Как определить, повреждены ли диоды в солнечной энергосистеме?

一, Основная роль и риск неисправности диодов в системах солнечной энергии.
Виды и функции диодов
Байпасный диод: подключен параллельно на обоих концах аккумуляторной батареи, обеспечивая альтернативный путь для тока, когда некоторые элементы батареи заблокированы или выходят из строя, избегая точечного теплового эффекта (необратимого повреждения элементов батареи, вызванного локальным перегревом).
Диод защиты от обратного заряда: подключен последовательно между фотоэлектрической матрицей и контроллером, он предотвращает обратный разряд аккумуляторной батареи через фотоэлектрическую панель в ночное время или в дождливые дни, продлевая срок службы батареи.
Блокирующий диод: используется в многопоследовательных параллельных системах для предотвращения обратного тока тока в ряды малой-мощности, обеспечивая независимую работу каждой серии.
Типичные последствия повреждения диода
Усиливается эффект теплового пятна: после выхода из строя байпасного диода заблокированные элементы батареи продолжают выдерживать обратное напряжение, а температура может подняться выше 200 градусов, что приводит к старению упаковочного материала и даже возгоранию.
Снижение выработки электроэнергии системой: Короткое замыкание диода, препятствующего обратной зарядке, может привести к саморазряду аккумуляторной батареи в ночное время, что приведет к ежедневным потерям до 5–10 % электроэнергии.
Риск повреждения оборудования: пробой блокирующего диода может привести к циркуляции между струнами, возгоранию разъемов или кабелей.
2. Визуальное проявление и предварительное суждение о повреждении диода.
1. Обнаружение отклонений внешнего вида
Следы эрозии: Поверхность обычного диода гладкая, но после повреждения могут появиться черные поджоги, трещины или оплавление штифта (как показано на рисунке 1). Например, в фотоэлектрической системе мощностью 5 кВт на разъеме появились следы обугливания из-за поломки байпасного диода.
Деформация упаковки. Высокая температура приводит к расширению эпоксидной смолы или пластиковой упаковки, что обычно наблюдается при длительной-перегрузке или коротком замыкании.
Изменение цвета: диоды из кремниевого материала меняют цвет с черного на серо-белый при высоких температурах, что можно определить путем сравнения компонентов из одной партии.
2 Нарушения производительности системы
Несбалансированное напряжение струны: используйте мультиметр для измерения напряжения холостого хода каждой струны. Если напряжение одной цепочки значительно ниже напряжения других цепочек (например, более чем на 10 % ниже номинального значения), это может быть связано с нарушением проводимости шунтирующего диода.
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 (>0,1 А), это означает, что диод защиты от обратного заряда закорочен.
Аномальный нагрев: инфракрасное тепловизионное устройство определяет температуру поверхности диода. Нормальная рабочая температура должна быть ниже 85 градусов. Если местная температура превышает 120 градусов, машину следует немедленно остановить для проверки.
3. Профессиональные методы обнаружения повреждения диода.
1 Обнаружение автономного режима (сбой питания системы)
Положительное испытание на падение давления:
Установите мультиметр в диодный режим (или режим 2 В постоянного тока).
Подсоедините положительный полюс к аноду диода, а отрицательный полюс к катоду и запишите прямое падение напряжения (VF).
Normal silicon diode VF should be 0.5-0.7V, and Schottky diode VF should be 0.2-0.4V. If VF>1 В или отображает OL (разомкнутая цепь), это указывает на то, что диод разомкнут; Если ВФ<0.1V, there may be a short circuit caused by breakdown.
Проверка обратного тока утечки:
Используйте высокоточный-мультиметр (например, Fluke 87V) в диапазоне мкА.
Обратно подключите диод (положительный полюс подключен к катоду, а отрицательный полюс подключен к аноду) и подайте обратное напряжение (например, 20 В).
Нормальный обратный ток утечки диода должен быть менее 1 мкА. Если он больше 10 мкА, это указывает на снижение характеристик изоляции.
2 Онлайн-обнаружение (система под напряжением)
Динамический текущий мониторинг:
С помощью осциллографа зафиксируйте форму сигнала напряжения на диоде.
Обычный байпасный диод находится в состоянии обратного отключения, когда цепочка в норме, а напряжение близко к напряжению разомкнутой цепи цепочки; Когда струна заблокирована, диод проводит ток в прямом направлении, и напряжение падает примерно до VF.
Если форма сигнала показывает непрерывные колебания тока прямой проводимости или обратного тока утечки, это указывает на дрейф параметров диода.
Инфракрасное тепловизионное позиционирование:
Сканируйте область диода с помощью инфракрасного тепловизора при достаточном солнечном свете.
Нормальная температура диода должна быть близка к температуре окружающих компонентов. Если местная температура превышает 20 градусов, это может привести к перегреву из-за увеличения потерь проводимости.
4. Анализ первопричин и профилактические меры повреждения диодов.
1 Распространенные причины поломок
Скачки перенапряжения: удары молнии или колебания сети приводят к тому, что обратное напряжение диода превышает номинальное значение (например, когда VRRM 1N4007 составляет 1000 В, для фактического использования требуется запас в 20%).
Перегрузка по току и перегрев. Неправильное согласование цепочек приводит к тому, что некоторые диоды пропускают чрезмерный ток в течение длительного времени (например, когда расчетный ток составляет 10 А, но на самом деле он течет 15 А).
Производственные дефекты: виртуальная пайка или микротрещины внутреннего слоя металлизации диода, которые трудно обнаружить на начальном этапе и постепенно выходят из строя после эксплуатации.
Коррозия под воздействием окружающей среды. В прибрежных зонах или районах с высокой влажностью окисление контактов диода приводит к увеличению контактного сопротивления и ускоренному старению из-за местного повышения температуры.
2 Стратегии профилактики и обслуживания
Оптимизация выбора:
Номинальный ток байпасного диода должен быть больше или равен 1,25-кратному току короткого замыкания цепи, а обратное напряжение должно быть больше или равно 1,5-кратному максимальному напряжению системы.
Диод против обратного заряда следует выбирать с низким напряжением напряжения (например, SB5100, VF=0.45V), чтобы снизить энергопотребление в ночное время.
Характеристики установки:
Длина соединительного провода между диодом и аккумуляторной батареей должна быть менее 30 см, чтобы уменьшить паразитную индуктивность.
The installation surface of the heat sink should be flat and coated with thermal conductive silicone grease (thermal conductivity>2Вт/м·К) для обеспечения термического сопротивления<1 ℃/W.
Регулярное тестирование:
Раз в квартал сканируйте ключевые диоды инфракрасным тепловизором и устанавливайте температурные рекорды.
Conduct offline testing once a year to replace components with VF deviation>10% или ток утечки превышает стандартный.
5. Практический пример: Устранение неисправностей диодов в фотоэлектрической системе мощностью 10 кВт.
1. Явление неисправности
После 3 лет работы системы выработка электроэнергии снизилась на 15% по сравнению с тем же периодом, а напряжение ночного аккумуляторного блока упало с 51,2В до 49,8В.

2. Процесс расследования
Проверка внешнего вида: Обнаружено, что упаковка байпасного диода в цепочке 2 слегка вздута, а на выводах имеются следы окисления.
Офлайн-тестирование:
Тест на прямое падение напряжения показывает VF=1.2В (нормальное значение 0,6В), что указывает на увеличение сопротивления во включенном состоянии.
Проверка обратного тока утечки составляет 5 мкА (нормальное значение).<1 μ A), and the insulation performance decreases.
Проверка на уровне системы:
После замены неисправного диода напряжение второй струны вернулось на тот же уровень, что и остальные струны (36,5В).
Ночью напряжение аккумуляторной батареи оставалось стабильным на уровне 51,0 В, а выработка электроэнергии возрастала до 98% от расчетной.
Анализ первопричин
Неправильный выбор: первоначальный номинальный ток диода составлял 8 А, но фактический ток короткого-замыкания цепи достиг 10 А, что ускорило старение из-за длительной-перегрузки.
Недостаточное рассеивание тепла: радиатор не установлен, температура диодного перехода превышает 125 градусов в течение длительного времени.