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Módulo fotovoltaico: Caja de conexiones y diodos de protección (bypass)

Caja de conexiones:

Se trata de colocar una caja de conexiones en la parte posterior del módulo donde salen los terminales de interconexión. En dicha caja vienen marcados el positivo y negativo del panel y en su interior, protegidos con silicona, van colocados los diodos de protección (bypass) de los que hablaremos a continuación.

Como ejemplo, se muestra, a continuación, una imagen de la caja de conexiones de los paneles solares SolarWorld, que es una de las más compactas y avanzadas del mercado.

caja conexiones panel solarworld

 

Diodos de protección:

Los diodos de protección que van instalados en la caja de protecciones tienen como objeto el evitar los efectos que se producen por los puntos calientes y sombreados, que pueden afectar negativamente al rendimiento del panel.

El punto caliente tiene lugar, cuando en una serie de células una tiene un defecto de fabricación ó se encuentra parcialmente sombreada, que es el caso más corriente y con mayor peligro en una instalación de conexión a red o bombeo directo, donde el número de módulos en serie es elevado. Por ejemplo pensemos en una instalación de conexión a red con 8 módulos en serie, tenemos 36 x 8 = 288 células en serie, o si por ejemplo, pensemos en una instalación de bombeo que fueran 17 paneles en serie, 36 x 17 = 612 en serie.

Veamos un ejemplo para el caso de dos células, no iguales A y B en serie. El comportamiento de la curva resultante es el siguiente:

curva diodo paneles

En el punto correspondiente al voltaje de circuito abierto, la corriente total del generador es igual a cero, y el voltaje resultante VG es igual a la suma de los dos voltajes de circuito abierto VocA + VocB .

En el punto 1, o en cualquier punto situado entre P y el voltaje de circuito abierto, las dos células operan como generadores, con una corriente IG1 y un voltaje total del generador VG = VA1 + VA2 .

El punto P corresponde al límite de la corriente de cortocircuito de la célula de menor eficiencia ó sombreada, y el voltaje resultante en este punto será el voltaje de la curva A, ya que la curva B en este punto tiene V=0.

El punto 2 correspondería a la operación en el voltaje de circuito abierto del generador, donde IG = Isc y VG2 = VA2 + VA1 = 0. Para que esto se cumpla, es decir, que el voltaje del generador sea igual a cero, la célula B se polarizará inversamente hasta adquirir un voltaje VB2 = -VA2 actuando consiguientemente como un receptor.

Este mismo razonamiento es aplicable para una asociación de células más numerosa, ó módulos conectados en serie como es nuestro caso. En una situación próxima a la de cortocircuito, haría que la célula sombreada tuviera que disipar una potencia elevada igual a la generada por el resto de células, calentándose y produciéndose sobre ella el fenómeno del punto caliente.

Para evitar una disipación de potencia que pudiera elevar la temperatura hasta el punto de deteriorar la célula se recurre a la inserción de los diodos de paso en paralelo con una rama de células conectadas en serie.

 

esquema eléctrico de funcionamiento panel

Esquema del funcionamiento de un panel

Cuando un módulo esta generando la circulación de corriente es la indicada con el camino rojo.

 

 

Esquema eléctrico panel generando

Esquema eléctrico panel generando

Si una célula esta sombreada se comporta como un diodo y el camino será:

Esquema células con sombra en una de ellas

Esquema células con sombra en una de ellas

Como se puede ver, este es el motivo de instalar los diodos para la protección contra sombras, la menor resistencia al paso de la corriente la ofrece el diodo y no la célula que es un diodo polarizado de forma inversa.

Como caso real, mostramos una foto de 2 diodos de protección (bypass) de una caja de conexiones típica en placas solares. En este caso son 2 diodos, 1 por cada 18 células:

 

Caja de conexiones con diodos en placas solares

Artículo elaborado por el departamento técnico de SunFields Europe: www.sfe-solar.com