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旁路二极管的作用与选择要点

2022-02-15 14:48:37

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一、热斑效应

       一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件,将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热,这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量,都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏,最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管,以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。

二、作用:

       当电池片出现热斑效应不能发电时,起旁路作用,让其它电池片所产生的电流从二极管流出,使太阳能发电系统继续发电,不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。

三、导电特性

       二极管最重要的特性就是单方向导电性,电流从二极管的正极流入,负极流出。

1、正向特性

       在电子电路中,将二极管的正极接在高电位端,负极接在低电位端,二极管就会导通,这种连接方式,称为正向偏置。必须说明,当加在二极管两端的正向电压很小时,二极管仍然不能导通,流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值(这一数值称为“门槛电压”Vth,锗管约为0.2V,硅管约为0.6V)以后,二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变(锗管约为0.3V,硅管约为0.7V),称为二极管的“正向压降”。

2、反向特性

       在电子电路中,二极管的正极接在低电位端,负极接在高电位端,此时二极管中几乎没有电流流过,此时二极管处于截止状态,这种连接方式,称为反向偏置。二极管处于反向偏置时,仍然会有微弱的反向电流流过二极管,称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值,反向电流会急剧增大,二极管将失去单方向导电特性,这种状态称为二极管的击穿。  

       综述,二极管加正向偏置电压,处于导通状态,加反向电压处于截至状态,二极管具有单向导电性(可参照PN街单项导电性)

四、好坏辨别      

       最简单的方法可以使用万用表定性测试二极管的好坏。测试前先把万用表的转换开关拨到欧姆档的RX1K档位(注意不要使用RX1档,以免电流过大烧坏二极管),再将红、黑两根表笔短路,进行欧姆调零。

1、正向特性测试     

       把万用表的红表笔(表正极)搭触二极管的正极,黑表笔(表负极)搭触二极管的负极。若表针不摆到0值而是停在标度盘的中间,这时的阻值就是二极管的正向电阻,一般正向电阻越小越好。若正向电阻为0值,说明管芯短路损坏,若正向电阻接近无穷大值,说明管芯断路。短路和断路的管子都不能使用。

2、反向特性测试

       把万用表的黑表笔搭触二极管的正极,红表笔搭触二极管的负极,若表针指在无穷大值或接近无穷大值,管子就是合格的。

       鉴于二极管测试的准确性,对接线盒内的旁路二极管测试选用专业的测试设备。以保证质量,现在测试二极管的主要参数有:Vf、Ir、Vb等。

五、选择原则

1、耐压容量为最大反向工作电压的两倍;

2、电流容量为最大反向工作电流的两倍;

3、结温温度应高于实际结温温度;

4、热阻小;

5、压降小;

六、实际结温温度测量方法:

       把组件放在75度烘箱中至热稳定,在二极管中通组件的实际短路电流,热稳定后(例如1h),测量二极管的表面温度,根据以下公式计算实际结温:

Tj=Tcase+R*U*I

其中R为热阻系数,由二极管厂家给出,Tcase是二极管表面温度(用热电偶测出),U是二极管两端压降(实测值),I为组件短路电流。计算出的Tj不能超过二极管规格书上的结温范围。

七、旁路二极管对电路影响:

       当电池片正常工作时,旁路二极管反向截止,对电路不产生任何作用;若与旁路二极管并联的电池片组存在一个非正常工作的电池片时,整个线路电流将由最小电流电池片决定,而电流大小由电池片遮蔽面积决定,若反偏压高于电池片最小电压时,旁路二极管导通,此时,非正常工作电池片被短路。

八、每个旁路二极管并联电池片数目的计算

1、旁路二极管电流容量最小应为:

   I=4.73×2=8.46A

2、选用10SQ030型二极管

   最大返偏电压为:VRRM=30vIAV=10AVF=0.55V

   TJ=-55-200℃

3、耐压容量为30Ⅴ的旁路二极管最多可保护125×125电池片数目为:

   N=30/(2×0.513)≈29.24

   即最多可保护29片125×125电池片;

4、旁路二极管截止状态时存在反向电流,即暗电流,一般小于0.2微安;

       原则上每个电池片应并联一个旁路二极管,以便更好保护并减少在非正常状态下无效电池片数目,但因为旁路二极管价格成本的影响和暗电流损耗以及工作状态下压降的存在,对于硅电池,每十五个电池片可并联一个旁路二极管为最佳。

来源:光伏标准及技术


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