چرا پنل های خورشیدی به دیودهای بای پس نیاز دارند؟

一، اثر نقطه داغ: "قاتل نامرئی" سیستم های فتوولتائیک
1. مکانیسم تشکیل اثر نقطه داغ
هنگامی که یک یا گروهی از سلول های خورشیدی در یک پنل خورشیدی به دلیل انسداد (مانند برگ ها، فضولات پرندگان، سایه های ساختمان)، آلودگی یا آسیب نتوانند الکتریسیته تولید کنند، مقاومت داخلی آن به شدت افزایش می یابد و به یک "بار" در مدار سری تبدیل می شود. در این مرحله، جریان تولید شده توسط سایر سلول‌های باتری با عملکرد عادی به عبور از ناحیه معیوب ادامه می‌دهد و باعث می‌شود دمای محلی به سرعت به بالای 200 درجه برسد و یک "نقطه داغ" را تشکیل دهد. این دمای بالا نه تنها پیر شدن مواد سلول باتری را تسریع می کند، بلکه ممکن است باعث سوختن قطعاتی مانند جعبه های اتصال و صفحات پشتی و حتی آتش سوزی شود.
2. واکنش زنجیره ای اثر نقطه داغ
اتلاف برق: راندمان تولید برق سلول های خورشیدی در ناحیه هات اسپات به صفر می رسد و انرژی سایر سلول های خورشیدی معمولی را مصرف می کند و در نتیجه 10٪ -30٪ در توان خروجی کل قطعه کاهش می یابد.
تخریب مواد: دماهای بالا باعث تجزیه فیلم EVA، صفحه پشتی و سایر مواد، آزاد شدن گازهای مضر و کاهش طول عمر قطعات می شود.
خطر سقوط سیستم: در نیروگاه های فتوولتائیک بزرگ، اثر نقطه داغ ممکن است باعث خرابی های آبشاری شود که منجر به خاموش شدن کل آرایه شود.
2، دیود بای پس: راه حل نهایی برای اثر نقطه داغ
1. اصل کار: "شنت هوشمند" برای جریان
دیود بای پس معمولاً به صورت موازی معکوس در هر دو انتهای رشته باتری متصل می شود و عملکرد اصلی آن دستیابی به سوئیچینگ هوشمند مسیر جریان از طریق هدایت دینامیکی و قطع است.
حالت عادی کار: زمانی که تمام سلول های باتری به طور عادی برق تولید می کنند، دیود در حالت قطع معکوس است و هیچ تاثیری بر مدار ندارد.
حالت خطا: هنگامی که یک سری از سلول های باتری مسدود یا آسیب می بینند و باعث می شود ولتاژ بایاس معکوس از آستانه فراتر رود، دیود در جهت جلو هدایت می شود، ناحیه خطا را اتصال کوتاه می کند و باعث می شود جریان سلول های باتری معیوب را دور بزند و از طریق دیود به بار وارد شود.
حالت بازیابی: پس از رفع انسداد یا رفع عیب، دیود به طور خودکار به حالت قطع باز می گردد و قطعه تولید برق عادی را از سر می گیرد.
2. پارامترهای فنی کلیدی
ولتاژ هدایت رو به جلو: به دلیل مشخصه نیمه تماس طلایی، ولتاژ هدایت دیودهای شاتکی به 0.2-0.4V کاهش می یابد، بسیار کمتر از 0.6-0.8V دیودهای اتصال PN، که می تواند به طور قابل توجهی گرمایش خود را کاهش دهد.
ولتاژ شکست معکوس: برای جلوگیری از خرابی{1} ولتاژ بالا، باید بیشتر از 1.2 برابر ولتاژ مدار باز رشته باتری باشد.
ضریب مقاومت حرارتی: طراحی مقاومت حرارتی پایین (مانند بسته بندی سرامیکی) می تواند اتلاف گرما را تسریع کند و از خرابی دیود به دلیل دمای بالا جلوگیری کند.
سرعت پاسخ: زمان پاسخ سوئیچینگ دیودهای شاتکی کمتر از 10 ثانیه است که می تواند به سرعت به ضربه های گذرا نقطه حرارتی پاسخ دهد.
3. سناریوهای کاربردی معمولی
سیستم فتوولتائیک سقف: انسداد مکرر ناشی از برگ ها، برف و غیره، دیودهای بای پس می تواند مانع از انسداد موضعی شود که باعث از کار افتادن کل رشته باتری ها شود.
نیروگاه فتوولتائیک کشاورزی: ​​رشد محصول ممکن است مانع از پانل های خورشیدی شود و دیودها می توانند تداوم تولید برق را حفظ کنند.
نیروگاه فتوولتائیک بیابانی: تجمع گرد و غبار به راحتی می تواند باعث ایجاد نقاط داغ شود و دیودها می توانند قطعات را از آسیب دمای بالا محافظت کنند.
3، استانداردهای صنعت و استانداردهای آزمایش: اطمینان از قابلیت اطمینان دیودهای بای پس
1. سیستم استاندارد بین المللی
IEC 62979:2017: «آزمایش فرار حرارتی» را برای دیودهای بای‌پس تعریف می‌کند، که مستلزم آن است که دیود 1.25 برابر جریان اتصال کوتاه به مدت 1 ساعت در یک محیط با دمای بالا 90 درجه مقاومت کند و سپس فوراً به حالت بایاس معکوس تغییر مکان دهد تا اطمینان حاصل شود که دمای اتصال به افزایش نمی‌یابد.
IEC 61215: مقرر شده است که دیودها باید تحت آزمایش‌های سازگاری محیطی مانند "تست انجماد مرطوب" و "آزمایش چرخه حرارتی" قرار گیرند تا قابلیت اطمینان آنها در دماهای شدید از -40 درجه تا+85 درجه تأیید شود.
2. حالت های شکست و اقدامات حفاظتی
دلایل خرابی: خرابی دیود ناشی از دمای بالا و جریان بالا، فرار حرارتی ناشی از جریان نشتی معکوس، و جدا شدن اتصال لحیم کاری ناشی از تنش مکانیکی.
طرح حفاظتی:
طراحی اضافی: دیودهای پشتیبان موازی در جعبه اتصال متصل می شوند که در صورت از کار افتادن دیود اصلی به طور خودکار تغییر می کنند.
نظارت هوشمند: نظارت بر زمان واقعی دمای محل اتصال دیود از طریق سنسورهای دما، هشدارهای راه اندازی یا قطع برق خودکار.
ارتقاء مواد: با استفاده از دیودهای کاربید سیلیکون (SiC)، مقاومت دما به بیش از 200 درجه بهبود یافته است و طول عمر آن تا 20 سال افزایش یافته است.
4، روند بازار: از حفاظت غیرفعال تا بهینه سازی فعال
1. رشد انفجاری تقاضا
بر اساس پیش بینی های صنعت، انتظار می رود تقاضای جهانی برای دیودهای بای پس فتوولتائیک تا سال 2025 به 3.6 میلیارد واحد برسد و تا سال 2026 از 4 میلیارد واحد فراتر رود. به عنوان بزرگترین تولید کننده ماژول های فتوولتائیک در جهان، حجم صادرات چین در سال 2024 به 238.8 گیگاوات رسید که موجب افزایش مداوم بازار دیود می شود.
2. جهت تکرار فنی
دیود بازسازی هوشمند: کنترل شده توسط MCU، به صورت دینامیکی آستانه هدایت دیود را برای بهینه سازی راندمان تولید برق در شرایط محافظ تنظیم کنید.
طراحی یکپارچه: ادغام دیودها با جعبه های اتصال و اتصالات برای کاهش حجم و هزینه قطعات.
فرآیند بدون سرب: مطابق با استانداردهای RoHS، کاهش خطرات آلودگی زیست محیطی.
3. تجزیه و تحلیل هزینه فایده
با در نظر گرفتن یک نیروگاه فتوولتائیک 100 مگاواتی به عنوان مثال، پیکربندی دیودهای بای پس می تواند تلفات برق ناشی از نقاط حرارتی را از 15٪ به زیر 3 کاهش دهد، تولید برق سالانه را حدود 12 میلیون کیلووات ساعت افزایش دهد و دوره بازپرداخت تنها 2-3 سال داشته باشد.