Apakah keabnormalan yang boleh menyebabkan penuaan diod dalam sistem photovoltaic?

1, penyebab teknikal dan mekanisme fizikal penuaan diod
Penuaan diod adalah hasil daripada tindakan gabungan degradasi bahan dan tekanan haba elektrik, dan sebab terasnya termasuk:

Pengumpulan tegasan termal: Pelbagai suhu operasi modul fotovoltaik biasanya -40 darjah ke +85 darjah, tetapi suhu persimpangan diod pintasan mungkin melebihi 125 darjah apabila mereka berada dalam keadaan yang sedang dijalankan (seperti ketika berlorek). Persekitaran suhu tinggi jangka panjang akan mempercepatkan penyebaran kecacatan kekisi silikon, mengakibatkan penurunan voltan ke hadapan (VF) tahun demi tahun. Data eksperimen menunjukkan bahawa VF diod Schottky yang berjalan selama 5 tahun boleh meningkat dari 0.3V awal hingga 0.5V, dengan peningkatan 67% dalam kehilangan pengaliran.
Kejutan Tekanan Elektrik: Overvoltage sementara yang dihasilkan oleh serangan kilat dan operasi suis (seperti voltan puncak melebihi 100V dalam pengesan EL) boleh menyebabkan pecahan terminal PN diod, mengakibatkan kerosakan tersembunyi. Dalam kes loji kuasa fotovoltaik tertentu, 30% daripada diod pintasan mengalami lonjakan dalam kebocoran terbalik arus (IR) dari μ A hingga MA selepas serangan kilat, yang membawa kepada peningkatan yang ketara dalam risiko pelarian terma komponen.
Pengoksidaan dan Pencemaran Bahan: Apabila kotak persimpangan kurang dimeteraikan, pencerobohan wap air dapat mempercepatkan pengoksidaan pin diod, menyebabkan rintangan sentuhan (RC) meningkat dari milliohms ke ohm. Ujian makmal menunjukkan bahawa rintangan hubungan diod teroksida dapat meningkatkan rintangan siri (RS) komponen sebanyak 15% dan mengurangkan faktor pengisian (FF) sebanyak 8%.
2, Anomali Tahap Komponen: Dari Kerusuhan Kecekapan hingga Runaway Thermal
Kesan penuaan diod pada modul fotovoltaik secara langsung dicerminkan dalam kemerosotan parameter prestasi elektrik dan kegagalan pengurusan haba:

Kecekapan penjanaan kuasa yang menurun: Peningkatan penurunan voltan ke hadapan secara langsung akan meningkatkan kerugian konduksi. Mengambil arus 20A sebagai contoh, apabila VF meningkat dari 0.3V hingga 0.5V, penggunaan kuasa tiub tunggal meningkat dari 6W hingga 10W, mengakibatkan kerugian 4% dalam kuasa output komponen. Jika pelbagai diod dalam usia rentetan, kerugian kumulatif mungkin melebihi 10%.
The hot spot effect intensifies: an increase in reverse leakage current (Ir>10 μ A) akan menyebabkan sel -sel bateri yang terhalang terus memakan tenaga elektrik, mengakibatkan kenaikan suhu tempatan. Ujian medan menunjukkan bahawa diod dengan IR =50 μ A menyebabkan suhu sel bateri yang disekat menjadi 25 darjah lebih tinggi daripada biasa, mempercepatkan retak sel bateri dan penuaan bahan pembungkusan.
Risiko pembakaran kotak simpang: Peningkatan dua kali dalam rintangan sentuhan (RC) dan penurunan voltan konduksi (VF) boleh membawa kepada kitaran ganas: peningkatan RC menyebabkan pemanasan tempatan → suhu simpang diod meningkat → VF meningkat → pemanasan menjadi lebih teruk. Dalam kes stesen kuasa, diod dengan Rc =0.5 Ω dihasilkan 20W kehilangan haba pada semasa 20A, akhirnya menyalakan bahan penebat kotak persimpangan.
3, Anomali Tahap Sistem: Dari Rentetan Tidak Mismatch hingga Kekurangan Penjanaan Kuasa
Kesan penuaan diod pada sistem fotovoltaik akan dikuatkan melalui kesan cascading:

Rentetan Kerugian String: Diod penuaan mengakibatkan voltan litar terbuka yang hilang (VOC) substrings komponen, menyebabkan "langkah seperti" distorsi dalam lengkung I - V rentetan. Simulasi stesen kuasa fotovoltaik 1MW menunjukkan bahawa apabila 5% daripada umur diod pintasan, kehilangan kuasa maksimum (MPP) rentetan rentetan mencapai 3.2%, dan penjanaan kuasa tahunan berkurangan sekitar 28000 kWh.
Kecekapan penyongsang penurunan: turun naik dalam voltan output siri ini akan memaksa penyongsang untuk kerap menyesuaikan titik operasi, mengurangkan kecekapan penukaran. Data eksperimen menunjukkan bahawa apabila julat turun naik voltan berkembang dari ± 2% hingga ± 5%, kecekapan penyongsang berkurangan dari 98.5% hingga 97.2%.
Bahaya Keselamatan Side DC: Diod penuaan mungkin menimbulkan risiko arcing DC. Apabila diod terbuka litar, arus rentetan dipaksa melalui laluan lain (seperti kurungan logam), membentuk pelepasan arka. Siasatan ke atas kemalangan kebakaran mendapati bahawa litar terbuka diod di kotak persimpangan adalah penyebab langsung arka sisi DC.
4, Pengesanan dan Diagnosis: Dari Pemeriksaan Manual ke Pemantauan Pintar
Untuk menangani isu penuaan diod, sistem pengesanan tahap multi - perlu dibina:

Pengesanan pengimejan haba inframerah: Dengan menggunakan peranti pengimejan haba ketepatan - yang dipasang pada drone (seperti Zenith H30T, dengan resolusi 1280 × 1024), suhu yang tidak normal dalam kotak persimpangan dapat dikenalpasti. Pengukuran sebenar stesen kuasa tertentu menunjukkan bahawa suhu diod normal adalah 10-15 darjah lebih tinggi daripada persekitaran, manakala suhu diod penuaan mungkin lebih tinggi dengan lebih daripada 30 darjah.
Ujian Parameter Prestasi Elektrik: Gunakan penguji lengkung IV untuk mengumpul komponen i - V data dan cari diod yang rosak dengan menganalisis ciri "langkah". Sebagai contoh, litar pintas diod boleh menyebabkan kehilangan Sub String VOC, sementara diod penuaan boleh menyebabkan lereng langkah yang tidak normal.
Online monitoring system: Deploy intelligent junction boxes (such as integrated MSOP8 controller type ideal diodes) to monitor parameters such as Vf, Ir, Tc (junction temperature) in real-time. A demonstration project has reduced the detection time of diode faults from a monthly level to an hourly level by using threshold alarms (such as Vf>0.45V or Ir>5 μ A).
5, Strategi Respons: Dari Penggantian Pasif hingga Pencegahan Proaktif
Pengoptimuman Bahan dan Proses: Bahan bandgap yang luas (seperti SIC Schottky diod) dipilih, dengan VF serendah 0.2V dan rintangan suhu sehingga 175 darjah; Menggunakan teknologi kimpalan laser untuk mengurangkan rintangan hubungan, eksperimen telah menunjukkan bahawa kimpalan laser dapat mengurangkan RC sebanyak 80%.
Reka bentuk yang berlebihan: Diod sandaran selari disambungkan dalam kotak persimpangan, yang secara automatik beralih apabila diod utama gagal. Produk pengeluar tertentu mengurangkan kadar kegagalan dari 0.5%/tahun kepada 0.1%/tahun melalui reka bentuk diod dua.
Sistem Operasi dan Penyelenggaraan Pintar: Mewujudkan model ramalan hayat diod, dan hitung baki hayat berdasarkan data operasi seperti masa aliran semasa dan sejarah suhu persimpangan. Stesen kuasa tertentu telah memperluaskan kitaran penggantian diod dari 5 tahun hingga 7 tahun melalui analisis data besar, mengurangkan kos operasi dan penyelenggaraan sebanyak 30%.