Zonnepanelen leveren de meeste energie als ze volledig in het zonlicht baden. Maar wat nu als een zonnepaneel gedeeltelijk in de schaduw ligt, of erger nog, één of meerdere zonnecellen op het paneel defect raken. Hoe wordt voorkomen dat dit het vermogen van de volledige string omlaag trekt?
Een zonnepaneel bestaat uit een groot aantal zonnecellen die netjes in rijen en kolommen zijn gerangschikt. Denk aan een matrix van zestig cellen, verdeeld over zes kolommen (lengterichting) en tien rijen (breedterichting). Al deze zonnecellen zijn in serie met elkaar verbonden, waardoor ze samen als het ware één grote zonnecel vormen. Een lange keten die zigzaggend over het oppervlak van het paneel loopt.
Overgeslagen
Complicatie bij een serieschakeling is dat de keten zo sterk is als de zwakste schakel. Stel dat één van de zestig zonnecellen defect raakt of wordt afgedekt door een herfstblad. Dan wordt de keten abrupt onderbroken omdat de energiestroom door deze cel geblokkeerd wordt. Daardoor zou het volledige paneel uitvallen, en dat één cel een compleet zonnepaneel buitenwerking kan stellen willen we natuurlijk niet.
Om dit te voorkomen bevatten zonnepanelen zogeheten bypass diodes. Zodra een zonnecel de pret dreigt te bederven, wordt de stroom omgeleid via deze diode, waardoor de keten ditmaal intact blijft. Het paneel blijft gewoon werken en levert alleen minder vermogen. Nu bevat niet elke zonnecel zo’n bypass diode. Er is voor gekozen om ze op kolomniveau aan te brengen. Een zonnepaneel heeft vaak drie bypas diodes, waarbij elke diode twee van de zes kolommen onder de hoede neemt. Dat wordt ook wel een substring genoemd.
Behoud van stroom
Zodra ergens een cel defect raakt of door schaduw geen stroom levert, zal de betreffende diode in actie komen en de volledige substring bestaande uit die twee kolommen overslaan (kortsluiten). Op die manier kunnen de zonnecellen in de overige vier kolommen (twee substrings) ongestoord doorwerken en levert het paneel nog steeds twee derde van het totale vermogen.
De stroomsterkte van het zonnepaneel blijft hierbij intact, alleen het voltage gaat met ongeveer één derde omlaag. Bij een serieschakeling tel je immers de spanning van de losse cellen bij elkaar op, waardoor het in dit voorbeeld blijft steken op twee derde van het totaal. Het maakt niet uit of één of meerdere zonnecellen in dezelfde substring uitvallen, de twee kolommen worden toch volledig uitgeschakeld.
String
Als een cel in een andere substring het ook begeeft of wordt afgedekt, zal de diode van die substring eveneens in actie komen. Daardoor valt maar liefst twee derde van het totale vermogen weg. Heeft jouw klant enorm veel pech omdat er cellen verspreid over het volledige paneel dienst weigeren, dan treden alle drie de bypass diodes in werking en wordt het gehele zonnepaneel uitgeschakeld en dus overgeslagen.
Niet leuk, maar dankzij de bypass diodes blijft de string zelf nu wel gewoon doordraaien. Want doordat dit ene zonnepaneel zichzelf heeft uitgeschakeld, kunnen de overige panelen onbelemmerd stroom genereren.
Schaduwwerking
Hetzelfde gebeurt zodra een zonnepaneel deels in de schaduw komt te liggen. Minder licht op een groep zonnecellen betekent dat er een flessenhals ontstaat. De stroom wordt afgeknepen en het volledige paneel begint deze lagere stroom te leveren. Ook nu kan de bypass diode van de betreffende substring(s) ingrijpen om dit te voorkomen en tegelijkertijd zoveel vermogen te leveren als in deze situatie mogelijk is. Ook de omvormer van deze string heeft hier trouwens invloed op.
Wel of niet ingrijpen
Een en ander hangt wel sterk af van het moment waarop een bypass diode ingrijpt. Want blijft het volledige paneel nog even doorwerken, dan hebben de beschaduwde zonnecellen een negatieve invloed op de opbrengst van dit paneel en vaak zelfs op de volledige (seriegeschakelde) string als de stroom overal wordt gelijkgetrokken en dus omlaag gaat. Wordt er wel ingegrepen, dan wordt de stroom niet langer afgeknepen en kan het zonnige gedeelte (1/3 of 2/3) van dit paneel alsnog een mooie bijdrage leveren, waardoor de totale opbrengst uiteindelijk hoger kan uitvallen.
