Eltérő cellák soros és párhuzamos kapcsolásban: mi az a „mismatch”?

Röviden: mismatch-nek (illesztetlenségnek) azt nevezik, ha az összekapcsolt napelemcellák vagy panelek tulajdonságai nem azonosak, vagy eltérő körülmények érik őket. A veszteség attól függ, hogy sorosan vagy párhuzamosan vannak-e kötve, és melyik jellemzőjük tér el.

Mi okozza a mismatch veszteséget?

Mismatch veszteség akkor keletkezik, ha olyan cellákat vagy modulokat kapcsolnak össze, amelyek nem egyformák, vagy eltérő körülmények között dolgoznak. Bizonyos feltételek között komoly gond, mert a legrosszabb esetben a teljes modul kimenetét a legkisebb teljesítményű cella határozza meg.

Mismatch akkor jön létre, ha az egyik cella elektromos paraméterei jelentősen eltérnek a többitől. A nagy eltéréseket leggyakrabban a rövidzárási áram vagy az üresjárási feszültség különbsége okozza. A modulon belüli eltérés egyik fő oka az, ha a modul egyik területét jobban árnyékolják, mint a másikat.

Soros kapcsolás

A legtöbb modul sorosan kapcsolt cellákból áll, ezért a soros mismatch a leggyakoribb. Két sorosan kapcsolt cellán az áram azonos, a feszültségek összeadódnak. Ha az áramok eltérnek, az eredő áram a kisebbikkel egyenlő.

• Üresjárási feszültség eltérése: viszonylag ártalmatlan eltérés. Rövidzárási áramnál a modul eredő árama nem változik, a legnagyobb teljesítményű pontnál viszont a teljesítmény csökken, mert a gyengébb cella kevesebbet termel.
• Rövidzárási áram eltérése: a munkaponttól és az eltérés mértékétől függően drasztikus hatású lehet. Az eredő áram nem haladhatja meg a gyenge cella rövidzárási áramát, és a jó cellák többlet-áramtermelő képessége a gyenge cellában disszipálódik.

A forrás összegzése szerint súlyos teljesítménycsökkenés következik be, ha a gyenge cella kevesebb áramot ad, mint a jó cellák maximális teljesítményponti árama, és ha a kombinációt rövidzárás közelében vagy kis feszültségen üzemeltetik, akkor a gyenge cellában keletkező nagy disszipáció visszafordíthatatlan károsodást okozhat a modulban. A jelenség következménye a hot spot.

Párhuzamos kapcsolás

A kis modulokban a cellák sorosan vannak, ezért ott a párhuzamos mismatch nem gond. A modulokat nagy tömbökben kapcsolják párhuzamosan, így az eltérés többnyire modulszinten jelentkezik, nem cellaszinten. Párhuzamos kapcsolásban a feszültség mindig azonos, az összáram pedig az egyes ágak áramának összege. Feszültségeltérés esetén a kombináció üresjárási feszültsége az egyes cellák üresjárási feszültsége közé esik.

Nagyobb tömbök

Nagyobb tömbben a modulok sorosan és párhuzamosan is vannak kötve. A sorba kötött csoportot sztringnek hívják. Ha az egyik sorozatban megszakad az áramkör, a párhuzamosan kötött sztringek („blokk”) árama kisebb lesz, mint a többi blokké. Ez elektromosan megegyezik azzal, mintha egy beárnyékolt cella lenne sorban több jó cellával, és az egész blokk teljesítménye elvész. Hot spot és mismatch akkor is előfordulhat, ha minden modul azonos, és nincs árnyék.

A párhuzamos kapcsolás problémát okozhat akkor is, ha a bypass-diódák nem bírják a teljes párhuzamosan kötött tömb áramát. A forrás leírása szerint a melegedő dióda ellenállása csökken, ezért egyre több áram megy át ugyanazon a diódakészleten, és ha az nincs méretezve erre az áramra, kiég, és károsodhat a modul.

A veszteségek csökkentésére bypass-diódán kívül záródiódát (blocking diode) is használhatnak. Ez tipikusan azt akadályozza meg, hogy a modul éjszaka terhelje az akkumulátort, mert nem engedi az áramot az akkumulátorból a napelemtömbbe. Párhuzamosan kötött moduloknál minden sztringnek saját záródiódája legyen, mert így csökken a szükséges áramterhelhetőség, és nem folyhat áram az egyik párhuzamos sztringből a kisebb áramú sztringbe.

Mit érdemes megjegyezni?

A mismatch azt mutatja, hogy a napelemes rendszer teljesítménye nem egyszerűen a panelek teljesítményének összege. Az árnyékolás szerepéről az árnyékolás és bypass-dióda cikkben olvashatsz, a cella jellemzőiről az I–V görbéről szóló cikkben. Fontos: ez a cikk fizikai alapokat magyaráz, nem szerelési útmutató.