Чому для сонячних панелей потрібні обхідні діоди?

一 Ефект гарячої точки: «невидимий вбивця» фотоелектричних систем
1. Механізм формування ефекту гарячої точки
Коли один або група сонячних елементів у сонячній панелі не може генерувати електроенергію через перешкоди (наприклад, листя, пташиний послід, тіні будівель), забруднення або пошкодження, її внутрішній опір різко зросте, стаючи «навантаженням» у послідовному ланцюзі. У цей момент струм, створюваний іншими нормально функціонуючими елементами батареї, продовжуватиме проходити через несправну ділянку, викликаючи швидке підвищення місцевої температури вище 200 градусів, утворюючи «гарячу точку». Ця висока температура не тільки прискорює старіння матеріалів елементів акумулятора, але також може призвести до вигоряння таких компонентів, як розподільні коробки та задні панелі, і навіть призвести до пожежі.
2. Ланцюгова реакція ефекту гарячої точки
Втрата потужності: Ефективність генерації електроенергії сонячними елементами в зоні гарячої точки знижується до нуля, і вони споживатимуть енергію інших звичайних сонячних елементів, що призводить до зниження вихідної потужності всього компонента на 10-30%.
Деградація матеріалу: високі температури спричиняють розкладання плівки EVA, задньої панелі та інших матеріалів, вивільняючи шкідливі гази та скорочуючи термін служби компонентів.
Ризик збою системи: на великих фотоелектричних електростанціях ефект гарячої точки може спричинити каскадні збої, що призведе до зупинки всього масиву.
2, Обхідний діод: найкраще рішення для ефекту гарячої точки
1. Принцип роботи: «Інтелектуальний шунт» для струму
Обхідний діод зазвичай підключається зворотно паралельно на обох кінцях батареї, і його основною функцією є досягнення інтелектуального перемикання шляху струму за допомогою динамічної провідності та відсічення:
Нормальний робочий стан: коли всі елементи батареї нормально виробляють електроенергію, діод перебуває в стані зворотного відключення і не впливає на схему.
Стан несправності: коли низка елементів батареї закупорена або пошкоджена, внаслідок чого напруга зворотного зсуву перевищує порогове значення, діод проводить у прямому напрямку, замикаючи зону несправності та змушуючи струм обходити несправні елементи батареї та протікати до навантаження через діод.
Стан відновлення: після усунення перешкоди або усунення несправності діод автоматично повертається до стану відключення, і компонент відновлює нормальну генерацію електроенергії.
2. Основні технічні параметри
Пряма напруга провідності: завдяки золотим напівконтактним характеристикам напруга провідності діодів Шотткі знижується до 0,2-0,4 В, що набагато нижче, ніж 0,6-0,8 В діодів з PN-переходом, що може значно зменшити самонагрівання.
Зворотна напруга пробою: вона має перевищувати напругу розімкнутого ланцюга батареї в 1,2 рази, щоб запобігти високо-пробою напруги.
Коефіцієнт теплового опору: Конструкція з низьким тепловим опором (наприклад, керамічна упаковка) може прискорити розсіювання тепла та уникнути виходу з ладу діода через високу температуру.
Швидкість відгуку: час відгуку на перемикання діодів Шотткі становить менше 10 нс, що дозволяє швидко реагувати на перехідні впливи термічної точки.
3. Типові сценарії застосування
Фотоелектрична система на даху: часті перешкоди, спричинені листям, снігом тощо, байпасні діоди можуть запобігти локальним перешкодам, які спричинять вихід з ладу всієї ланки батарей.
Сільськогосподарська фотоелектрична електростанція: зростання врожаю може перешкодити роботі сонячних панелей, а діоди можуть підтримувати безперервність виробництва електроенергії.
Пустельна фотоелектрична електростанція: накопичення пилу може легко спричинити гарячі точки, а діоди можуть захистити компоненти від пошкодження високою температурою.
3, Галузеві стандарти та стандарти тестування: забезпечення надійності обхідних діодів
1. Міжнародна система стандартів
IEC 62979:2017: визначає «випробування на витік тепла» для обхідних діодів, яке вимагає, щоб діод витримував струм короткого замикання, який у 1,25 рази перевищує -ток, протягом 1 години в середовищі з високою температурою 90 градусів, а потім миттєво перемикався в стан зворотного зміщення, щоб переконатися, що температура переходу не продовжує зростати.
IEC 61215: передбачено, що діоди повинні пройти випробування на адаптивність до навколишнього середовища, такі як «випробування на вологе заморожування» та «випробування на термоциклічність», щоб перевірити їхню надійність за екстремальних температур від -40 градусів до +85 градусів.
2. Режими відмов і захисні заходи
Причини виходу з ладу: поломка діода, викликана високою температурою і сильним струмом, теплові розбіги, викликані зворотним струмом витоку, і відрив паяного з'єднання, викликаний механічним впливом.
План захисту:
Резервна конструкція: у розподільній коробці з’єднані паралельні резервні діоди, які автоматично перемикаються при виході з ладу основного діода.
Інтелектуальний моніторинг: моніторинг температури діодного переходу в режимі реального часу за допомогою датчиків температури, виклик попереджень або автоматичне відключення електроенергії.
Оновлення матеріалу: використання діодів з карбіду кремнію (SiC) покращило стійкість до температури понад 200 градусів, а термін служби подовжено до 20 років.
4, Тенденції ринку: від пасивного захисту до активної оптимізації
1. Вибухове зростання попиту
Відповідно до прогнозів галузі, очікується, що світовий попит на фотоелектричні обхідні діоди досягне 3,6 мільярдів одиниць до 2025 року та перевищить 4 мільярди одиниць до 2026 року. Як найбільший у світі виробник фотоелектричних модулів, обсяг експорту Китаю досяг 238,8 ГВт у 2024 році, що сприяє постійному розширенню ринку обхідних діодів.
2. Технічний напрямок ітерації
Діод з інтелектуальною реконструкцією: керований MCU, динамічно регулює поріг провідності діода для оптимізації ефективності генерації електроенергії в умовах екранування.
Інтегрований дизайн: інтеграція діодів із розподільними коробками та роз’ємами для зменшення об’єму та вартості компонентів.
Безсвинцевий процес: відповідає стандартам RoHS, що знижує ризики забруднення навколишнього середовища.
3. Аналіз витрат і вигод
Взявши як приклад фотоелектричну електростанцію потужністю 100 МВт, конфігурація обхідних діодів може зменшити втрати потужності, спричинені тепловими плямами, з 15% до менше 3%, збільшити річне виробництво електроенергії приблизно на 12 мільйонів кВт-год і мати період окупності лише 2-3 роки.