Erstellt von Marcus | 30.10.2019
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Vor kurzem gab es ein Problem mit den Bypass-Dioden in meinem Solarmodul. Wie du das selbst erkennst, diese Dioden tauschst und worauf du achten solltest, zeige ich in diesem Beitrag.

Als ersten Versuch auf meinem Balkon habe ich mich für zwei je 100W Photovoltaik-Module (Monokristallin) entschieden. Damit hatte ich im 12V Betrieb die Parallelschaltung genauer getestet. Nun habe ich auf 24V Systemspannung umgestellt und musste die Module durch ihre niedrige Leerlaufspannung (ca. 22V) in Reihe schalten. Bei zwei Modulen und einem guten Laderegler (mein Victron 75/15) mit Datenauswertung sieht man so direkt wie die Sonne und Verschattung Einfluss nimmt. UND vor allem erkennt man defekte Dioden.

Lesetipps vorweg:In diesem Beitrag geht es ebenfalls um den Wechsel der defekten Dioden.
 Bypass-Diode Schrott: Durchlass in beide Richtungen  Eine von 4 Bypassdioden meiner Solarmodule waren kaputt. Die Diodenprüfung mit dem Multimeter. Alternativ geht auch die Ohmmessung. In eine Richtung darf die Diode 0 Ohm haben. Kann nur im ausgebauten und spannungsfreien Zustand überprüft werden! © Wohnen-Heimwerken.de

Bypass-Diode Schrott: Durchlass in beide Richtungen
Eine von 4 Bypassdioden meiner Solarmodule waren kaputt. Die Diodenprüfung mit dem Multimeter. Alternativ geht auch die Ohmmessung. In eine Richtung darf die Diode 0 Ohm haben. Kann nur im ausgebauten und spannungsfreien Zustand überprüft werden!

Inhaltsverzeichnis:

Wozu dienen Dioden?

Dioden sperren in eine Richtung und verhindern Rückfluss. Ab einer gewissen Spannung werden diese leitend.
In Photovoltaikmodulen sind meist Bypass-Dioden verbaut. Dazu mehr:

Keine Bypass-Diode im Modul:
Funktioniert, wenn es nur ein Modul am Laderegler gibt. Bei der Reihenschaltung mehrerer Module ohne Bypass-Diode nimmt das verschattete Modul jedoch die Leistung des anderen Moduls auf und erhitzt sich. Dies nennt man Hotspot. In der Reihenschaltung muss also jedes Modul eine Diode erhalten. Wie du das machst, zeige ich weiter unten im Beitrag und wurde auch hier bereits besprochen.

Nur eine Bypass-Diode im Modul:
Kleine Module (oft bis 30W) haben meist nur eine Diode verbaut. Diese ist nur sinnvoll, wenn mehrere Module in Reihe geschaltet werden, da das (Teil-) verschattete Modul nicht die Leistung der anderen Module in der Reihenschaltung frisst.

Zwei oder drei Dioden im Modul:
Größere Module sind in einzelne Abschnitte unterteilt. Oft werden vom Hersteller 2 Bus-Bars oder 3 Bus-Bars als Kennzeichnung genutzt. Jeder dieser Sektoren hat dann eine oder zwei (parallel geschaltete) Dioden. Wird ein Bereich des Moduls verschattet, fällt es nicht komplett aus, sondern nur der Bereich der durch die Bypass-Diode überbrückt wird. Dazu ein Bild:

 Solarmodul mit integrierten Bypass-Dioden: Stromfluss bei Beschattung  Es werden zwei Solarmodule mit integrierten Bypass Dioden gezeigt. Auf der linken Seite liefern alle Zellen Strom. Es wird keine Bypass Diode genutzt. Auf der rechten Seiten ein Modul mit Teilverschattung. Hier fliest der Strom der anderen Strings über diese Diode. © Wohnen-Heimwerken.de

Solarmodul mit integrierten Bypass-Dioden: Stromfluss bei Beschattung
Es werden zwei Solarmodule mit integrierten Bypass Dioden gezeigt. Auf der linken Seite liefern alle Zellen Strom. Es wird keine Bypass Diode genutzt. Auf der rechten Seiten ein Modul mit Teilverschattung. Hier fliest der Strom der anderen Strings über diese Diode.

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Welche Diode ist sinnvoll?

Die Bypass-Diode muss mindestens den Teilstring aushalten und wird bei Verschattung leitend. Sie können natürlich auch dicker sein.
Der Spannungsabfall über die Diode sollte so gering wie möglich sein. Daher werden hier in der Regel Schottky-Dioden verbaut. Es gibt jedoch noch weitere Gründe - dies kannst du an anderen Stellen genauer nachlesen.
Der Spannungsabfall erhöht sich mit steigendem Strom. Das kannst du in Tabellen zur entsprechenden Diode ablesen (im Internet findest du sicher ein Diagramm zu deiner Diode).

Defekte Bypass-Dioden erkennen

Für größere Anlagen ohne sogenannte Modul-Optimierer ist die direkte Erkennung fast nicht möglich. Zumindest die genaue Lokalisierung der defekten. Hier gibt es Wärmebildkameras, die erhitzte Module, Zellen oder Zellstrings aufzeigen können. Wer größere Modulflächen hat und eine ungewöhnlichen Leistungseinbruch feststellt, sollte solch ein Unternehmen beauftragen. Diese beantragen eine Drohnenfluggenehmigung und fliegen mit Drohne und Wärmebildkamera die Photovoltaikflächen ab und erkennen so die Hotspots. Nicht billig, schützt aber vor Ausfall des Modul/der Module und erhöht im Endeffekt die Leistung der Anlage nach Behebung des Defekts.

In meinem Fall mit nur zwei Modulen konnte ich den Fehler recht schnell finden. Als ein Modul teilverschattet war, kam so gut wie keine Leistung mehr. Ist eines der je 100W Module teilverschattet, sollten mindestens noch 100W vom anderen kommen.

 Verschattung: Extreme Leistungsverluste durch defekte Dioden  100W bis 150W sollten die beiden in Reihe geschalteten 100W Panels trotz der Verschattung bringen. Da die Bypass-Dioden defekt sind, werden verschattete Zellen bestromt. Eine Reihenschaltung ohne Dioden (im Solarmodul Bypass Dioden) ist also fatal! © Wohnen-Heimwerken.de

Verschattung: Extreme Leistungsverluste durch defekte Dioden
100W bis 150W sollten die beiden in Reihe geschalteten 100W Panels trotz der Verschattung bringen. Da die Bypass-Dioden defekt sind, werden verschattete Zellen bestromt. Eine Reihenschaltung ohne Dioden (im Solarmodul Bypass Dioden) ist also fatal!

Welche der Dioden war nun kaputt und vor allem warum?
Alle waren defekt! Entweder hatten diese eine minderwertige Qualität oder es könnte am Gewitter gelegen haben. Gerade bei Gewitter, auch ohne Blitzeinschlag, ist die Luft "geladen" und kann solche Defekte hervorrufen. Was letztendlich der Grund für den Ausfall nach 2 Monaten war, ist trotzdem nicht bekannt.

Sind die Dioden verbaut, kann man nicht genau bestimmen, ob diese kaputt ist. Führt man eine Diodenmessung durch, misst man in einer Richtung die Diode, in der anderen die Solarzellen. Es ist also notwendig diese auszulöten. Das habe ich getan. Ergebnis: in beide Richtungen (ausgebauter Zustand!) gab es Durchlass.
Dann war klar, warum die Leistung bei Beschattung so sehr einbrach: verschattete Zellen haben den Strom der anderen Zellen bzw. des anderen Moduls (nur bei Reihenschaltung) genommen und sich erhitzt.

Da ich kein gelernter Elektriker, sondern Kfz-Mechatroniker bin, stehen bei mir noch einige Versuche und das Belesen aus. Falls es mehr oder bessere Information zum Messen von Dioden im eingebauten Zustand gibt, wird das natürlich hier aktualisiert.

Reparatur: Tauschen der defekten Bypass-Dioden

Entschieden habe ich micht für 6A 600V Schottky Dioden. Zum einen hatte ich diese noch haufenweise da, zum anderen möchte ich es einfach etwas stärker. Original waren 45V 3A Dioden verbaut.

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Beachte die Richtung der Diode. Mit dem "Kopf", also diesen kleinen Ring, sollte diese auf Plus zeigen. Du kannst mit dem Multimeter die Dioden noch mal testen. Alle Dioden sollten möglichst den gleichen Widerstand (Ohmmessung) aufweisen.

Der Ausbau der alten Dioden und die Verlötung der neuen war nicht einfach. Das originale Lötzinn ist nur mit einem starken Lötkolben (mind. 100 Watt) und breiter Lötspitze weich zu bekommen. Ich empfehle dir etwas Zinn vorher an deine Lötspitze zu machen, damit die Wärmeverteilung besser ist.
Zu lange solltest du jedoch nicht mit dem Lötkolben erhitzen. Das schädigt die Dioden und ggf. auch die Solarzellen/Busbars.

 Bypass-Diode Schrott: Durchlass in beide Richtungen  Eine von 4 Bypassdioden meiner Solarmodule waren kaputt. Die Diodenprüfung mit dem Multimeter. Alternativ geht auch die Ohmmessung. In eine Richtung darf die Diode 0 Ohm haben. Kann nur im ausgebauten und spannungsfreien Zustand überprüft werden! © Wohnen-Heimwerken.de

Bypass-Diode Schrott: Durchlass in beide Richtungen
Eine von 4 Bypassdioden meiner Solarmodule waren kaputt. Die Diodenprüfung mit dem Multimeter. Alternativ geht auch die Ohmmessung. In eine Richtung darf die Diode 0 Ohm haben. Kann nur im ausgebauten und spannungsfreien Zustand überprüft werden!

Nach bestem Wissen und Gewissen.
Sonnige Grüße, dein Marcus

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