A napelemek működése:

Hogy megértsük a fotocellák működési elvét, meg kell ismernünk azok építő-

elemeit és a fény természetét. A szolár cellák kétfajta anyagot tartalmaznak, ezeket

gyakran P-típusú és N-típusú félvezetőknek nevezzük. Bizonyos hullámhosszú fény

képes a félvezető atomjainak ionizációjára, ezáltal a beeső fotonok többlet-

töltéshordozókat keltenek. A pozitív töltéshordozók (lyukak) a P-rétegben, míg a

negatív töltéshordozók (elektronok) az N-rétegben lesznek többségben. A két

ellentétes töltésű réteg töltéshordozói, habár vonzzák egymást, csak egy külső

áramkörön keresztül áramolva képesek rekombinálódni a köztük lévő

potenciállépcső miatt.

Egy fotoelektromos cella teljesítményét a következő három dolog határozza meg:

-a szolár cella anyagának típusa és mérete

-a fény intenzitása

-a fény hullámhossza

A szimpla Si-kristály alapú szolár cellák például nem képesek a napsugárzás

energiájának 25 % - ánál többet elektromos árammá alakítani, mivel az infravörös

tartományban a fénynek nincs elég energiája, hogy ionizálja a félvezető atomjait.

A polikristályos Si szolár cellák hatásfoka 20 % körüli, az amorf Si celláké 10 %.

Egy tipikus Si-kristály alapú szolár cella 1.5 W/ 100 cm2 teljesítményt ad le 0.5 V

DC feszültség és 3 A áram formájában teljes nyári napsütésnél (1000 W/ m2).

A leadott teljesítmény szinte egyenesen arányos a napsütés intenzitásával

Egy fontos tulajdonsága a szolár celláknak, hogy a cella feszültsége nem függ a

méretétől, és nem befolyásolja a fény intenzitásának változása sem, igy a szolár 

cella áramerőssége szinte egyenes arányban van a cella méretével és a fény

intenzitásával.

Tehát a különböző napelemek összehasonlítására az áramerősség / felületegység

(A/ cm2) mérőszám ad felvilágositást.

A szolár cellákat sok különböző méretben és formában állítják elő a

felhasználási területnek megfelelően, a kisebb bélyegméretűektől a néhány 10

centiméteresig.

Vegyünk pl. alapul egy 10 modulból álló 1 sztringes napelemes rendszert, amely egy hagyományos

inverterre van rácsatlakoztatva. Az inverter feladata a maximum teljesítmény kivétele a napelemekből az

áram és a feszültség vezérlésével, valamint a DC AC konverzió.

A rendszer egyik napelemében van egy cella, ami árnyékba került, és 20%-kal kevesebb fényt kap,

mint a többi. (Azonos áram folyik át a rendszeren a soros kapcsolás miatt.)

Bypass diódával:

Az inverter a paneleket a maximális munkaponton müködteti, mialatt aktiválódik az

árnyékba került panel alsztringjében a bypass dióda. Ebben az esetben 910%+91x 6,6% = 96,6% a

napelemsztring hatásfoka, az árnyékhatás miatt a sztring vesztesége mindössze 3,4% lesz!

Bypass dióda nélkül:

A bypass dióda az árnyékhatással érintett részek áthidalásának köszönhetően

megakadályozza, hogy a teljes sztring árama és teljesítménye 20%-kal csökkenjen. Bypass dióda

nélkül a veszteségünk (10°8% = 80%) 20%, mert a teljes soros sztringen csökken az áram!

Amennyiben a bypass dióda működésbe lép, és lekapcsolja valamelyik panel alsztringjét, akkor a

napelemes optimalizáló sem képes az alsztringből energiát nyerni.