Hvilke abnormiteter kan diodeældning forårsage i solcelleanlæg?

1, De tekniske årsager og fysiske mekanismer ved diodeældning
Aldringen af ​​dioder er resultatet af den kombinerede virkning af materialenedbrydning og elektrisk termisk stress, og dens kerneårsager omfatter:

Termisk stressakkumulering: Driftstemperaturområdet for fotovoltaiske moduler er normalt -40 grader til +85 grader, men overgangstemperaturen for bypass-dioder kan overstige 125 grader, når de er i ledende tilstand (såsom når de er skyggefulde). Langsigtede højtemperaturmiljøer vil accelerere spredningen af ​​siliciumgitterdefekter, hvilket resulterer i et stigende fremadspændingsfald (Vf) år for år. Eksperimentelle data viser, at Vf af Schottky-dioder, der kører i 5 år, kan stige fra den oprindelige 0,3V til 0,5V, med en 67% stigning i ledningstab.
Elektrisk spændingschok: Forbigående overspænding genereret af lynnedslag og kontaktoperationer (såsom spidsspænding over 100V i EL-detektorer) kan forårsage nedbrud af diodens PN-terminal, hvilket resulterer i skjult skade. I et bestemt tilfælde af solcelleanlæg oplevede 30 % af bypass-dioderne en stigning i omvendt lækstrøm (Ir) fra μA til mA efter lynnedslag, hvilket førte til en betydelig stigning i risikoen for termisk løbe af komponenter.
Materialeoxidation og forurening: Når samleboksen er dårligt forseglet, kan vanddampindtrængen accelerere oxidationen af ​​diodestifter, hvilket får kontaktmodstanden (Rc) til at stige fra milliohm til ohm. En laboratorietest viste, at kontaktmodstanden for oxiderede dioder kan øge seriemodstanden (Rs) af komponenter med 15% og reducere fyldfaktoren (FF) med 8%.
2, Anomali på komponentniveau: fra effektivitetsforfald til termisk løbsk
Indvirkningen af ​​diodeældning på fotovoltaiske moduler afspejles direkte i forringelsen af ​​elektriske ydeevneparametre og varmestyringsfejl:

Nedsat elproduktionseffektivitet: En stigning i fremadspændingsfald vil direkte øge ledningstabet. Tager man en strøm på 20A som et eksempel, når Vf stiger fra 0,3V til 0,5V, stiger strømforbruget for et enkelt rør fra 6W til 10W, hvilket resulterer i et tab på 4% i komponentens udgangseffekt. Hvis der er flere dioder i strengalderen, kan det kumulative tab overstige 10 %.
The hot spot effect intensifies: an increase in reverse leakage current (Ir>10 μ A) vil få de blokerede battericeller til at fortsætte med at forbruge elektrisk energi, hvilket resulterer i en lokal temperaturstigning. En felttest viste, at en diode med Ir=50 μ A fik temperaturen på den blokerede battericelle til at være 25 grader højere end normalt, hvilket accelererede revnedannelsen af ​​battericellen og ældningen af ​​emballagematerialet.
Risiko for udbrænding af samledåser: Den dobbelte stigning i kontaktmodstand (Rc) og ledningsspændingsfald (Vf) kan føre til en ond cirkel: Rc stiger, hvilket forårsager lokal opvarmning → diodeforbindelsestemperatur stiger → Vf stiger yderligere → opvarmning bliver mere alvorlig. I et kraftværkshus genererede en diode med Rc=0.5 Ω 20W varmetab ved 20A strøm, hvilket i sidste ende antændte isoleringsmaterialet i forbindelsesboksen.
3, Systemniveau anomali: fra strengmismatch til strømproduktionstab
Indvirkningen af ​​diodeældning på fotovoltaiske systemer vil blive forstærket gennem kaskadeeffekter:

Strengmismatchtab: Ældrende dioder resulterer i manglende åben kredsløbsspænding (Voc) af komponentunderstrenge, hvilket forårsager en "trinlignende" forvrængning i I-V-kurven af ​​strengen. En simulering af et 1MW fotovoltaisk kraftværk viser, at når 5% af bypass-dioderne ældes, når det maksimale effekttab (MPP) af strengen 3,2%, og den årlige elproduktion falder med omkring 28000 kWh.
Nedsat invertereffektivitet: Udsving i seriens udgangsspænding vil tvinge inverteren til ofte at justere sit driftspunkt, hvilket reducerer konverteringseffektiviteten. Eksperimentelle data viser, at når spændingsudsvingsområdet udvides fra ± 2 % til ± 5 %, falder inverterens effektivitet fra 98,5 % til 97,2 %.
Sikkerhedsrisiko på jævnstrømssiden: Ældrende dioder kan udgøre en risiko for jævnstrømsbuer. Når dioden er åbent kredsløb, tvinges strengstrømmen til at passere gennem andre veje (såsom metalbeslag), hvilket danner en lysbueudladning. En undersøgelse af en brandulykke viste, at det åbne kredsløb af dioden i samledåsen var den direkte årsag til DC-sidebuen.
4, Detektion og diagnose: Fra manuel inspektion til intelligent overvågning
For at løse problemet med diodeældning skal der konstrueres et registreringssystem med flere-niveauer:

Infrarød termisk billeddetektion: Ved at bruge en høj-præcisions termisk billedbehandlingsenhed monteret på en drone (såsom Zenith H30T, med en opløsning på 1280 × 1024), kan unormal temperatur i samleboksen identificeres. Den faktiske måling af et bestemt kraftværk viser, at den normale diodetemperatur er 10-15 grader højere end miljøet, mens den aldrende diodetemperatur kan være mere end 30 grader højere.
Parametertest af elektrisk ydeevne: Brug en IV-kurvetester til at indsamle komponent I-V-data og lokalisere defekte dioder ved at analysere "trin"-funktionen. For eksempel kan en diodekortslutning forårsage et tab af understrengen Voc, mens aldrende dioder kan forårsage unormale trinhældninger.
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 forebyggelse
Materiale- og procesoptimering: materialer med brede båndgab (såsom SiC Schottky-dioder) vælges med en Vf så lav som 0,2V og en temperaturmodstand på op til 175 grader; Ved at bruge lasersvejseteknologi til at reducere kontaktmodstanden har eksperimenter vist, at lasersvejsning kan reducere Rc med 80 %.
Redundant design: Parallelle backup-dioder tilsluttes i samledåsen, som automatisk skifter, når hoveddioden svigter. En bestemt producents produkt reducerer fejlraten fra 0,5%/år til 0,1%/år gennem et dobbelt diodedesign.
Intelligent drift- og vedligeholdelsessystem: Etabler en diodelevetidsforudsigelsesmodel, og beregn den resterende levetid baseret på driftsdata såsom aktuel flowtid og overgangstemperaturhistorik. Et bestemt kraftværk har forlænget diodeudskiftningscyklussen fra 5 år til 7 år gennem big data-analyse, hvilket reducerer drifts- og vedligeholdelsesomkostningerne med 30 %.