旁路二極管是指在電池組件中反向并聯(lián)于太陽(yáng)能硅電池片組的兩端二極管,能夠有效地防止硅電池片因熱斑效應(yīng)而燒毀,是光伏太陽(yáng)能組件的重要組成部分。是為了防止太陽(yáng)能電池在強(qiáng)光下由于遮擋造成其中一些因?yàn)榈貌坏焦庹斩蔀樨?fù)載產(chǎn)生嚴(yán)重發(fā)熱受損。一般用在單晶硅和多晶硅光伏(PV)面板的旁路二極管中,在出現(xiàn)低分流和高分流阻抗時(shí),保護(hù)過(guò)熱點(diǎn)的光伏電池。但旁路二極管的引入,也會(huì)導(dǎo)致遮蔽情況下光伏陣列的P-U曲線(xiàn)呈現(xiàn)多峰特性,在旁路二極管的基礎(chǔ)上也發(fā)展來(lái)了智能重構(gòu)旁路二極管,也進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

熱斑效應(yīng)

一串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽(yáng)電池組件,將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他有光照的太陽(yáng)電池組件所產(chǎn)生的能量。被遮蔽的太陽(yáng)電池組件此時(shí)會(huì)發(fā)熱,這就是熱斑效應(yīng)。這種效應(yīng)能?chē)?yán)重的破壞太陽(yáng)電池。有光照的太陽(yáng)電池所產(chǎn)生的部分能量,都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽(yáng)電池由于熱斑效應(yīng)而遭受破壞,最好在太陽(yáng)電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁路二極管,以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被受遮蔽的組件所消耗。

作用

當(dāng)電池片出現(xiàn)熱斑效應(yīng)不能發(fā)電時(shí),起旁路作用,讓其它電池片所產(chǎn)生的電流從二極管流出,使太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)電,不會(huì)因?yàn)槟骋黄姵仄霈F(xiàn)問(wèn)題而產(chǎn)生發(fā)電電路不通的情況。

選擇原則

1、耐壓容量為最大反向工作電壓的兩倍;

2、電流容量為最大反向工作電流的兩倍;

3、結(jié)溫溫度應(yīng)高于實(shí)際結(jié)溫溫度;

4、熱阻??;

5、壓降??;

測(cè)量方法

把組件放在75度烘箱中至熱穩(wěn)定,在二極管中通組件的實(shí)際短路電流,熱穩(wěn)定后(例如1h),測(cè)量二極管的表面溫度,根據(jù)以下公式計(jì)算實(shí)際結(jié)溫:

Tj=Tcase + R*U*I其中R為熱阻系數(shù),由二極管廠(chǎng)家給出,Tcase是二極管表面溫度(用熱電偶測(cè)出),U是二極管兩端壓降(實(shí)測(cè)值),I為組件短路電流。計(jì)算出的Tj不能超過(guò)二極管規(guī)格書(shū)上的結(jié)溫范圍。

示意圖

當(dāng)電池片正常工作時(shí),旁路二極管反向截止,對(duì)電路不產(chǎn)生任何作用;若與旁路二極管并聯(lián)的電池片組存在一個(gè)非正常工作的電池片時(shí),整個(gè)線(xiàn)路電流將由最小電流電池片決定,而電流大小由電池片遮蔽面積決定,若反偏壓高于電池片最小電壓時(shí),旁路二極管導(dǎo)通,此時(shí),非正常工作電池片被短路。

數(shù)目計(jì)算

1、旁路二極管電流容量最小應(yīng)為:

I=4.73×2=8.46A

2、選用10SQ030型二極管

最大返偏電壓為:VRRM=30vIAV=10AVF=0.55V

TJ=-55-200℃

3、耐壓容量為30Ⅴ的旁路二極管最多可保護(hù)125×125電池片數(shù)目為:

N=30/(2×0.513)≈29.24

即最多可保護(hù)29片125×125電池片;

4、旁路二極管截止?fàn)顟B(tài)時(shí)存在反向電流,即暗電流,一般小于0.2微安;

原則上每個(gè)電池片應(yīng)并聯(lián)一個(gè)旁路二極管,以便更好保護(hù)并減少在非正常狀態(tài)下無(wú)效電池片數(shù)目,但因?yàn)榕月范O管價(jià)格成本的影響和暗電流損耗以及工作狀態(tài)下壓降的存在,對(duì)于硅電池,每十五個(gè)電池片可并聯(lián)一個(gè)旁路二極管為最佳。

Bypass diodes are not needed on 12 volt systems, optional on 24 volt, and should always be used on 36 volt or higher systems

遮蔽一個(gè)電池片與遮蔽兩塊電池片各一半的效果不同,所以遮蔽不可避免時(shí),盡量使遮蔽盡可能多的電池,每個(gè)電池盡可能少的陰影。

幾乎在所有的電子電路中,都要用到半導(dǎo)體二極管,它在許多的電路中起著重要的作用,它是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一,其應(yīng)用也非常廣泛。