Hvilke abnormiteter kan diodealdring forårsake i solcelleanlegg?

1, De tekniske årsakene og fysiske mekanismene til diodealdring
Aldringen av dioder er resultatet av den kombinerte virkningen av materialnedbrytning og elektrisk termisk stress, og dens kjerneårsaker inkluderer:

Akkumulering av termisk spenning: Driftstemperaturområdet til solcellemoduler er vanligvis -40 grader til +85 grader, men overgangstemperaturen til bypass-dioder kan overstige 125 grader når de er i ledende tilstand (for eksempel når de er skyggelagt). Langsiktig høytemperaturmiljø vil akselerere diffusjonen av silisiumgitterdefekter, noe som resulterer i et økende foroverspenningsfall (Vf) år for år. Eksperimentelle data viser at Vf til Schottky-dioder som kjører i 5 år kan øke fra den opprinnelige 0,3V til 0,5V, med en 67% økning i ledningstap.
Elektrisk spenningssjokk: Forbigående overspenning generert av lynnedslag og bryteroperasjoner (som toppspenning over 100V i EL-detektorer) kan forårsake sammenbrudd av PN-terminalen på dioden, noe som resulterer i skjult skade. I et tilfelle av et solcellekraftverk opplevde 30 % av bypass-diodene en økning i omvendt lekkasjestrøm (Ir) fra μ A til mA etter lynnedslag, noe som førte til en betydelig økning i risikoen for termisk løping av komponenter.
Materialoksidasjon og forurensning: Når koblingsboksen er dårlig forseglet, kan vanndampinntrenging akselerere oksidasjonen av diodestifter, noe som får kontaktmotstanden (Rc) til å stige fra milliohm til ohm. En laboratorietest viste at kontaktmotstanden til oksiderte dioder kan øke seriemotstanden (Rs) til komponenter med 15 % og redusere fyllfaktoren (FF) med 8 %.
2, Anomali på komponentnivå: fra effektivitetsforfall til termisk løping
Virkningen av diodealdring på fotovoltaiske moduler gjenspeiles direkte i forringelsen av elektriske ytelsesparametere og varmestyringssvikt:

Redusert kraftproduksjonseffektivitet: En økning i foroverspenningsfallet vil direkte øke ledningstapet. For å ta en strøm på 20A som et eksempel, når Vf øker fra 0,3V til 0,5V, øker strømforbruket til et enkelt rør fra 6W til 10W, noe som resulterer i et tap på 4% i utgangseffekten til komponenten. Hvis flere dioder i strengalderen, kan det kumulative tapet overstige 10 %.
The hot spot effect intensifies: an increase in reverse leakage current (Ir>10 μ A) vil føre til at de blokkerte battericellene fortsetter å forbruke elektrisk energi, noe som resulterer i en lokal temperaturøkning. En felttest viste at en diode med Ir=50 μ A førte til at temperaturen på den blokkerte battericellen ble 25 grader høyere enn normalt, noe som akselererte oppsprekkingen av battericellen og aldring av emballasjematerialet.
Risiko for utbrenning av koblingsboks: Den doble økningen i kontaktmotstand (Rc) og ledningsspenningsfall (Vf) kan føre til en ond sirkel: Rc øker og forårsaker lokal oppvarming → diodekoblingstemperaturen stiger → Vf stiger ytterligere → oppvarmingen blir mer alvorlig. I en kraftstasjonskasse genererte en diode med Rc=0.5 Ω 20W varmetap ved 20A strøm, og antente til slutt isolasjonsmaterialet til koblingsboksen.
3, anomali på systemnivå: fra strengmismatch til tap av kraftproduksjon
Virkningen av diodealdring på fotovoltaiske systemer vil bli forsterket gjennom kaskadeeffekter:

Strengmismatchtap: Aldrende dioder resulterer i manglende åpen kretsspenning (Voc) for komponentdelstrenger, noe som forårsaker en "trinnlignende" forvrengning i I-V-kurven til strengen. En simulering av en 1MW fotovoltaisk kraftstasjon viser at når 5 % av bypass-diodene eldes, når det maksimale effekttapet (MPP) til strengen 3,2 %, og den årlige kraftproduksjonen reduseres med ca. 28000 kWh.
Redusert vekselrettereffektivitet: Svingninger i utgangsspenningen til serien vil tvinge vekselretteren til ofte å justere driftspunktet, noe som reduserer konverteringseffektiviteten. Eksperimentelle data viser at når spenningsfluktuasjonsområdet utvides fra ± 2 % til ± 5 %, reduseres omformerens effektivitet fra 98,5 % til 97,2 %.
Sikkerhetsfare på DC-siden: Eldre dioder kan utgjøre en risiko for DC-buedannelse. Når dioden er åpen, tvinges strengstrømmen til å passere gjennom andre baner (som metallbraketter), og danner en lysbueutladning. En undersøkelse av en brannulykke fant at den åpne kretsen til dioden i koblingsboksen var den direkte årsaken til DC-sidebuen.
4, Deteksjon og diagnose: Fra manuell inspeksjon til intelligent overvåking
For å løse problemet med diodealdring, må det konstrueres et flernivådeteksjonssystem:

Infrarød termisk bildegjenkjenning: Ved å bruke en høy-presisjon termisk bildebehandlingsenhet montert på en drone (som Zenith H30T, med en oppløsning på 1280 × 1024), kan unormal temperatur i koblingsboksen identifiseres. Selve målingen av en bestemt kraftstasjon viser at normal diodetemperatur er 10-15 grader høyere enn omgivelsene, mens den aldrende diodetemperaturen kan være mer enn 30 grader høyere.
Testing av elektrisk ytelsesparameter: Bruk en IV-kurvetester til å samle inn komponent I-V-data og lokalisere defekte dioder ved å analysere «trinn»-funksjonen. For eksempel kan en diodekortslutning forårsake tap av understrengen Voc, mens aldrende dioder kan forårsake unormale skråninger.
Online monitoring system: Deploy intelligent junction boxes (such as integrated MSOP8 controller type ideal diodes) to monitor parameters such as Vf, Ir, Tc (junction temperature) in real-time. A demonstration project has reduced the detection time of diode faults from a monthly level to an hourly level by using threshold alarms (such as Vf>0.45V or Ir>5 μ A).
5, Responsstrategi: Fra passiv erstatning til proaktiv forebygging
Materiale- og prosessoptimalisering: materialer med brede båndgap (som SiC Schottky-dioder) velges, med en Vf så lav som 0,2V og en temperaturmotstand på opptil 175 grader; Ved å bruke lasersveiseteknologi for å redusere kontaktmotstanden, har eksperimenter vist at lasersveising kan redusere Rc med 80 %.
Redundant design: Parallelle backup-dioder kobles til i koblingsboksen, som automatisk skifter når hoveddioden svikter. En viss produsents produkt reduserer feilraten fra 0,5 %/år til 0,1 %/år gjennom en dobbel diodedesign.
Intelligent drift- og vedlikeholdssystem: Etabler en prediksjonsmodell for diodelevetid, og beregn gjenværende levetid basert på driftsdata som gjeldende strømningstid og overgangstemperaturhistorikk. Et bestemt kraftverk har utvidet diodebyttesyklusen fra 5 år til 7 år gjennom stordataanalyse, noe som har redusert drifts- og vedlikeholdskostnadene med 30 %.