旁路二極體
避免熱斑效應的電子元件
旁路二極體是指在電池組件中反向並聯於太陽能硅電池片組的兩端二極體,能夠有效地防止硅電池片因熱斑效應而燒毀,是光伏太陽能組件的重要組成部分。是為了防止太陽能電池在強光下由於遮擋造成其中一些因為得不到光照而成為負載產生嚴重發熱受損。一般用在單晶硅和多晶硅光伏(PV)面板的旁路二極體中,在出現低分流和高分流阻抗時,保護過熱點的光伏電池。但旁路二極體的引入,也會導致遮蔽情況下光伏陣列的P-U曲線呈現多峰特性,在旁路二極體的基礎上也發展來了智能重構旁路二極體,也進行了詳細介紹。
一串聯支路中被遮蔽的太陽電池組件,將被當作負載消耗其他有光照的太陽電池組件所產生的能量。被遮蔽的太陽電池組件此時會發熱,這就是熱斑效應。這種效應能嚴重的破壞太陽電池。有光照的太陽電池所產生的部分能量,都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽電池由於熱斑效應而遭受破壞,最好在太陽電池組件的正負極間並聯一個旁路二極體,以避免光照組件所產生的能量被受遮蔽的組件所消耗。
當電池片出現熱斑效應不能發電時,起旁路作用,讓其它電池片所產生的電流從二極體流出,使太陽能發電系統繼續發電,不會因為某一片電池片出現問題而產生髮電電路不通的情況。
1、耐壓容量為最大反向工作電壓的兩倍;
2、電流容量為最大反向工作電流的兩倍;
3、結溫溫度應高於實際結溫溫度;
4、熱阻小;
5、壓降小;
Tj=Tcase + R*U*I其中R為熱阻係數,由二極體廠家給出,Tcase是二極體表面溫度(用熱電偶測出),U是二極體兩端壓降(實測值),I為組件短路電流。計算出的Tj不能超過二極體規格書上的結溫範圍。
當電池片正常工作時,旁路二極體反向截止,對電路不產生任何作用;若與旁路二極體並聯的電池片組存在一個非正常工作的電池片時,整個線路電流將由最小電流電池片決定,而電流大小由電池片遮蔽面積決定,若反偏壓高於電池片最小電壓時,旁路二極體導通,此時,非正常工作電池片被短路。
1、旁路二極體電流容量最小應為:
I=4.73×2=8.46A
2、選用10SQ030型二極體
最大返偏電壓為:VRRM=30vIAV=10AVF=0.55V
TJ=-55-200℃
3、耐壓容量為30Ⅴ的旁路二極體最多可保護125×125電池片數目為:
N=30/(2×0.513)≈29.24
即最多可保護29片125×125電池片;
4、旁路二極體截止狀態時存在反向電流,即暗電流,一般小於0.2微安;
原則上每個電池片應並聯一個旁路二極體,以便更好保護並減少在非正常狀態下無效電池片數目,但因為旁路二極體價格成本的影響和暗電流損耗以及工作狀態下壓降的存在,對於硅電池,每十五個電池片可並聯一個旁路二極體為最佳。
Bypass diodes are not needed on 12 volt systems, optional on 24 volt, and should always be used on 36 volt or higher systems
遮蔽一個電池片與遮蔽兩塊電池片各一半的效果不同,所以遮蔽不可避免時,盡量使遮蔽儘可能多的電池,每個電池儘可能少的陰影。
幾乎在所有的電子電路中,都要用到半導體二極體,它在許多的電路中起著重要的作用,它是誕生最早的半導體器件之一,其應用也非常廣泛。