Làm thế nào để xác định xem điốt trong hệ thống năng lượng mặt trời có bị hỏng không?

一, Vai trò cốt lõi và nguy cơ lỗi của điốt trong hệ thống năng lượng mặt trời
Các loại và chức năng của điốt
Diode bypass: được kết nối song song ở cả hai đầu của chuỗi pin, cung cấp đường dẫn thay thế cho dòng điện khi một số cell pin bị tắc nghẽn hoặc hỏng, tránh hiệu ứng điểm nhiệt (hư hỏng vĩnh viễn đối với cell pin do quá nhiệt cục bộ).
Diode chống sạc ngược: mắc nối tiếp giữa mảng quang điện và bộ điều khiển, giúp ngăn chặn tình trạng bộ pin xả ngược qua tấm quang điện vào ban đêm hoặc những ngày mưa, bảo vệ tuổi thọ của pin.
Đi-ốt chặn: được sử dụng trong các hệ thống song song nhiều chuỗi để ngăn dòng điện chạy ngược vào chuỗi có công suất thấp{0}}, đảm bảo mỗi chuỗi hoạt động độc lập.
Hậu quả điển hình của hư hỏng diode
Hiệu ứng điểm nhiệt ngày càng tăng: Sau khi diode bypass bị hỏng, các tế bào pin bị tắc tiếp tục chịu được điện áp ngược và nhiệt độ có thể tăng lên trên 200 độ, dẫn đến lão hóa vật liệu đóng gói và thậm chí bốc cháy.
Hệ thống giảm khả năng phát điện: Sự đoản mạch của diode chống sạc ngược có thể khiến bộ pin tự xả vào ban đêm, dẫn đến thất thoát hàng ngày lên tới 5%-10% điện năng.
Nguy cơ hư hỏng thiết bị: Việc chặn sự cố diode có thể gây ra hiện tượng lưu thông giữa các dây, cháy đầu nối hoặc cáp.
2, Biểu hiện trực quan và đánh giá sơ bộ hư hỏng diode
1. Phát hiện bất thường về ngoại hình
Dấu hiệu ăn mòn: Bề mặt của một diode bình thường nhẵn, nhưng sau khi hư hỏng, có thể xuất hiện các vết cháy đen, vết nứt hoặc nóng chảy của pin (như trong Hình 1). Ví dụ, một hệ thống quang điện 5kW gặp phải các vết cacbon hóa ở đầu nối do sự cố của điốt rẽ nhánh.
Biến dạng bao bì: Nhiệt độ cao gây ra sự giãn nở của nhựa epoxy hoặc bao bì nhựa, thường thấy trong các trường hợp quá tải dài hạn hoặc ngắn mạch.
Thay đổi màu sắc: Điốt chất liệu silicon sẽ chuyển từ màu đen sang màu trắng xám ở nhiệt độ cao, có thể nhận biết bằng cách so sánh các linh kiện trong cùng một lô.
2 Bất thường về hiệu suất hệ thống
Điện áp dây không cân bằng: Dùng đồng hồ vạn năng để đo điện áp mạch hở của từng dây. Nếu điện áp của một chuỗi thấp hơn đáng kể so với các chuỗi khác (chẳng hạn như thấp hơn 10% so với giá trị định mức), thì đó có thể là do sự dẫn truyền của diode bypass bị lỗi.
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), nó chỉ ra rằng diode chống sạc ngược bị đoản mạch.
Nhiệt độ bất thường: Thiết bị chụp ảnh nhiệt hồng ngoại phát hiện nhiệt độ bề mặt của diode. Nhiệt độ hoạt động bình thường phải dưới 85 độ. Nếu nhiệt độ cục bộ vượt quá 120 độ, phải dừng máy ngay lập tức để kiểm tra.
3, Phương pháp phát hiện hư hỏng diode chuyên nghiệp
1 Phát hiện ngoại tuyến (lỗi nguồn hệ thống)
Kiểm tra giảm áp suất dương:
Đặt đồng hồ vạn năng ở chế độ diode (hoặc chế độ 2V DC).
Nối cực dương với cực dương của diode và cực âm với cực âm và ghi lại độ sụt điện áp thuận (VF).
Normal silicon diode VF should be 0.5-0.7V, and Schottky diode VF should be 0.2-0.4V. If VF>1V hoặc hiển thị OL (mạch hở), nó cho biết diode đang hở mạch; Nếu VF<0.1V, there may be a short circuit caused by breakdown.
Kiểm tra dòng rò ngược:
Sử dụng đồng hồ vạn năng có độ chính xác cao-(chẳng hạn như Fluke 87V) trong phạm vi μ A.
Kết nối ngược diode (cực dương nối với cực âm và cực âm nối với cực dương) và đặt điện áp ngược (chẳng hạn như 20V).
Dòng rò ngược thông thường của diode phải nhỏ hơn 1 μ A. Nếu nó lớn hơn 10 μ A, điều đó cho thấy hiệu suất cách điện giảm.
2 Phát hiện trực tuyến (hệ thống được cấp năng lượng)
Giám sát dòng điện động:
Sử dụng máy hiện sóng để ghi lại dạng sóng điện áp trên diode.
Diode bypass bình thường ở trạng thái cắt ngược khi dây bình thường và điện áp gần với điện áp mạch hở của dây; Khi dây bị cản trở, diode dẫn theo chiều thuận và điện áp giảm xuống xung quanh VF.
Nếu dạng sóng cho thấy sự dao động dòng điện rò liên tục về phía trước hoặc ngược lại, điều đó cho thấy sự trôi dạt tham số của diode.
Định vị hình ảnh nhiệt hồng ngoại:
Quét khu vực diode bằng thiết bị chụp ảnh nhiệt hồng ngoại khi có đủ ánh sáng mặt trời.
Nhiệt độ diode bình thường phải gần với các thành phần xung quanh. Nếu nhiệt độ cục bộ cao hơn 20 độ, nó có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt do tăng tổn thất dẫn điện.
4, Phân tích nguyên nhân gốc rễ và các biện pháp phòng ngừa hư hỏng diode
1 Nguyên nhân hư hỏng thường gặp
Tăng điện áp quá mức: Sét đánh hoặc dao động của lưới điện khiến điện áp ngược của diode vượt quá giá trị định mức (chẳng hạn như khi VRRM của 1N4007 là 1000V, cần có biên độ 20% để sử dụng thực tế).
Quá dòng và quá nhiệt: Việc kết nối chuỗi không đúng cách khiến một số điốt mang dòng điện quá mức trong một thời gian dài (chẳng hạn như khi dòng điện thiết kế là 10A, nhưng thực tế nó lại chạy qua 15A).
Lỗi sản xuất: vết hàn ảo hoặc vết nứt chip ở lớp kim loại hóa bên trong của diode, rất khó phát hiện ở giai đoạn đầu và dần dần hỏng sau khi vận hành.
Ăn mòn môi trường: Ở các khu vực ven biển hoặc có độ ẩm cao, quá trình oxy hóa chân diode dẫn đến tăng điện trở tiếp xúc và tăng tốc độ lão hóa do nhiệt độ cục bộ tăng.
2 Chiến lược phòng ngừa và bảo trì
Tối ưu hóa lựa chọn:
Dòng điện định mức của điốt rẽ nhánh phải lớn hơn hoặc bằng 1,25 lần dòng điện ngắn mạch-của chuỗi và điện áp ngược phải lớn hơn hoặc bằng 1,5 lần điện áp tối đa của hệ thống.
Nên chọn đi-ốt chống sạc ngược là loại VF thấp (chẳng hạn như SB5100, VF=0.45V) để giảm mức tiêu thụ điện năng vào ban đêm.
Thông số kỹ thuật cài đặt:
Chiều dài của dây kết nối giữa diode và chuỗi pin phải nhỏ hơn 30 cm để giảm độ tự cảm ký sinh.
The installation surface of the heat sink should be flat and coated with thermal conductive silicone grease (thermal conductivity>2W/m · K) để đảm bảo khả năng chịu nhiệt<1 ℃/W.
Kiểm tra thường xuyên:
Quét các điốt chính bằng thiết bị chụp ảnh nhiệt hồng ngoại mỗi quý và lập hồ sơ nhiệt độ.
Conduct offline testing once a year to replace components with VF deviation>10% hoặc dòng rò vượt quá tiêu chuẩn.
5, Nghiên cứu điển hình: Khắc phục sự cố diode trong hệ thống quang điện 10kW
1. Hiện tượng lỗi
Sau 3 năm vận hành hệ thống, sản lượng điện phát ra giảm 15% so với cùng kỳ, điện áp bộ pin ban đêm giảm từ 51,2V xuống 49,8V.

2. Quá trình điều tra
Kiểm tra bề ngoài: Phát hiện bao bì của diode bypass ở dây 2 hơi phồng lên và có dấu vết oxy hóa trên các chân cắm.
Kiểm tra ngoại tuyến:
Thử nghiệm sụt áp chuyển tiếp cho thấy VF=1.2V (giá trị bình thường 0,6V), cho thấy điện trở tăng.
Kiểm tra dòng rò ngược là 5 μ A (giá trị bình thường<1 μ A), and the insulation performance decreases.
Xác minh cấp hệ thống:
Sau khi thay diode bị lỗi, điện áp dây 2 trở về mức như các dây còn lại (36,5V).
Vào ban đêm, điện áp của bộ pin vẫn ổn định ở mức 51,0V, sản lượng điện phát ra tăng lên 98% giá trị thiết kế.
Phân tích nguyên nhân gốc rễ
Lựa chọn không đúng: Dòng điện định mức ban đầu của đi-ốt là 8A, nhưng dòng điện ngắn mạch-thực tế của chuỗi đạt tới 10A, điều này làm tăng tốc độ lão hóa do quá tải-trong thời gian dài.
Tản nhiệt không đủ: Không lắp đặt tản nhiệt, nhiệt độ tiếp giáp diode vượt quá 125 độ trong một thời gian dài.