Vilken roll har dioderna i solpaneler?

一, Bypass-diod: "brandman" för hot spot-effekten
1. Den destruktiva mekanismen för hot spot-effekt
När vissa solceller i solcellsmoduler blockeras av löv, damm eller skuggor kan det blockerade området inte generera elektricitet utan blir istället en belastning i kretsen. Vid denna tidpunkt tvingas strömmen som genereras av fria battericeller att flöda genom det blockerade området, vilket orsakar en kraftig ökning av lokal temperatur (upp till 200 grader eller högre), vilket bildar en "hot spot". Långvarig hot spot-effekt kan orsaka cellutbränning, åldrande av förpackningsmaterial och till och med brand, vilket är en av huvudorsakerna till fel på solcellssystemet.
2. Skyddsprincip för bypass-diod
Bypass-dioden är kopplad omvänt parallellt i båda ändarna av batteristrängen, och dess arbetslogik är som följer:
Normalt tillstånd: När battericellen genererar elektricitet är dioden i omvänt avstängningsläge och har ingen inverkan på kretsen;
Onormalt tillstånd: När en viss batteristräng upplever ett spänningsfall på grund av obstruktion eller fel, bildar dioden en framåtförspänning och leder, kortsluter den felaktiga batteristrängen och låter ström passera det skadade området, vilket säkerställer att andra normala batteristrängar fortsätter att generera elektricitet.
3. Optimeringsdesign i branschpraxis
Konfiguration av diodkvantitet: I teorin bör varje battericell kopplas parallellt med en diod, men på grund av kostnads- och spänningsfallsbegränsningar, i praktisk teknik, konfigureras vanligtvis en diod var 15-24:e battericeller. Till exempel använder en batterimodul med 72 celler ofta en tredelad metod "24+24+24", med var och en av 24 celler parallellkopplade med en Schottky-diod (som SB5100, tål spänning 100V, ström 5A).
Materialval med låg förlust: Schottky-dioder kan minska effektförlusten på grund av deras betydligt lägre spänningsfall framåt (0,1-0,2V) jämfört med vanliga kiseldioder (0,7V). Beräknat vid 10A ström minskar den årliga effektförlusten för Schottky-dioder med cirka 5256Wh jämfört med kiseldioder (beräknat baserat på 5 timmar solsken per dag och 365 dagar).
Integrerad designtrend: Moderna solcellsmoduler integrerar bypass-dioder i kopplingsdosor och uppnår högtillförlitliga anslutningar genom automatiserade svetsprocesser. Till exempel använder en ledande tillverkares smarta kopplingsdosa ytmonteringsteknik (SMT) för att minska kontaktresistansen mellan dioden och kretskortet till under 0,5 m Ω och kontrollera temperaturökningen inom 10 grader.
2, anti-omvänd laddningsdiod: en "envägsventil" för nattetid
Nödvändigheten av att förhindra omvänd laddning
I frånvaro av ljusförhållanden (som på natten) kan solpanelens spänning vara lägre än batteriets, vilket gör att ström flyter tillbaka från batteriet till panelen, vilket leder till följande problem:
Energiförlust: Ogiltig förbrukning av batterikraft;
Komponentuppvärmning: Återflödesström gör att temperaturen på batterikortet stiger, vilket påskyndar åldrandet av förpackningsmaterialet;
Brandrisk: Långvarig omvänd laddning kan orsaka ljusbågsurladdning inuti kopplingsdosan, vilket leder till brand.
2. Funktionsmekanism för anti omvänd laddningsdiod
Anti-backladdningsdioden är ansluten i serie i framåtriktningen till batterikortets utgång. Dess enkelriktade ledningsförmåga säkerställer att ström endast kan flöda från batterikortet till lasten eller batteriet, vilket helt blockerar den omvända strömvägen. Till exempel, i ett oberoende solcellssystem, kan en anslutning av en 1N5408 diod (tål spänning 800V, ström 3A) i serie med utgångsterminalen på en 100W solpanel effektivt förhindra återflödesströmmen från ett 24V batteri.
3. Utveckling av industrilösningar
Kontrollerintegration: Moderna solcellskontroller har i allmänhet inbyggda -antiomvänd laddningsfunktioner (som MPPT-kontroller), som uppnår förlustfri antireverserad laddning genom MOSFET-kopplingsrör, vilket förbättrar effektiviteten med mer än 3 % jämfört med traditionella diodlösningar.
Materialinnovation: Schottky-dioder av kiselkarbid (SiC) ersätter gradvis kisel-baserade dioder på grund av deras ultra-låga spänningsfall framåt (0,3V) och höga temperaturstabilitet (övergångstemperatur upp till 200 grader). Till exempel kan en viss tillverkares SiC-antiomvänd laddningsdiod fortfarande upprätthålla en omvandlingseffektivitet på 98 % vid 100 grader, vilket är 15 % högre än för kiseldioder.
3, De omfattande fördelarna med dioder i solcellssystem
1. Förbättring av kraftgenereringseffektiviteten
Genom att undvika hot spot-effekten genom bypass-dioder kan strömgenereringen av solcellsmoduler ökas med 20% -30% under delvis blockerade förhållanden. Med ett 1MW solcellskraftverk som exempel kan den årliga elproduktionen öka med 180 000 till 270 000 kWh. Räknat till ett pris av 0,5 yuan/kWh kan den årliga intäkten öka med 90 000 till 135 000 yuan.
2. Förlängd livslängd för systemet
Anti omvänd laddningsdiod kontrollerar temperaturökningen på batterikortet på natten inom 5 grader, vilket minskar åldringshastigheten för förpackningsmaterialet (EVA) med 50 % och förlänger livslängden för komponenten från 25 år till över 30 år.
3. Minska drift- och underhållskostnaderna
Den integrerade dioddesignen minskar frekvensen av manuella inspektioner. Till exempel minskar ett solcellskraftverk som använder en intelligent kopplingsdosa felfrekvensen för hotspot med 80 % jämfört med traditionella lösningar och minskar den genomsnittliga årliga drift- och underhållskostnaden med 0,02 yuan/W.
4, Industritrender och utmaningar
1. Riktning av teknisk uppgradering
Intelligent diod: integrerar temperatursensorer och drivkretsar för att uppnå real-tidsövervakning och dynamisk justering av diodövergångstemperaturen;
Användning av material med brett bandgap: GaN-dioder ger ultra-lågförlustlösningar för hög-solcellssystem över 600V på grund av deras pikosekunders omkopplingshastighet;
Modulär design: Integrering av dioder, säkringar och överspänningsskydd i miniatyrmoduler för att förenkla systemdesignen och förbättra tillförlitligheten.
2. Kostnadskontrollutmaningar
Trots den utmärkta prestandan hos SiC-dioder är deras kostnad fortfarande 3-5 gånger högre än för kiselbaserade enheter. Branschen minskar kostnaderna genom följande kanaler:
Produktion av 8-tums wafers: sänker kostnaden för SiC-diodchips med 40 %;
Acceleration av inhemsk substitution: Kinesiska tillverkare har uppnått en internationell marknadsandel på 40 % inom TVS-diodområdet, och det förväntas att lokaliseringsgraden för bypass-dioder kommer att överstiga 60 % år 2025.