Hur avgör man om dioderna i ett solenergisystem är skadade?

一, Kärnrollen och felrisken för dioder i solenergisystem
Typer och funktioner av dioder
Bypass-diod: parallellkopplad i båda ändar av batteristrängen, vilket ger en alternativ väg för ström när vissa battericeller blockeras eller går sönder, vilket undviker termisk punkteffekt (permanent skada på battericeller orsakade av lokal överhettning).
Anti omvänd laddningsdiod: ansluten i serie mellan solcellspanelen och styrenheten, förhindrar den att batteripaketet laddas ur omvänt genom solcellspanelen på natten eller regniga dagar, vilket skyddar batteriets livslängd.
Blockeringsdiod: används i parallella system med flera serier för att förhindra ström från att flöda tillbaka till serier med låg-effekt, vilket säkerställer oberoende drift av varje serie.
Typiska konsekvenser av diodskador
Värmepunktseffekten intensifieras: Efter att bypass-dioden misslyckats fortsätter de blockerade battericellerna att motstå omvänd spänning, och temperaturen kan stiga till över 200 grader, vilket leder till åldrande av förpackningsmaterialet och till och med antändning.
Minskad strömgenerering: Kortslutning av anti-omvänd laddningsdiod kan göra att batteripaketet laddas ur på natten, vilket resulterar i en daglig förlust på upp till 5 % -10 % av elektriciteten.
Risk för skador på utrustningen: Blockerande diodavbrott kan orsaka cirkulation mellan strängarna, brännande kontakter eller kablar.
2, Visuell manifestation och preliminär bedömning av diodskada
1. Upptäckt avvikande utseende
Erosionsmärken: Ytan på en vanlig diod är slät, men efter skada kan svarta brännmärken, sprickor eller stiftsmältning uppstå (som visas i figur 1). Till exempel upplevde ett 5kW solcellssystem förkolningsmärken vid kontakten på grund av att bypass-dioden gick sönder.
Förpackningsdeformation: Hög temperatur orsakar expansion av epoxiharts eller plastförpackningar, vilket vanligtvis ses vid långvariga-överbelastnings- eller kortslutningsscenarier.
Färgförändring: Dioder i kiselmaterial kommer att ändras från svart till gråvit vid höga temperaturer, vilket kan identifieras genom att jämföra komponenter från samma batch.
2 Avvikelser i systemets prestanda
Obalanserad strängspänning: Använd en multimeter för att mäta den öppna kretsspänningen för varje sträng. Om spänningen för en sträng är betydligt lägre än spänningen för andra strängar (t.ex. mer än 10 % lägre än det nominella värdet), kan det bero på fel i bypass-diodens ledning.
Nighttime current backflow: In the absence of light, use a clamp ammeter to detect the output terminal of the photovoltaic array. If there is a reverse current (>0,1A), indikerar det att antireversibel laddningsdioden är kortsluten.
Onormal uppvärmning: Den infraröda värmebildsenheten känner av yttemperaturen på dioden. Den normala driftstemperaturen bör vara under 85 grader. Om den lokala temperaturen överstiger 120 grader ska maskinen omedelbart stoppas för inspektion.
3, Professionella upptäcktsmetoder för diodskador
1 Offline-detektering (systemströmavbrott)
Positivt tryckfallstest:
Ställ in multimetern på diodläge (eller 2V DC-läge).
Anslut den positiva polen till anoden på dioden och den negativa polen till katoden, och registrera framåtspänningsfallet (VF).
Normal silicon diode VF should be 0.5-0.7V, and Schottky diode VF should be 0.2-0.4V. If VF>1V eller visar OL (öppen krets), det indikerar att dioden är öppen krets; Om VF<0.1V, there may be a short circuit caused by breakdown.
Omvänd läckströmstest:
Använd en hög-precisionsmultimeter (som Fluke 87V) i μA-intervallet.
Omvänd anslut dioden (med den positiva polen ansluten till katoden och den negativa polen ansluten till anoden) och applicera en omvänd spänning (som 20V).
Den normala omvända läckströmmen för en diod bör vara mindre än 1 μ A. Om den är större än 10 μ A, indikerar det en minskning av isoleringsprestanda.
2 Online-detektering (systemet strömsatt)
Dynamisk strömövervakning:
Använd ett oscilloskop för att fånga spänningsvågformen över dioden.
Den normala bypass-dioden är i ett omvänt avstängningstillstånd när strängen är normal och spänningen är nära strängens öppen kretsspänning; När strängen är blockerad leder dioden i framåtriktningen och spänningen sjunker till runt VF.
Om vågformen visar kontinuerlig framåtledning eller omvända läckströmsfluktuationer indikerar det diodparameterdrift.
Infraröd värmebildspositionering:
Skanna diodområdet med en infraröd värmekamera när det finns tillräckligt med solljus.
Den normala diodtemperaturen bör ligga nära de omgivande komponenterna. Om den lokala temperaturen är högre än 20 grader kan det orsaka överhettning på grund av ökad ledningsförlust.
4, rotorsaksanalys och förebyggande åtgärder för diodskador
1 Vanliga orsaker till skador
Överspänningsstöt: Blixtnedslag eller nätfluktuationer gör att diodens omvända spänning överstiger märkvärdet (som när VRRM för 1N4007 är 1000V krävs en marginal på 20 % för faktisk användning).
Överström och överhettning: Felaktig strängmatchning gör att vissa dioder bär överdriven ström under lång tid (som när designströmmen är 10A, men den flyter faktiskt 15A).
Tillverkningsfel: virtuell lödning eller chipsprickor i diodens inre metalliseringslager, som är svåra att upptäcka i det inledande skedet och gradvis misslyckas efter drift.
Miljökorrosion: I kustområden eller områden med hög luftfuktighet leder oxidation av diodstift till ökat kontaktmotstånd och accelererat åldrande på grund av lokal temperaturhöjning.
2 Strategier för förebyggande och underhåll
Urvalsoptimering:
Märkströmmen för bypassdioden bör vara större än eller lika med 1,25 gånger kortslutningsströmmen i strängen, och backspänningen bör vara större än eller lika med 1,5 gånger systemets maximala spänning.
Anti-omvänd laddningsdiod bör väljas som en låg VF-typ (som SB5100, VF=0.45V) för att minska strömförbrukningen på natten.
Installationsspecifikationer:
Längden på anslutningsledningen mellan dioden och batteristrängen bör vara mindre än 30 cm för att minska parasitisk induktans.
The installation surface of the heat sink should be flat and coated with thermal conductive silicone grease (thermal conductivity>2W/m · K) för att säkerställa termiskt motstånd<1 ℃/W.
Regelbundna tester:
Skanna nyckeldioder med en infraröd värmekamera varje kvartal och upprätta temperaturrekord.
Conduct offline testing once a year to replace components with VF deviation>10 % eller läckström som överstiger standarden.
5, Fallstudie: Felsökning av diodfel i ett 10kW solcellssystem
1. Felfenomen
Efter 3 års drift av systemet minskade strömproduktionen med 15 % jämfört med samma period, och nattbatteriets spänning sjönk från 51,2 V till 49,8 V.

2. Utredningsprocess
Utseendeinspektion: Det visade sig att förpackningen av bypass-dioden i sträng 2 var något utbuktande och det fanns oxidationsmärken på stiften.
Offlinetestning:
Testet för spänningsfall framåt visar VF=1.2V (normalt värde 0,6V), vilket indikerar en ökning av resistansen.
Det omvända läckströmstestet är 5 μ A (normalt värde<1 μ A), and the insulation performance decreases.
Verifiering på systemnivå:
Efter att ha bytt ut den felaktiga dioden återgick spänningen till sträng 2 till samma nivå som de andra strängarna (36,5V).
På natten förblev spänningen på batteripaketet stabil på 51,0V, och strömgenereringen ökade till 98% av designvärdet.
Grundorsaksanalys
Felaktigt val: Diodens ursprungliga märkström var 8A, men den faktiska kortslutningsströmmen för strängen nådde 10A, vilket accelererade åldrandet på grund av långvarig-överbelastning.
Otillräcklig värmeavledning: Ingen kylfläns installerad, diodövergångstemperaturen överstiger 125 grader under lång tid.