旁路二极管检查(第1部分)

几乎所有太阳能模块中都安装了旁路二极管。在结晶模块中通常有3个安装在接线盒内,必要时可各为三分之一的模块桥接。这些二极管的主要任务是保护部分受遮蔽的太阳能电池板免受高温损坏。此外,搭配正确的逆变器,它们还能为局部有遮蔽的房顶减少收益损失。对此,本博客中已提到过几次。在本文中我将阐述的是,怎样检验太阳能发电板中的所有旁路二极管是否完好,二极管上可能出现哪些故障,以及如何准确地发现它们。本文第1部分涉及的是旁路二极管缺损的情况,第2部分中我将描述旁路二极管短路的情况。本文针对的是专业读者,应该不适合“技术门外汉”。

在太阳能发电板中经常会出现一个旁路二极管损坏的情况。由于旁路二极管仅在太阳能发电板被遮蔽时才起作用,因此损坏的旁路二极管通常不能立即被发现。如引言中已指出,二极管可能遇到两种损坏,并且各显示出不同的故障模式。一种情况是,二极管完全不传导任何电流,既不向一方也不向另一方。这总是出现在未安装二极管、二极管未正确接触或被一个极强电流损坏的情况。设施运营者最初对此毫无觉察。而当受影响的模块被遮蔽时,整个模块串的电流下降到受遮蔽电池板的电流,或者如果逆变器能将电压降至足够低,那么该电池板将成为电能消耗者。正常情况下,它仅须吸收它所在串联支路上未被遮蔽电池板的电压。对该遮蔽电池板上持续升高的负电压,旁路二极管本应起导通作用。现在如果旁路二极管受损而不能进行干预,该电池板承受的负电压就会越来越强,直至最后击穿。 “击穿”在此并非指机械性的穿破,而是二极管特性曲线上的一个也能反向导通的临界点。在一些二极管 (齐纳二极管) 上,此效果被用于在电子电路中达到稳定的电压。在许多其它二极管上,此效果却基于高功耗与其毁坏联系在一起。太阳能电池板虽然能够短时间抵御这个击穿电压,但却变得如此之热,以至于在长时间运行中难以避免地出现损坏。导致太阳能电池板击穿的负电压约为14V,因此也从未出现过将多于24块结晶电池板接成一个串联支路的情况,因为23个未遮蔽电池板能产生0.55V*23 = 12.77V电压 。局部遮蔽的电池板因而能在未遮蔽的电池板上强制出怠速电压,从而阻止超强电流通过。当旁路二极管尚完好无损时…

为了找出一个损坏的旁路二极管,必须 — 最好在夜间 — 向太阳能发电板输入正向电流。也就是连接一个试着将电流输送过太阳能电池板的电源。由于电池板夜间不能供电,旁路二极管将启动并传送电流从旁经过。如果它们尚完好无损… 如果一个旁路二极管已损坏,则不会有电流通过。在作这项测试前必须清楚的是,需要测试的支路上有多少个太阳能模块串联,以及每个模块带有几个旁路二极管。将该数值乘以0.4V 就得到了这些二极管本应导通的电压。自此电压起,电流应成指数增长。若使用我们的pvServe作这项测试,则电流界限应调整到须检测模块的约50%的额定电流 。

Thermographieaufnahme eines vorwärts bestromten Solarmoduls mit defekter Bypassdiode

比如5”电池板应调整到约2.5A。然后不断增加电压,直至达到此电流。如果,比方说检查串联15个模块的一条支路,其中每个模块带3个旁路二极管,则这些二极管的正向电压约为0.4V*15*3 =18V。该电流就应当达到略超过此值的电压。如果没有电流通过,则极有可能是一个旁路二极管受损。

现在要做的是找到这个受损二极管在哪个模块上。为此目的,我们需要相当高的电压和高度的谨慎。如果只有一个二极管受损,那么在上述示例中,为未受损的二极管仅需17.6V 而非18V 的电压。在受损的二极管上,电流此时应逆向通过太阳能电池板。在24个电池板上的击穿电压约为336V。也就是说,需要400V左右的电压才能驱动2.5A的电流。该电流将会相对快速地加热所寻找的电池板,然后这个热量又可以通过一部热成像仪显示出来。由于电池板在“击穿”运行下承受极大负荷,所以在屋顶搜索的时间不宜过长。此外,与未加热模块的温度差足以使受损模块能够很快找到。如果在一个串联支路上有多个二极管损坏,事情就变得有些困难,因为电压总要增强约340V (上述示例)。采用pvServe 可以在不算太长的模块串上最多找到3个受损二极管 (最大电压: 1000V)。如果有更多的二极管损坏,则只有将模块串拆分为多个短串并分别测试。

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