Tại sao các tấm pin mặt trời cần điốt bypass?

一, Hiệu ứng điểm nóng: 'kẻ giết người vô hình' của hệ thống quang điện
1. Cơ chế hình thành hiệu ứng điểm nóng
Khi một hoặc một nhóm pin mặt trời trong tấm pin mặt trời không thể tạo ra điện do vật cản (chẳng hạn như lá cây, phân chim, bóng tòa nhà), ô nhiễm hoặc hư hỏng, điện trở trong của nó sẽ tăng mạnh, trở thành "tải" trong mạch nối tiếp. Tại thời điểm này, dòng điện do các tế bào pin hoạt động bình thường khác tạo ra sẽ tiếp tục đi qua vùng bị lỗi, khiến nhiệt độ cục bộ tăng nhanh trên 200 độ, tạo thành "điểm nóng". Nhiệt độ cao này không chỉ làm tăng tốc độ lão hóa của vật liệu pin mà còn có thể khiến các bộ phận như hộp nối và tấm ốp lưng bị cháy, thậm chí dẫn đến hỏa hoạn.
2. Phản ứng dây chuyền hiệu ứng điểm nóng
Mất điện: Hiệu suất phát điện của pin mặt trời tại khu vực điểm nóng giảm xuống 0 và sẽ tiêu thụ năng lượng của các pin mặt trời thông thường khác, dẫn đến công suất đầu ra của toàn bộ linh kiện giảm 10% -30%.
Suy thoái vật liệu: Nhiệt độ cao gây ra sự phân hủy của màng EVA, tấm ốp lưng và các vật liệu khác, giải phóng khí độc hại và rút ngắn tuổi thọ của các bộ phận.
Rủi ro sự cố hệ thống: Trong các nhà máy quang điện lớn, hiệu ứng điểm nóng có thể gây ra sự cố xếp tầng, dẫn đến việc tắt toàn bộ dãy.
2, Diode bypass: giải pháp tối ưu cho hiệu ứng điểm nóng
1. Nguyên lý làm việc: "Sóng thông minh" cho dòng điện
Diode bypass thường được kết nối song song ngược ở cả hai đầu của chuỗi pin và chức năng cốt lõi của nó là đạt được sự chuyển đổi thông minh của đường dẫn hiện tại thông qua dẫn động và cắt:
Trạng thái làm việc bình thường: Khi tất cả các cell pin đều phát điện bình thường thì diode ở trạng thái cắt ngược và không có tác động gì đến mạch điện.
Trạng thái lỗi: Khi hàng loạt cell pin bị cản trở hoặc hư hỏng khiến điện áp phân cực ngược vượt quá ngưỡng, diode dẫn điện thuận, làm đoản mạch vùng sự cố và khiến dòng điện đi qua các cell pin bị lỗi và chạy đến tải qua diode.
Trạng thái phục hồi: Sau khi loại bỏ tắc nghẽn hoặc loại bỏ lỗi, diode sẽ tự động trở về trạng thái cắt và bộ phận sẽ tiếp tục phát điện bình thường.
2. Các thông số kỹ thuật chính
Điện áp dẫn thuận: Do đặc tính tiếp xúc nửa vàng nên điện áp dẫn của điốt Schottky giảm xuống 0,2-0,4V, thấp hơn nhiều so với 0,6-0,8V của điốt tiếp giáp PN, điều này có thể làm giảm đáng kể khả năng tự sưởi ấm.
Điện áp đánh thủng ngược: Cần phải lớn hơn 1,2 lần điện áp mạch hở của chuỗi pin để tránh đánh thủng điện áp cao.
Hệ số kháng nhiệt: Thiết kế điện trở nhiệt thấp (chẳng hạn như bao bì bằng gốm) có thể đẩy nhanh quá trình tản nhiệt và tránh hỏng diode do nhiệt độ cao.
Tốc độ phản hồi: Thời gian phản hồi chuyển mạch của điốt Schottky nhỏ hơn 10ns, có thể phản ứng nhanh chóng với các tác động nhất thời của điểm nhiệt.
3. Các kịch bản ứng dụng điển hình
Hệ thống quang điện trên mái nhà: thường xuyên bị tắc nghẽn do lá cây, tuyết, v.v., điốt bypass có thể ngăn chặn tắc nghẽn cục bộ khiến toàn bộ chuỗi pin bị hỏng.
Nhà máy quang điện nông nghiệp: Cây trồng phát triển có thể cản trở các tấm pin mặt trời và điốt có thể duy trì tính liên tục của việc phát điện.
Nhà máy quang điện sa mạc: Bụi tích tụ có thể dễ dàng gây ra các điểm nóng và điốt có thể bảo vệ các bộ phận khỏi hư hỏng ở nhiệt độ cao.
3, Tiêu chuẩn ngành và tiêu chuẩn thử nghiệm: Đảm bảo độ tin cậy của điốt bypass
1. Hệ thống tiêu chuẩn quốc tế
IEC 62979:2017: định nghĩa "thử nghiệm thoát nhiệt" cho điốt rẽ nhánh, yêu cầu điốt phải chịu được dòng điện ngắn mạch- gấp 1,25 lần trong 1 giờ ở môi trường nhiệt độ cao 90 độ, sau đó chuyển ngay sang trạng thái phân cực ngược để đảm bảo rằng nhiệt độ điểm nối không tiếp tục tăng.
IEC 61215: Người ta quy định rằng điốt phải trải qua các thử nghiệm về khả năng thích ứng với môi trường như "thử nghiệm đóng băng ướt" và "thử nghiệm chu trình nhiệt" để xác minh độ tin cậy của chúng ở nhiệt độ khắc nghiệt từ -40 độ đến +85 độ.
2. Các dạng hư hỏng và biện pháp bảo vệ
Nguyên nhân hư hỏng: hỏng diode do nhiệt độ cao và dòng điện cao, thoát nhiệt do dòng rò ngược và bong mối hàn do ứng suất cơ học.
Kế hoạch bảo vệ:
Thiết kế dự phòng: Các diode dự phòng song song được kết nối trong hộp nối, tự động chuyển mạch khi diode chính bị hỏng.
Giám sát thông minh: Giám sát thời gian thực nhiệt độ điểm nối diode thông qua cảm biến nhiệt độ, kích hoạt cảnh báo hoặc mất điện tự động.
Nâng cấp vật liệu: Sử dụng điốt silicon cacbua (SiC), khả năng chịu nhiệt độ đã được cải thiện lên hơn 200 độ và tuổi thọ được kéo dài lên 20 năm.
4, Xu hướng thị trường: Từ bảo vệ thụ động đến tối ưu hóa chủ động
1. Nhu cầu tăng trưởng bùng nổ
Theo dự đoán của ngành, nhu cầu toàn cầu về điốt quang điện vòng quanh dự kiến ​​sẽ đạt 3,6 tỷ chiếc vào năm 2025 và vượt 4 tỷ chiếc vào năm 2026. Là nhà sản xuất mô-đun quang điện lớn nhất thế giới, khối lượng xuất khẩu của Trung Quốc đạt 238,8GW vào năm 2024, thúc đẩy sự mở rộng liên tục của thị trường điốt quang điện.
2. Hướng lặp lại kỹ thuật
Diode tái tạo thông minh: Được điều khiển bởi MCU, tự động điều chỉnh ngưỡng dẫn của diode để tối ưu hóa hiệu suất phát điện trong điều kiện che chắn.
Thiết kế tích hợp: Tích hợp điốt với hộp nối và đầu nối để giảm khối lượng và giá thành linh kiện.
Quy trình không chì: tuân thủ tiêu chuẩn RoHS, giảm thiểu rủi ro ô nhiễm môi trường.
3. Phân tích lợi ích chi phí
Lấy một nhà máy quang điện 100MW làm ví dụ, việc cấu hình điốt rẽ nhánh có thể giảm tổn thất điện năng do các điểm nhiệt gây ra từ 15% xuống dưới 3%, tăng sản lượng điện hàng năm khoảng 12 triệu kWh và có thời gian hoàn vốn chỉ 2-3 năm.