Come determinare se i diodi in un sistema di energia solare sono danneggiati?

一, Il ruolo principale e il rischio di guasto dei diodi nei sistemi di energia solare
Tipi e funzioni dei diodi
Diodo di bypass: collegato in parallelo a entrambe le estremità della stringa della batteria, fornisce un percorso alternativo per la corrente quando alcune celle della batteria sono ostruite o guaste, evitando l'effetto punto termico (danno permanente alle celle della batteria causato dal surriscaldamento locale).
Diodo anti-carica inversa: collegato in serie tra l'array fotovoltaico e il controller, impedisce al pacco batteria di scaricarsi all'indietro attraverso il pannello fotovoltaico di notte o nei giorni di pioggia, proteggendo la durata della batteria.
Diodo di blocco: utilizzato in sistemi paralleli in serie multiple per impedire alla corrente di rifluire nelle serie a bassa-potenza, garantendo il funzionamento indipendente di ciascuna serie.
Conseguenze tipiche del danno ai diodi
L'effetto punto di calore si intensifica: dopo il guasto del diodo di bypass, le celle della batteria bloccate continuano a resistere alla tensione inversa e la temperatura può aumentare fino a oltre 200 gradi, provocando l'invecchiamento del materiale di imballaggio e persino l'accensione.
Diminuzione della produzione di energia del sistema: il cortocircuito del diodo anti-carica inversa può causare l'autoscaricamento della batteria durante la notte, con conseguente perdita giornaliera fino al 5% -10% di elettricità.
Rischio di danni all'apparecchiatura: la rottura del diodo di blocco può causare circolazione tra le stringhe, bruciatura di connettori o cavi.
2, Manifestazione visiva e giudizio preliminare del danno al diodo
1. Rilevamento di anomalie nell'aspetto
Segni di erosione: la superficie di un diodo normale è liscia, ma dopo il danneggiamento potrebbero apparire segni neri di bruciatura, crepe o fusione dei perni (come mostrato nella Figura 1). Ad esempio, un impianto fotovoltaico da 5 kW presentava segni di carbonizzazione sul connettore a causa della rottura del diodo di bypass.
Deformazione dell'imballaggio: l'elevata temperatura provoca l'espansione della resina epossidica o dell'imballaggio in plastica, fenomeno comunemente riscontrato in scenari di sovraccarico o cortocircuito a lungo termine.
Cambiamento di colore: i diodi in materiale di silicio cambieranno dal nero al grigio bianco alle alte temperature, cosa che può essere identificata confrontando i componenti dello stesso lotto.
2 Anomalie delle prestazioni del sistema
Tensione di stringa sbilanciata: utilizzare un multimetro per misurare la tensione a circuito aperto di ciascuna stringa. Se la tensione di una stringa è notevolmente inferiore a quella delle altre stringhe (ad esempio inferiore di oltre il 10% rispetto al valore nominale), ciò potrebbe essere dovuto alla mancata conduzione del diodo di bypass.
Nighttime current backflow: In the absence of light, use a clamp ammeter to detect the output terminal of the photovoltaic array. If there is a reverse current (>0,1 A), indica che il diodo anti carica inversa è in cortocircuito.
Riscaldamento anomalo: il dispositivo di imaging termico a infrarossi rileva la temperatura superficiale del diodo. La temperatura operativa normale dovrebbe essere inferiore a 85 gradi. Se la temperatura locale supera i 120 gradi, la macchina deve essere fermata immediatamente per l'ispezione.
3, metodi di rilevamento professionali per danni ai diodi
1 Rilevamento offline (interruzione dell'alimentazione del sistema)
Test di caduta di pressione positiva:
Impostare il multimetro in modalità diodo (o modalità 2 V CC).
Collegare il polo positivo all'anodo del diodo e il polo negativo al catodo e registrare la caduta di tensione diretta (VF).
Normal silicon diode VF should be 0.5-0.7V, and Schottky diode VF should be 0.2-0.4V. If VF>1V o visualizza OL (circuito aperto), indica che il diodo è a circuito aperto; Se VF<0.1V, there may be a short circuit caused by breakdown.
Prova della corrente di dispersione inversa:
Utilizza un multimetro ad alta-precisione (come il Fluke 87V) nell'intervallo μA.
Collegare il diodo in modo inverso (con il polo positivo collegato al catodo e il polo negativo collegato all'anodo) e applicare una tensione inversa (ad esempio 20 V).
La normale corrente di dispersione inversa di un diodo dovrebbe essere inferiore a 1 μ A. Se è superiore a 10 μ A, indica una diminuzione delle prestazioni di isolamento.
2 Rilevamento online (sistema alimentato)
Monitoraggio dinamico della corrente:
Utilizzare un oscilloscopio per catturare la forma d'onda della tensione attraverso il diodo.
Il normale diodo di bypass è in uno stato di interruzione inversa quando la stringa è normale e la tensione è vicina alla tensione a circuito aperto della stringa; Quando la stringa è ostruita, il diodo conduce nella direzione in avanti e la tensione scende intorno a VF.
Se la forma d'onda mostra una conduzione diretta continua o fluttuazioni della corrente di dispersione inversa, indica una deriva del parametro del diodo.
Posizionamento della termografia a infrarossi:
Scansionare l'area del diodo con una termocamera a infrarossi quando c'è sufficiente luce solare.
La temperatura normale del diodo dovrebbe essere vicina a quella dei componenti circostanti. Se la temperatura locale è superiore a 20 gradi, potrebbe verificarsi un surriscaldamento a causa della maggiore perdita di conduzione.
4, Analisi delle cause principali e misure preventive dei danni ai diodi
1 Cause comuni di danno
Sovratensione: i fulmini o le fluttuazioni della rete fanno sì che la tensione inversa del diodo superi il valore nominale (ad esempio quando il VRRM di 1N4007 è 1000 V, per l'uso effettivo è richiesto un margine del 20%).
Sovracorrente e surriscaldamento: un abbinamento improprio delle stringhe fa sì che alcuni diodi trasportino una corrente eccessiva per un lungo periodo (ad esempio quando la corrente di progetto è 10 A, ma in realtà scorre 15 A).
Difetti di fabbricazione: saldature virtuali o crepe nello strato di metallizzazione interno del diodo, difficili da rilevare nella fase iniziale e che si guastano gradualmente dopo il funzionamento.
Corrosione ambientale: nelle aree costiere o ad alta umidità, l'ossidazione dei pin dei diodi porta ad una maggiore resistenza di contatto e ad un invecchiamento accelerato a causa dell'aumento della temperatura locale.
2 Strategie di prevenzione e manutenzione
Ottimizzazione della selezione:
La corrente nominale del diodo di bypass deve essere maggiore o uguale a 1,25 volte la corrente di cortocircuito-della stringa e la tensione inversa deve essere maggiore o uguale a 1,5 volte la tensione massima del sistema.
Il diodo anti carica inversa deve essere selezionato come tipo a basso VF (come SB5100, VF=0.45V) per ridurre il consumo energetico notturno.
Specifiche di installazione:
La lunghezza del cavo di collegamento tra il diodo e la stringa della batteria deve essere inferiore a 30 cm per ridurre l'induttanza parassita.
The installation surface of the heat sink should be flat and coated with thermal conductive silicone grease (thermal conductivity>2W/m · K) per garantire la resistenza termica<1 ℃/W.
Test regolari:
Scansiona i diodi chiave con una termocamera a infrarossi ogni trimestre e stabilisci registrazioni della temperatura.
Conduct offline testing once a year to replace components with VF deviation>10% o corrente di dispersione superiore allo standard.
5, Caso di studio: risoluzione dei problemi dei guasti ai diodi in un sistema fotovoltaico da 10 kW
1. Fenomeno di faglia
Dopo 3 anni di funzionamento del sistema, la produzione di energia è diminuita del 15% rispetto allo stesso periodo e la tensione notturna del pacco batteria è scesa da 51,2 V a 49,8 V.

2. Processo di indagine
Ispezione estetica: è stato riscontrato che la confezione del diodo di bypass nella stringa 2 era leggermente gonfia e sui pin erano presenti segni di ossidazione.
Test offline:
Il test della caduta di tensione diretta mostra VF=1.2V (valore normale 0,6 V), indicando un aumento della resistenza.
Il test della corrente di dispersione inversa è di 5 μ A (valore normale<1 μ A), and the insulation performance decreases.
Verifica a livello di sistema:
Dopo aver sostituito il diodo guasto, la tensione della stringa 2 è tornata allo stesso livello delle altre stringhe (36,5V).
Di notte, la tensione della batteria è rimasta stabile a 51,0 V e la generazione di energia è aumentata al 98% del valore previsto.
Analisi delle cause profonde
Selezione errata: la corrente nominale originale del diodo era 8 A, ma la corrente di cortocircuito effettiva-della stringa ha raggiunto 10 A, il che ha accelerato l'invecchiamento dovuto al sovraccarico a lungo termine-.
Dissipazione del calore insufficiente: nessun dissipatore di calore installato, la temperatura della giunzione del diodo supera i 125 gradi per un lungo periodo.