Kaip parinkti ir išbandyti saulės kolektorių sujungimo dėžutėms skirtus apėjimo diodus?

Kai Deividas, saulės elektrinių įrengimo vadybininkas iš Finikso, Arizonos valstijoje, aptiko, kad 15% jo 2 MW saulės elektrinių fermoje veikia nepakankamai efektyviai dėl sugedusių apėjimo diodų, jis suprato, kad šie nedideli komponentai gali lemti arba sužlugdyti viso projekto pelningumą. Tinkamai parinkus apėjimo diodus ir reguliariai taikant testavimo protokolus buvo galima išvengti $180 000 pajamų praradimo per šešis mėnesius.

Norint pasirinkti ir išbandyti saulės kolektorių jungiamosioms dėžutėms skirtus apėjimo diodus, reikia išmanyti srovės stiprumą, šilumos valdymą ir įtampos specifikacijas, kad būtų išvengta karštieji taškai¹ ir optimizuoti energijos surinkimą dalinio šešėlio sąlygomis. Tinkamai parinkus apėjimo diodą, užtikrinama didžiausia išėjimo galia ir išvengiama brangiai kainuojančios panelės žalos dėl atvirkštinės srovės srauto.

"Bepto Connector" matydavau, kaip daugybė saulės energijos projektų pavyksta arba žlunga dėl jų jungiamųjų dėžučių komponentų kokybės. Daugiau nei 10 metų dirbdamas saulės jungčių pramonėje suprantu, kad apvadiniai diodai yra neapsakomi fotovoltinių sistemų herojai - maži komponentai, kurie daro didelę įtaką sistemos veikimui ir ilgaamžiškumui.

Turinys

• Kas yra apėjimo diodai ir kam jie reikalingi saulės baterijoms?
• Kaip parinkti tinkamus aplinkkelio diodus jūsų programai?
• Kokie yra pagrindiniai apėjimo diodų bandymo metodai?
• Kaip šalinti dažniausiai pasitaikančias aplinkkelio diodo problemas?
• Kokia yra geriausia ilgalaikio patikimumo praktika?
• DUK apie saulės jungiamosios dėžutės apėjimo diodus

Kas yra apėjimo diodai ir kam jie reikalingi saulės baterijoms?

Aplenkimo diodai - tai puslaidininkiniai įtaisai, montuojami saulės kolektorių jungiamosiose dėžutėse, kurie užtikrina alternatyvius srovės kelius, kai saulės elementai užtemdomi arba pažeidžiami, taip išvengiant karštųjų taškų ir išlaikant nepaveiktų skydelio dalių galią. Jei nebūtų apeinamųjų diodų, dėl vieno užtemdyto elemento viso skydo galia sumažėtų beveik iki nulio.

Apėjimo diodų veikimo fizika

Karštųjų taškų prevencija:
Kai saulės baterijos yra iš dalies užtemdytos, jos gali tapti atvirkštinės krypties² ir veikia kaip apkrovos, o ne kaip generatoriai:

• Atvirkštinės srovės srautas: Neužtamsinti elementai verčia srovę per užtamsintus elementus tekėti priešinga kryptimi
• Šilumos gamyba: Atvirkštinio šališkumo elementai išsklaido energiją kaip šilumą, galinčią siekti daugiau kaip 150 °C
• Ląstelių pažeidimai: Dėl per didelio karščio gali sutrūkinėti ląstelės, atsisluoksniuoti hermetikai arba sudegti jungiamosios dėžutės komponentai.
• Saugos pavojai: Karštos dėmės gali uždegti aplinkines medžiagas arba sukelti elektros gaisrą.

Dabartinio kelio valdymas:
Aplenkimo diodai sukuria pažangų srovės nukreipimą:

• Išankstinio šališkumo įjungimas: Diodai suveikia, kai elementų eilutės įtampa nukrenta žemiau diodo tiesioginės įtampos
• Alternatyvūs keliai: Srovė aplenkia problemines ląstelių grandines ir teka per sveikas grandines
• Įtampos optimizavimas: Išlaiko didesnę bendrą skydo įtampą esant daliniam šešėliui
• Galios maksimizavimas: Neuždengtos dalys gali veikti didžiausios galios taškas³

Šešėliavimo scenarijų tipai

Dalinio šešėliavimo sąlygos:
Realiuose įrenginiuose susiduriama su įvairiais šešėliavimo iššūkiais:

• Struktūrinis atspalvis: Pastatai, medžiai ar įranga meta šešėlį
• Užteršimo poveikis: Paukščių išmatos, lapai ar susikaupusios dulkės
• Sniego danga: Dalinė sniego danga žiemos mėnesiais
• Debesų šešėliai: Judantys debesų šešėliai, sukuriantys dinamiškus šešėliavimo modelius
• Montavimo defektai: Prastos ląstelių jungtys arba gamybos defektai

Hassanas, valdantis 5 MW saulės energijos įrenginį Dubajuje, iš pradžių rytais dėl pastatų šešėlių patyrė 25% galios nuostolių. Po to, kai buvo pakeistos mūsų aukštos kokybės jungiamosios dėžutės su aukščiausios kokybės Schottky aplinkkelio diodais, jo sistema dabar išlaiko 95% efektyvumą net ir dalinio šešėlio sąlygomis 😉.

Kaip parinkti tinkamus aplinkkelio diodus jūsų programai?

Aplenkimo diodo pasirinkimas priklauso nuo srovės stiprumo, tiesioginio įtampos kritimo, atvirkštinio nuotėkio srovės ir šiluminių charakteristikų, atitinkančių konkrečią saulės kolektoriaus konfigūraciją ir aplinkos sąlygas. Netinkamai parinkti diodai gali lemti ankstyvą gedimą arba neoptimalų veikimą.

Srovės įvertinimo aspektai

Didžiausia srovės talpa:
Diodo srovės stipris turi viršyti skydo trumpojo jungimo srovę:

• Saugumo atsarga: Pasirinkite diodus, kurių nominali vertė 25-50% viršija skydelio Isc
• Standartiniai įvertinimai: 10A, 15A, 20A ir 30A dažniausiai naudojami gyvenamųjų ir komercinių patalpų skydams
• Temperatūros mažinimas⁴: Srovės talpa mažėja priklausomai nuo temperatūros (paprastai 0,5%/°C)
• Viršsrovinės srovės tvarkymas: Turi atlaikyti žaibo sukeltus srovės šuolius
• Nepertraukiamas veikimas: Įvertinta 25+ metų nepertraukiamo veikimo trukmė

Skydo konfigūracijos poveikis:
Skirtingų konstrukcijų skydams reikia skirtingų srovės stiprumų:

• 60 celių plokštės: Paprastai reikia 10-15 A aplinkkelio diodų
• 72 celių plokštės: Paprastai reikia 15-20 A apėjimo diodų
• Didelio efektyvumo plokštės: Dėl padidėjusios Isc gali prireikti didesnių srovės verčių
• Dvipusės plokštės: Papildoma srovė dėl galinės pusės generavimo turi įtakos diodo pasirinkimui

Įtampos specifikacijos

Tiesioginis įtampos kritimas:
Mažesnė tiesioginė įtampa padidina efektyvumą:

• Šotkio diodai: 0,3-0,5 V kritimas į priekį, pageidautina saulės energijos naudojimui
• Standartiniai silicio diodai: 0,7 V įtampos kritimas į priekį, mažiau efektyvus, bet patikimesnis
• Galios nuostolių apskaičiavimas: Tiesioginis kritimas × apėjimo srovė = galia, išsklaidyta kaip šiluma
• Poveikis efektyvumui: Mažesnis Vf sumažina galios nuostolius dirbant aplinkkeliu

Atvirkštinio pramušimo įtampa:
Turi atlaikyti didžiausią sistemos įtampą:

• Saugumo atsarga: Minimali 2x maksimali sistemos įtampa
• Standartiniai įvertinimai: 40, 60, 100 ir 150 V įtampos
• Temperatūros koeficientas: Atsijungimo įtampa kinta priklausomai nuo temperatūros
• Apsauga nuo žaibo: Turi atlaikyti žaibo sukeltus įtampos šuolius

Šilumos valdymo reikalavimai

Sujungimo temperatūros ribos:
Šiluminė konstrukcija lemia diodo tarnavimo laiką:

• Maksimali jungties temperatūra: Įprastai 150-175 °C temperatūra saulės diodams
• Šiluminė varža: Jungties su korpusu ir korpuso su aplinka šiluminė varža
• Reikalavimai radiatoriui: Tinkamas šiluminis kelias į jungiamosios dėžutės korpusą
• Aplinkos temperatūra: Atsižvelgti į aukštą aplinkos temperatūrą karšto klimato šalyse.

Šiluminės sąsajos projektavimas:

• Šiluminės pagalvėlės: Užtikrinkite gerą šiluminį kontaktą tarp diodo ir radiatoriaus
• Šilumnešio dydžio nustatymas: Pakankamas paviršiaus plotas šilumai išsklaidyti
• Oro srauto aspektai: Natūralus arba priverstinis konvekcinis aušinimas
• Šiluminis ciklas: Atlaiko kasdienius temperatūros ciklus daugiau nei 25 metus

Kokie yra pagrindiniai apėjimo diodų bandymo metodai?

Išsamus apėjimo diodų testavimas apima tiesioginės įtampos testavimą, atvirkštinio nuotėkio matavimą, šiluminį vaizdavimą ir veikimo patikrinimą vietoje, siekiant užtikrinti optimalų veikimą ir ankstyvą gedimų nustatymą. Reguliarus testavimas padeda išvengti brangiai kainuojančių sistemos gedimų ir užtikrina garantijos laikymąsi.

Tiesioginės įtampos bandymas

Standartinis tiesioginės įtampos bandymas:
Pagrindinis funkcionalumo patikrinimas:

• Bandomoji srovė: Norėdami tiksliai išmatuoti, naudokite vardinę tiesioginę srovę
• Tikėtinos vertės: Šotkio diodai: 0,3-0,5 V, Silicio diodai: 0,6-0,8 V
• Temperatūros kompensavimas: Sureguliuokite rodmenis pagal aplinkos temperatūrą
• Įskaitymo/neįskaitymo kriterijai: ±10% nuo vardinės specifikacijos
• Dokumentai: Įrašykite visus matavimus tendencijų analizei

Dinaminis išankstinis testavimas:
Išplėstiniai bandymai įvairiomis sąlygomis:

• Srovės nuėmimo bandymas: Matuokite Vf visoje srovės srityje
• Temperatūros bandymai: Patikrinkite veikimą esant skirtingoms temperatūroms
• Senėjimo poveikis: Palyginkite naujo ir pasenusio diodo charakteristikas
• Partijos testavimas: Diodų populiacijų statistinė analizė

Atvirkštinio nuotėkio bandymas

Atvirkštinės srovės matavimas:
Labai svarbus ilgalaikiam patikimumui:

• Bandomoji įtampa: Taikyti 80% vardinę atvirkštinę įtampą
• Nuotėkio ribos: Paprastai <10 μA esant vardinei įtampai ir 25 °C temperatūrai
• Temperatūros poveikis: Nuotėkis padvigubėja maždaug kas 10 °C
• Nesėkmių rodikliai: Per didelis nuotėkis rodo artėjantį gedimą
• Saugos priemonės: Bandant aukštą įtampą naudokite tinkamas asmenines apsaugos priemones.

Šiluminių savybių bandymas

Termovizinė analizė:
Nustatykite šilumines problemas prieš gedimą:

• Pradiniai matavimai: Nustatyti sveikų diodų šiluminius požymius
• Karštųjų taškų aptikimas: Nustatyti diodus, veikiančius aukštesnėje nei įprasta temperatūroje
• Šilumos paskirstymas: Patikrinkite, ar tolygiai pasiskirsto šiluma per jungiamąją dėžutę
• Aplinkos veiksniai: atsižvelgti į aplinkos temperatūrą ir saulės spinduliuotę
• Tendencijų analizė: Laikui bėgant stebėkite šilumines charakteristikas

Sujungimo temperatūros įvertinimas:

• Šiluminis modeliavimas: Apskaičiuokite sandūros temperatūrą pagal korpuso temperatūrą
• Šiluminės varžos vertės: Naudokite gamintojo nurodytą šiluminę varžą
• Energijos išsklaidymas: Apskaičiuokite galią pagal tiesioginę srovę ir įtampą
• Saugumo atsargos: Užtikrinkite veikimą gerokai žemiau maksimalios sandūros temperatūros

Našumo bandymas vietoje

Grupės lygmens testavimas:
Patikrinkite, ar apėjimo diodas veikia faktiniame įrenginyje:

• Dalinio šešėliavimo modeliavimas: Naudokite nepermatomus dangčius, kad imituotumėte šešėliavimą
• I-V kreivės analizė⁵: Palyginkite kreives su apėjimo diodo veikimu ir be jo
• Išėjimo galios matavimas: Kiekybinis galios padidėjimas dėl aplinkkelio diodų
• Stygos srovės stebėjimas: Patikrinkite srovės perskirstymą šešėliavimo metu
• Ilgalaikė stebėsena: Stebėti veiklos rezultatus esant sezoniniams svyravimams

Kaip šalinti dažniausiai pasitaikančias aplinkkelio diodo problemas?

Dažniausiai pasitaikantys apėjimo diodų gedimai yra atviros grandinės, trumpieji jungimai, didelis tiesioginės įtampos kritimas ir per didelis atvirkštinis nuotėkis, kuriems reikia specialių diagnostikos metodų ir taisomųjų veiksmų. Ankstyvas aptikimas ir tinkamas trikčių šalinimas užkerta kelią nedidelėms problemoms virsti dideliais sistemos gedimais.

Atviros grandinės gedimai

Simptomai ir nustatymas:

• Galios praradimas: Ženklus energijos sumažinimas esant daliniam šešėliui
• Karštųjų taškų susidarymas: Termovizija rodo pernelyg aukštą ląstelių temperatūrą
• Įtampos matavimai: Nėra tiesioginio laidumo, kai to tikimasi
• Vizuali apžiūra: Apdegę arba įtrūkę diodų paketai

Pagrindinių priežasčių analizė:

• Viršįtampio sąlygos: Srovė viršijo diodo vardinę vertę
• Terminis stresas: Per didelė sandūros temperatūra sukėlė gedimą
• Gamybos defektai: Prastas laidų sujungimas arba prastas tvirtinimas prie matricos
• Aplinkos veiksniai: Drėgmės patekimas arba korozinė aplinka

Trumpojo jungimo gedimai

Identifikavimo metodai:

• Tęstinumo bandymas: Diodas rodo mažą varžą abiem kryptimis
• Grupės našumas: Sumažinta atvirosios grandinės įtampa
• Dabartiniai matavimai: Nenormalus srovės pasiskirstymas
• Šiluminiai požymiai: Vėsios vietos, kuriose diodai turėtų būti šilti

Nesėkmių mechanizmai:

• Metalizacijos migracija: Metalo migracija, sukelianti vidinius šortus
• Mirties įtrūkimai: Puslaidininkio sandūros fizinis pažeidimas
• Laidų sujungimo gedimas: Vidaus ryšio gedimai
• Pakuotės degradacija: Drėgmės ar teršalų patekimas

Didelės tiesioginės įtampos problemos

Poveikis veikimui:

• Didesni galios nuostoliai: Didesnis Vf reiškia, kad daugiau galios išsklaidoma šilumos pavidalu
• Sumažėjęs efektyvumas: Mažesnis bendras sistemos efektyvumas dirbant aplinkkeliu
• Terminis stresas: Padidėjęs šilumos išsiskyrimas pagreitina senėjimą
• Kaskadiniai gedimai: Aukšta temperatūra veikia gretimus komponentus

Diagnostinės procedūros:

• Lyginamieji bandymai: Palyginkite įtartinus diodus su žinomais gerais vienetais
• Temperatūros koreliacija: Patikrinkite, ar temperatūros koeficientas yra normalus
• Apkrovos testavimas: Bandymas faktinėmis darbo sąlygomis
• Tendencijų analizė: Stebėti Vf pokyčius laikui bėgant

Kokia yra geriausia ilgalaikio patikimumo praktika?

Norint užtikrinti ilgalaikį aplinkkelio diodų patikimumą, reikia tinkamai parinkti, kokybiškai įrengti, reguliariai stebėti ir aktyviai prižiūrėti, kad saulės energijos įrenginiai tarnautų daugiau nei 25 metus. Geriausios praktikos diegimas nuo pat pirmos dienos padeda išvengti brangiai kainuojančių gedimų ir užtikrina optimalų sistemos veikimą.

Geriausia projektavimo ir atrankos praktika

Konservatyvus vertinimo metodas:

• Srovės sumažinimas: Pasirinkite diodus, kurių vardinė 150% didžiausia numatoma srovė
• Įtampos ribos: Naudokite diodus, kurių atvirkštinė įtampa lygi 200% sistemos įtampos
• Temperatūros ypatumai: Atsižvelgti į nepalankiausias aplinkos sąlygas
• Kokybės standartai: Svarbiausioms programoms nurodykite automobilių arba karinės paskirties komponentus.

Šiluminio projektavimo optimizavimas:

• Šilumnešio dydžio nustatymas: Pakankama šiluminė masė šilumai išsklaidyti
• Šiluminės sąsajos medžiagos: Aukštos kokybės šiluminės trinkelės arba mišiniai
• Ventiliacijos konstrukcija: Natūralios konvekcijos keliai sujungimo dėžutės konstrukcijoje
• Medžiagų pasirinkimas: Mažos šiluminės varžos medžiagos šilumos kanalams

Įrengimo kokybės kontrolė

Jungiamosios dėžutės surinkimas:

• Sukimo momento specifikacijos: Tinkamas visų elektros jungčių sukimo momentas
• Šiluminė sąsaja: Užtikrinkite gerą šiluminį kontaktą tarp diodo ir radiatoriaus
• Sandariklio vientisumas: Po surinkimo patikrinkite IP65/IP67 klasę
• Kokybės tikrinimas: 100% vizualinis ir elektrinis patikrinimas

Aplinkos apsauga:

• Drėgmės barjerai: Efektyvus sandarinimas nuo drėgmės patekimo
• Apsauga nuo UV spindulių: UV spinduliams atsparios medžiagos ilgalaikiam lauko poveikiui
• Korozijos prevencija: Tinkamai parinktos medžiagos ir dangos
• Mechaninė apsauga: Tinkama apsauga nuo fizinės žalos

Stebėsenos ir priežiūros programos

Veiklos stebėjimas:

• Stygos srovės stebėjimas: Nuolatinis stygos srovių stebėjimas
• Temperatūros stebėjimas: Jungiamosios dėžutės temperatūros stebėjimas
• Išėjimo galios analizė: Reguliari elektros energijos gamybos duomenų analizė
• Signalizacijos sistemos: Automatiniai įspėjimai apie veiklos anomalijas

Prevencinė priežiūra:

• Kasmetiniai patikrinimai: Visų jungiamųjų dėžučių vizualinis ir terminis patikrinimas
• Elektros bandymai: Periodinis apėjimo diodo testavimas
• Valymo programos: Reguliarus valymas, kad būtų išvengta su nešvarumais susijusio šešėliavimo
• Dokumentai: Išsamūs techninės priežiūros įrašai ir tendencijų analizė

Maria, prižiūrinti 10 MW saulės energijos ūkį Kalifornijoje, įdiegė mūsų išsamią apėjimo diodų stebėsenos sistemą ir neplanuotą techninę priežiūrą sumažino 70%, o bendrą sistemos prieinamumą pagerino iki 99,2%. Jos aktyvus požiūris į diodų būklės stebėseną tapo pramonės standartu didelės apimties saulės elektrinių veikloje.

Išvada

Saulės kolektorių jungiamųjų dėžučių apvadinių diodų parinkimas ir testavimas yra labai svarbus siekiant maksimaliai padidinti energijos surinkimą ir išvengti brangiai kainuojančių karštųjų taškų pažeidimų. Svarbiausia suprasti konkrečius taikymo reikalavimus, pasirinkti tinkamai įvertintus komponentus, įgyvendinti išsamius bandymų protokolus ir palaikyti aktyvias stebėsenos sistemas. "Bepto Connector" tiekia aukštos kokybės saulės energijos jungiamąsias dėžutes su aukščiausios kokybės apvadiniais diodais, kurių patikimumas atšiauriausiomis sąlygomis siekia daugiau nei 25 metus. Atminkite, kad investicijos į kokybiškus šuntavimo diodus ir tinkamas testavimo procedūras atsiperka, nes pagerėja sistemos veikimas, sumažėja techninės priežiūros išlaidos ir pailgėja įrangos eksploatavimo laikas.

DUK apie saulės jungiamosios dėžutės apėjimo diodus

1. Sužinokite daugiau apie karštųjų taškų susidarymo fotovoltiniuose elementuose priežastis ir sunkias pasekmes. ↩

2. Suprasti atvirkštinės P-N sandūros elektroninį principą ir jo taikymą saulės elementams. ↩

3. Išnagrinėkite didžiausios galios taško (MPP) sąvoką ir sekimo algoritmus, naudojamus saulės energijai maksimaliai surinkti. ↩

4. Apžvelkite inžinerinę temperatūrų mažinimo praktiką, kad užtikrintumėte elektroninių komponentų patikimumą esant skirtingoms šiluminėms sąlygoms. ↩

5. Sužinokite, kaip I-V (srovės-įtampos) kreivės analizė naudojama saulės kolektorių ir grandinių veikimo problemoms diagnozuoti. ↩