近年來(lái)，隨著采用高效新技術(shù)的高光電轉(zhuǎn)換效率、高發(fā)電量的光伏組件成為市場(chǎng)主流產(chǎn)品，對(duì)于光伏組件的接線盒旁路二極管 ( 下文簡(jiǎn)稱為“二極管”) 等關(guān)鍵零部件提出了更高要求。
在整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，接線盒作為光伏組件的重要組成部分，主要作用是將光伏組件產(chǎn)生的電力與外部線路連接，傳導(dǎo)產(chǎn)生的電流，其質(zhì)量是否可靠，直接關(guān)系到光伏組件發(fā)電的穩(wěn)定性與連續(xù)性。
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在實(shí)際光伏發(fā)電系統(tǒng)中可能因靜電引起二極管擊穿，從而造成接線盒和光伏組件燒毀。
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雷電感應(yīng)過(guò)電壓會(huì)導(dǎo)致光伏組件二極管擊穿，但需要出現(xiàn)足夠大且持續(xù)時(shí)間足夠長(zhǎng)的反灌電流，才能燒毀二極管。
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高額順向電流有很低的概率會(huì)造成二極管擊穿，過(guò)大電壓沖擊會(huì)導(dǎo)致二極管擊穿失效。
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戶外光伏電站實(shí)際運(yùn)行中會(huì)因感應(yīng)雷擊導(dǎo)致二極管擊穿失效。
上述研究主要是針對(duì)二極管的擊穿進(jìn)行分析測(cè)試，很少?gòu)耐ㄟ^(guò)模擬測(cè)試來(lái)復(fù)現(xiàn)相關(guān)現(xiàn)象的角度來(lái)開(kāi)展研究。
基于此，本文以中國(guó)西北地區(qū)某戶外光伏電站為例，針對(duì)該電站中光伏組件出現(xiàn)的接線盒鼓包情況，拆取正常光伏組件至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行二極管短路電流下的熱性能、反向電流過(guò)載下的熱性能、熱逃逸性能的模擬測(cè)試分析。
以中國(guó)西北地區(qū)某戶外光伏電站為例，以從該電站拆回的接線盒無(wú)鼓包的光伏組件作為實(shí)驗(yàn)樣品，重點(diǎn)進(jìn)行光伏組件二極管相關(guān)測(cè)試分析。
該光伏組件的銘牌標(biāo)稱信息如表1 所示。
表1 光伏組件的銘牌標(biāo)稱信息
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，接線盒鼓包主要是因?yàn)閮?nèi)部發(fā)熱引起，因此根據(jù) IEC 61215：2005《Crystalline?silicon terrestrial photovoltaic (PV) modules ——Design qualification and type approval》的測(cè)試條件，主要模擬測(cè)試在不同短路電流下二極管表面的溫度變化情況。
但在測(cè)試結(jié)束后不再按照該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行光伏組件外觀、最大功率和絕緣性能測(cè)試，也不再按照標(biāo)準(zhǔn)中的要求進(jìn)行二極管結(jié)溫、光伏組件功率衰減、絕緣等合格與否的判定，而是僅測(cè)試施加不同倍率的短路電流時(shí)二極管的發(fā)熱性能。
測(cè)試時(shí)的接線盒連線圖如圖 2 所示，測(cè)試時(shí)的測(cè)試條件如表 2 所示。
圖2 測(cè)試時(shí)的接線盒連線圖
表2 短路電流下熱性能測(cè)試時(shí)的測(cè)試條件
分別進(jìn)行不同倍率最大保護(hù)電流條件下的反向電流過(guò)載測(cè)試，評(píng)估光伏組件在反向電流過(guò)載下的熱性能，判斷是否會(huì)發(fā)生起火或燃燒等危險(xiǎn)情況。
測(cè)試時(shí)的測(cè)試條件如表3 所示。
表3 反向電流過(guò)載下熱性能測(cè)試時(shí)的測(cè)試條件
在反向偏置電流增加的情況下，光伏組件二極管溫度會(huì)升高，持續(xù)漏電流會(huì)造成二極管溫度增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)闇厣吐╇娏髟斐啥O管損壞。本測(cè)試是為了驗(yàn)證二極管工作時(shí)是否會(huì)出現(xiàn)失效，從而無(wú)法恢復(fù)其性能。
短路電流下熱性能測(cè)試的測(cè)試結(jié)果分析
不同短路電流下 1#～3# 二極管的熱性能測(cè)試的測(cè)試結(jié)果如圖3 所示。
圖3 不同短路電流下 3 根二極管的熱性能測(cè)試的測(cè)試結(jié)果
從圖3可以看出：隨著加載電流(Isc、1.25Isc、1.50Isc、2.00Isc、2.50Isc) 的增加，二極管表面最高溫度呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。
在施加高倍短路電流(2.50Isc) 作用下，3根二極管表面最高溫度均在190.0 ℃以上，最高達(dá)到 222.5 ℃，此時(shí)二極管引腳均出現(xiàn)發(fā)黑，灌封膠出現(xiàn)熔化和結(jié)晶現(xiàn)象，如圖 4 所示。
圖4 2.50Isc 作用下接線盒的內(nèi)部狀況
上述測(cè)試結(jié)果表明：在 2.50Isc 作用下，二極管易產(chǎn)生極高溫度，引發(fā)接線盒灌封膠高溫熔化，最終導(dǎo)致接線盒鼓包，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)二極管燒穿，光伏組件燒壞失效的情況。
反向電流過(guò)載下熱性能測(cè)試的測(cè)試結(jié)果分析
分別進(jìn)行不同倍率最大保護(hù)電流 (1.35IF、1.50IF、2.00IF、2.50IF)條件下的反向電流過(guò)載測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示：不同倍率最大保護(hù)電流測(cè)試后的接線盒能夠正常工作，二極管壓降依舊正常，正向?qū)ǎ聪蚪刂?，也未發(fā)生接線盒鼓包或燒穿現(xiàn)象，性能均合格。
2.50IF 條件下熱性能測(cè)試后的接線盒外觀照片如圖 5 所示。
圖5 2.50IF條件下熱性能測(cè)試后的接線盒外觀照片
上述研究結(jié)果說(shuō)明：二極管的反向過(guò)電流能力滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，接線盒鼓包與二極管反向電流過(guò)載下的熱性能無(wú)直接關(guān)系。
熱逃逸測(cè)試的測(cè)試結(jié)果分析
熱逃逸測(cè)試后二極管的性能結(jié)果如表 4所示。
表4 熱逃逸測(cè)試后二極管的性能結(jié)果
測(cè)試結(jié)束后二極管的最終反向電流僅在初始反向電流的 1.2～1.4 倍之間，并且二極管功能完好，正向?qū)?，反向截止，沒(méi)有發(fā)生燒焦熔化現(xiàn)象，殼體也未損壞，全部符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的“Irev2不應(yīng)大于 5 倍 Irev1”的要求。
熱逃逸測(cè)試后接線盒的內(nèi)部照片如圖 6所示。
圖 6 熱逃逸測(cè)試后接線盒的內(nèi)部照片
本文以中國(guó)西北地區(qū)某戶外光伏電站為例，針對(duì)該電站中光伏組件出現(xiàn)的接線盒鼓包情況，拆取正常光伏組件至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了二極管短路電流下的熱性能、反向電流過(guò)載下的熱性能、熱逃逸性能的模擬測(cè)試分析。
1) 隨著加載的短路電流 (Isc、1.25Isc、1.50Isc、2.00Isc、2.50Isc) 的增加，二極管表面最高溫度呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。在施加高倍短路電流(2.50Isc) 作用下，二極管表面最高溫度達(dá)到 222.5 ℃時(shí)二極管引腳出現(xiàn)發(fā)黑，灌封膠出現(xiàn)熔化和結(jié)晶現(xiàn)象。
2) 反向電流過(guò)載模擬測(cè)試后接線盒能夠正常工作，二極管壓降依舊正常，未發(fā)生接線盒鼓包或燒穿，說(shuō)明接線盒鼓包與二極管反向電流過(guò)載無(wú)直接關(guān)系。
3) 熱逃逸測(cè)試后二極管性能仍能滿足相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求。
來(lái)源：《戶外光伏組件接線盒鼓包失效分析》，無(wú)錫市檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證研究院，張棟兵，孟慶法
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