旁路二極管測(cè)試及熱失控原理

隨著太陽(yáng)能發(fā)電的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，人們對(duì)光伏組件長(zhǎng)期耐久性的要求越來(lái)越高，其中的旁路二極管在光伏組件的性能中扮演著重要角色。為了確保光伏系統(tǒng)的高效運(yùn)行，必須對(duì)旁路二極管的熱性能進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)試。本文將介紹來(lái)自美能光伏的旁路二極管熱性能測(cè)試儀，并探討旁路二極管測(cè)試及熱失控原理。

IEC62790:2020旁路二極管測(cè)試原理

IEC62790:2020給出了瞬態(tài)法測(cè)試方案，該方案是利用旁路二極管兩端壓降UD和結(jié)溫Tj在一定溫度范圍內(nèi)成線性關(guān)系，通過(guò)測(cè)量旁路二極管兩端壓降來(lái)間接測(cè)算結(jié)溫Tj。

• 旁路二極管測(cè)試過(guò)程

（1）將環(huán)境箱溫度穩(wěn)定到30℃±2℃后，用旁路二極管熱性能測(cè)試儀給樣品施加一個(gè)STC下與短路電流相等的脈沖方波電流（脈寬1ms），讀取出旁路二極管的正向壓降UD1；

（2）將環(huán)境箱溫度穩(wěn)定到50℃±2℃后，重復(fù)步驟1，讀取出旁路二極管的正向壓降UD2；

（3）將環(huán)境箱溫度穩(wěn)定到70℃±2℃后，重復(fù)步驟1，讀取出旁路二極管的正向壓降UD3；

（4）將環(huán)境箱溫度穩(wěn)定到90℃±2℃后，重復(fù)步驟1，讀取出旁路二極管的正向壓降UD4；

脈沖曲線圖

（5）利用最小二乘法得到旁路二極管正向壓降UD和結(jié)溫Tj的關(guān)系曲線；

（6）將環(huán)境箱溫度穩(wěn)定到75℃±5℃后，通過(guò)二極管熱性能測(cè)試儀給待測(cè)樣品施加等于在STC下短路電流Isc±2％的恒定電流,通電1h后，讀取出旁路二極管的正向壓降UD；

（7）將正向壓降UD代入到關(guān)系曲線中，得出旁路二極管的結(jié)溫Tj。

擬合曲線圖

二極管熱失控機(jī)理

一些在光伏組件中的旁路二極管具有反向偏置狀態(tài)下反向電流隨溫度升高而增大的特性。如果旁路二極管在轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪蚱脮r(shí)，已經(jīng)處于很高的溫度環(huán)境中，二極管內(nèi)部就可能會(huì)有較大的反向電流，這個(gè)反向電流可能會(huì)導(dǎo)致二極管溫度進(jìn)一步升高。當(dāng)溫升超過(guò)接線盒散熱能力的時(shí)候，溫升和反向電流就會(huì)導(dǎo)致旁路二極管失效，進(jìn)而導(dǎo)致十分嚴(yán)重的后果。這種現(xiàn)象被稱為“熱失控”。因此應(yīng)對(duì)光伏組件接線盒中旁路二極管的熱設(shè)計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，以確保熱失控現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生。

熱失控現(xiàn)象示意圖

曲線R表征了反向偏壓造成的輸入功率與結(jié)溫的關(guān)系。如圖所示，在高結(jié)溫區(qū)域，輸入功率上升十分迅速。接線盒的散熱能力在圖中用“散熱”曲線表示，“散熱”曲線與曲線R的交點(diǎn)為臨界溫度Tc。

當(dāng)結(jié)溫高于臨界溫度Tc時(shí),旁路二極管反向偏置,輸入功率就會(huì)超過(guò)接線盒散熱能力，從而導(dǎo)致結(jié)溫不斷升高，直到熱失控現(xiàn)象發(fā)生。

當(dāng)結(jié)溫低于臨界溫度時(shí)二極管反向偏置,輸入功率會(huì)低于散熱能力,這種情況下結(jié)溫會(huì)逐漸下降至環(huán)境溫度。曲線F1與F2表示正向電流IF1和IF2產(chǎn)生的輸入功率與結(jié)溫的關(guān)系。其與“散熱”曲線的交點(diǎn)顯示了正向偏置時(shí)的平衡溫度。

美能旁路二極管熱性能測(cè)試儀

美能旁路二極管熱性能測(cè)試儀，通過(guò)脈沖電流方法得到二極管壓降和溫度之間的關(guān)系，繼而得到恒流狀態(tài)下二極管的結(jié)溫。本設(shè)備還具有測(cè)試二極管正向伏安特性、測(cè)試二極管熱失控的功能。監(jiān)控二極管表面及組件表面溫度，監(jiān)控二極管電流及二極管兩端壓降；監(jiān)控二極管的反向漏電電流。

滿足標(biāo)準(zhǔn):

滿足IEC61215-MQT18和IEC61730-MST07、MST25，IEC62979

特點(diǎn):

?可通過(guò)時(shí)間控制反向電源的施加

?自動(dòng)用最小二乘法模擬UD與Tj的關(guān)系

?可通過(guò)溫度變化趨勢(shì)自動(dòng)控制反向電壓施加

?獲取75℃，ID=Isc時(shí)UD數(shù)據(jù)，計(jì)算75℃下Tj數(shù)值

?記錄電路快速變化過(guò)程中二極管兩端電壓，電流的變化情況

?在脈沖電流階段，采集脈沖電流、二極管壓降、接線盒溫度等參數(shù)

?實(shí)時(shí)顯示電壓轉(zhuǎn)換過(guò)程中的電壓及電流（含漏電流）變化曲線，曲線可導(dǎo)出

美能旁路二極管熱性能測(cè)試儀，為光伏系統(tǒng)的性能提升提供了重要支持。通過(guò)對(duì)旁路二極管熱性能進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)試，不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施，保障系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，還可以更好地了解光伏系統(tǒng)的工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的效率和可靠性。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和設(shè)備的不斷完善，美能光伏將在行業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，助力清潔能源的發(fā)展和應(yīng)用，為可持續(xù)能源發(fā)展做出貢獻(xiàn)。