності хорошого елемента, а також, якщо модуль працює на низькій напрузі або в режимі короткого замикання, високе розсіювання енергії в поганому елементі може викликати незворотні руйнування в модулі. Два цих ефекту покзаани на малюнках нижче.

Невідповідність струму последователно з'єднаних елементів трапляється досить часто і може мати серйозні наслідки. Isc з'єднання обмежена Isc найгіршого елемента.

Последователно з'єднаний сонячні елементи з однаковими струмами короткого замикання. Елементи схеми, об'єднані синьою пункітрной Лінина представляють собою модель сонячного елемента. Джерелом струму є світловий струм, Isc. Сонячні елементи знаходяться в режимі короткого замикання, тому струм прямого зміщення, поточний через сонячні елементи, дорівнює нулю і напруга теж дорівнює нулю. Невідповідні струми кортокого замикання. Максимальним струмом, який може текти через контур, є струм короткого замикання поганого елемента. Тому додатковий струм через хороший елемент, рівний Isc1 - Isc2 змушений текти через хороший елемент, зміщуючи його в прямому напрямку і створюючи напруження. На малюнку вихідна напруга другого елементу менше, ніж у першого.

Перегрів на активній ділянці відбувається, коли один сонячний елемент з низьким струмом короткого замикання з'єднується послідовно з кількома елементами з високим струмом короткого замикання, як показано на зображенні нижче.

Один затінений елемент в ланцюзі зменшує струм через хороші сонячні елементи, в результаті чого вони створюють більш високу напругу, яке може змістити поганий елемент в зворотному напрямку. Якщо результуючий струм, поточний в ланцюзі, наближається до току короткого замикання поганого елемента, то він стає обмеженим струмом поганого елемента. Додатковий струм, вироблений хорошими елементами, зміщує їх в прямому напрямку. Якщо ланцюг замкнута, то пряме зміщення на хороших елементах зміщує зворотний елемент в зворотному напрямку. Нагрівання на активній ділянці відбувається, коли велика кількість послідовно з'єднаних сонячних елементів створюють зворотне зміщення на затіненому елементі, в результаті чого на ньому розсіюється велика кількість енергії. По суті, на ньому розсіюється вся енергія, вироблена хорошими елементами. Велике розсіювання енергії на маленькій площі призводить до перегріву, який в свою чергу може викликати різні руйнування, такі як розтріскування скла, розплавлення припою або пошкодження самого сонячного елемента.

Тепло, розсіяне на затіненому елементі призвело до розтріскування модуля.

обвідні діоди

Руйнівна дія локального перегріву можна знівелювати за допомогою обвідного діода. Обвідний діод з'єднується паралельно з сонячним елементом, так, щоб їх полярності були протилежні, як показано нижче. У нормальних умовах кожен сонячний елемент буде зміщений в прямому напрямку, а обвідний діод - в зворотному, тобто буде в змозі холостого ходу. Однак, коли сонячний елемент в результаті невідповідності струмів короткого замикання між декількома послідовно з'єднаним елементами зміститься в зворотному напрямку, обвідний діод стане провідним, дозволяючи току від хороших елементів текти в зовнішній кола не змінюючи напругу на кожному хорошому елементі. Максимальна зворотному напруга на поганому елементі зменшується на величину напружень на кожному з діодів, зменшуючи струм і запобігаючи перегрів. Робота обвідного діода і вплив на вольт-амперну характеристику показані на зображеннях нижче.

Дія обвідного діода можна показати на вольт-амперної характеристики спочатку отримавши вольт-амперну характеристику одного сонячного елемента з обвідним діодом, і потім об'єднавши її з вольт-амперних характеристиками всіх елементів. Обвідний діод впливає на сонячний елемент тільки при зворотному зміщенні. Якщо зворотний зсув стає більше, ніж кутовий напруга сонячного елемента, діод зміщується в прямому напрямі і проводить струм. Об'єднана вольт-амперна характеристика показана нижче.

Вольт-амперна характеристика сонячного елементу з обвідним діодом.

Запобігання локального перегріву за допомогою обвідного діода. Для наочності тут використовується всього 10 елементів, один з яких затінений. Зазвичай модуль складається з 36 елементів і невідповідність струмів під час відсутності обвідного діода призводить до ще більш поганих наслідків, але при наявності обвідного діода вони стають несуттєвими. Як би там не було, на практиці використовувати обвідний діод для кожного елемента занадто дорого, тому їх зазвичай включають відразу для декількох елементів. Напруга на затіненому елементі, або будь-якому елементі, який виробляє низький струм, дорівнює напрузі прямого зміщення інших послідовно з'єднаних елементів плюс напруга на обвідному діод, який з ними з'єднаний. Це показано на зображенні нижче. Напруга на НЕ затінених сонячних елементах залежить від ступеня затінення поганих елементів. Наприклад, якщо елемент повністю затінений, то чи не затінені елементи будуть зміщені в прямому напрямку їх струмами короткого замикання і напруга буде дорівнювати приблизно 0.6В. Якщо поганий елемент затінений лише частково, то частина струму від хороших елементів може текти через ланцюг, а залишився ток змістить кожен сонячний елемент в прямому напрямку, приводячи до більш низьку напругу прямого зміщення на кожному елементі. Максимальна розсіювання енергії на затіненому елементі приблизно дорівнює енергії, виробленої залишилися елементами в ланцюзі. Максимальна кількість елементів, яке можна убезпечити від локального перегріву за допомогою одного обвідного діода дорівнює 15. Тому в звичайному модулі з 36 елементів для цього використовується 2 обвідних діода.

Обвідні діоди, з'єднані з декількома сонячними елементами.Напруга на незатінених сонячних елементах залежить від ступеня затінення поганого елемента.Напруга 0.5В вибрано довільно.Невідповідність паралельно з'єднаних елементів

У невеликих модулях всі елементи з'єднані послідовно і паралельне невідповідність не є проблемою. У сонячних батареях модулі зазвичай з'єднані паралельно, тому паралельне невідповідність зазвичай є проблемою для батарей а не для модулів.

Паралельно з'єднані елементи. Напруга в ланцюзі завжди однаково, а результуючий струм дорівнює сумі струмів від кожного елемента.

На малюнку вихідний струм другого елемента нижче, ніж у першого. При додаванні струмів проблем не виникає не дивлячись на те, що загальний струм завжди вище, ніж струм кожного елемента.

Невідповідність напруг двох паралельно з'єднаних елементів. Другий елемент зменшує Voc хорошого елемента.

Легкий спосіб розрахунку результуючого напруги холостого ходу невідповідних елементів, з'єднаних паралельно.Крива вольт-амперної характеристики одного елемента відбивається від осі напруги і точка перетину з кривою другого елементу (в якій I1 + I2 = 0) дає результуюча напруга холостого ходу.Ефекти невідповідності в батареях

У великих фотоелектричних батареях модулі з'єднуються як послідовно, так і паралельно. Послідовно з'єднаний набір елементів або модулів називається «поруч». Об'єднання послідовно і паралельного з'єднань може привести до деяких проблем в ФВ батареях. Одна проблема, наприклад, може виникнути з напругою холостого ходу в одному з рядів. Струм через паралельно з'єднані ряди (які часто називають «блоком») буде менше, ніж струм через інші блоки в батареї. З електричної точки зору це аналогічно нагоди, коли один з послідовно з'єднаних сонячних елементів затінений, що призводить до втрати потужності, що виробляється. Цей ефект показаний нижче.

Можлива невідповідність у великих ФВ батареях. Не дивлячись на те, що всі модулі можуть бути абсолютно однаковими, а затінення може бути відсутнім, невідповідність і локальний перегрів все одно можуть мати місце. Струм при такому паралельному з'єднанні зменшується в чотири рази. Батарея зліва електрично еківалентна ланцюга праворуч, в якій напруга на кожному сонячному елементі в 72 рази більше, ніж у звичайного елемента, а струм в 4 рази більше. Паралельне з'єднання в поєднанні з ефектом невідповідності також може привести до проблем, якщо обвідний діод не розрахований на те, щоб витримати струм всій паралельно з'єднаної батареї. Наприклад в паралельних рядах з послідовно з'єднаними модулями обвідний діод підключений паралельно з модулями виявляється підключеним паралельно, як показано на зображенні нижче. Невідповідність в послідовно з'єднаних модулях викличе струм через обвідний діод, нагріваючи його. Однак, нагрівання обвідного діода зменшує струм насичення і ефективний опір, при чому додатковий ряд модулів частково затінюється. Тепер струм може текти через обвідні діоди в кожному модулі, але він також повинен текти через один ряд обвідних діодів. Ці обвідні діоди стають ще гаряче, їх опір ще більше зменшується, збільшуючи струм. Якщо обвідні діоди не розраховані на такий струм, вони можуть згоріти, що призведе до пошкодження ФВ модулів.

Обвідні діоди в паралельно з'єднаних модулях. Зазвичай в кожному модулів з 36 елементів є два обвідних діода. В одному наборі можуть бути обвідні діоди з більш низьким опором. Через діоди з більш низьким опором тече більший струм. На додаток до обвідним диодам для зменшення втрат, викликаних невідповідністю, може використовуватися додатковий діод, який називають блокуючим. Блокуючий діод, показаний ні зображенні нижче, зазвичай використовується в автономних системах для того, щоб вночі ток від акумуляторів не тек через ФВ батарею. При паралельному з'єднанні модулів, кожен ряд модулів повинен мати блокуючий діод. Це не тільки зменшує навантаження на окремий діод, але і не дозволяє току з одного паралельно сполученого ряду текти в ряд з меншим струмом, що знижує втрати, викликані невідповідністю при паралельному з'єднанні рядів в батареї.

Значення блокуючих діодів при паралельному з'єднанні модулів. Блокуючий діод на затіненому модулі не дає текти в нього току від хорошого паралельно сполученого модуля. PVCDROM Christiana Honsberg і Stuart Bowden