Kokius sutrikimus fotovoltinėse sistemose gali sukelti diodų senėjimas?

1, Techninės diodų senėjimo priežastys ir fiziniai mechanizmai
Diodų senėjimas yra bendro medžiagų degradacijos ir elektrinio terminio įtempio rezultatas, o pagrindinės jo priežastys yra šios:

Šiluminės įtampos kaupimasis: fotovoltinių modulių veikimo temperatūros diapazonas paprastai yra nuo -40 laipsnių iki +85 laipsnio, tačiau aplinkkelio diodų jungties temperatūra gali viršyti 125 laipsnius, kai jie yra laidžioje būsenoje (pvz., kai tamsesni). Ilgalaikė aukštos temperatūros aplinka paspartins silicio gardelės defektų sklaidą, todėl kiekvienais metais didės tiesioginės įtampos kritimas (Vf). Eksperimentiniai duomenys rodo, kad 5 metus veikiančių Schottky diodų Vf gali padidėti nuo pradinio 0,3 V iki 0,5 V, o laidumo praradimas padidės 67%.
Elektros įtempio smūgis: dėl trumpalaikio viršįtampio, kurį sukelia žaibo smūgiai ir jungikliai (pvz., didžiausia įtampa, viršijanti 100 V EL detektoriuose), gali sugesti diodo PN gnybtas ir sukelti paslėptus pažeidimus. Tam tikru fotovoltinės elektrinės atveju 30% aplinkkelio diodų po žaibo smūgio patyrė atvirkštinės nuotėkio srovės (Ir) padidėjimą nuo μ A iki mA, todėl labai padidėjo komponentų šiluminio pabėgimo rizika.
Medžiagos oksidacija ir tarša: kai jungiamoji dėžutė yra prastai sandari, vandens garų įsiskverbimas gali pagreitinti diodų kaiščių oksidaciją, todėl kontaktinė varža (Rc) gali padidėti nuo miliomų iki omų. Laboratorinis tyrimas parodė, kad oksiduotų diodų kontaktinė varža gali padidinti komponentų serijinę varžą (Rs) 15%, o užpildymo koeficientą (FF) sumažinti 8%.
2, komponento lygio anomalija: nuo efektyvumo sumažėjimo iki terminio pabėgimo
Diodų senėjimo įtaka fotovoltiniams moduliams tiesiogiai atsispindi elektros našumo parametrų pablogėjimu ir šilumos valdymo gedimu:

Sumažėjęs energijos gamybos efektyvumas: Padidėjęs tiesioginės įtampos kritimas tiesiogiai padidins laidumo nuostolius. Pavyzdžiui, 20 A srovė, kai Vf padidėja nuo 0,3 V iki 0,5 V, vieno vamzdžio energijos suvartojimas padidėja nuo 6 W iki 10 W, todėl komponento išėjimo galia sumažėja 4 %. Jei stygoje yra keli diodai, bendras nuostolis gali viršyti 10%.
The hot spot effect intensifies: an increase in reverse leakage current (Ir>10 μ A) užblokuoti akumuliatoriaus elementai ir toliau vartos elektros energiją, todėl vietinė temperatūra pakils. Lauko bandymas parodė, kad diodas su Ir=50 μ A užblokuoto akumuliatoriaus elemento temperatūrą 25 laipsniais aukštesnė nei įprasta, todėl akumuliatoriaus elemento įtrūkimai ir pakavimo medžiagos senėjimas paspartėjo.
Skirstomosios dėžutės perdegimo pavojus: dvigubai padidinus kontaktinę varžą (Rc) ir laidumo įtampos kritimą (Vf), gali atsirasti užburtas ciklas: Rc didėja, sukeldamas vietinį šildymą → diodo jungties temperatūra pakyla → Vf toliau didėja → kaitinimas tampa sunkesnis. Elektrinės korpuse diodas su Rc=0.5 Ω sugeneravo 20 W šilumos nuostolių esant 20 A srovei, galiausiai uždegdamas jungties dėžutės izoliacinę medžiagą.
3, sistemos lygio anomalija: nuo stygų neatitikimo iki energijos gamybos praradimo
Diodų senėjimo poveikis fotovoltinėms sistemoms bus sustiprintas dėl kaskadinių efektų:

Stygų neatitikimo praradimas: dėl senėjimo diodų trūksta komponentų poeilių atvirosios grandinės įtampos (Voc), todėl eilutės I-V kreivė iškraipoma kaip žingsnis. 1MW fotovoltinės elektrinės modeliavimas rodo, kad senstant 5% aplinkkelio diodų, maksimalus galios taško (MPP) stygos galios nuostolis siekia 3,2%, o metinė elektros gamyba sumažėja apie 28000 kWh.
Sumažėjęs keitiklio efektyvumas: serijos išėjimo įtampos svyravimai privers keitiklį dažnai reguliuoti savo veikimo tašką, o tai sumažins konversijos efektyvumą. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad kai įtampos svyravimo diapazonas išplečiamas nuo ± 2% iki ± 5%, keitiklio efektyvumas sumažėja nuo 98,5% iki 97,2%.
Nuolatinės srovės pusės saugos pavojus: dėl senėjimo diodų gali kilti nuolatinės srovės lanko atsiradimo pavojus. Kai diodas yra atviroje grandinėje, stygos srovė yra priversta eiti kitais keliais (pvz., Metaliniais laikikliais), sudarydama lankinį išlydį. Gaisro nelaimingo atsitikimo tyrimo metu nustatyta, kad tiesioginė nuolatinės srovės šoninio lanko priežastis buvo atvira diodo grandinė jungiamojoje dėžutėje.
4, aptikimas ir diagnostika: nuo rankinio patikrinimo iki pažangaus stebėjimo
Norint išspręsti diodų senėjimo problemą, reikia sukurti kelių{0}pakopų aptikimo sistemą:

Infraraudonųjų spindulių terminio vaizdo aptikimas: naudojant didelio-tikslumo šiluminio vaizdo įrenginį, pritvirtintą prie drono (pvz., Zenith H30T, kurio skiriamoji geba yra 1280 × 1024), galima nustatyti neįprastą temperatūrą jungiamojoje dėžutėje. Faktinis tam tikros elektrinės matavimas rodo, kad normali diodo temperatūra yra 10-15 laipsnių aukštesnė nei aplinkos, o senėjimo diodo temperatūra gali būti didesnė nei 30 laipsnių.
Elektrinio veikimo parametrų tikrinimas: naudokite IV kreivės testerį, kad rinktumėte komponento I-V duomenis ir rastumėte sugedusius diodus, analizuodami „žingsnio“ funkciją. Pavyzdžiui, dėl diodo trumpojo jungimo gali dingti postygė Voc, o senstantys diodai gali sukelti nenormalius žingsnių nuolydžius.
Online monitoring system: Deploy intelligent junction boxes (such as integrated MSOP8 controller type ideal diodes) to monitor parameters such as Vf, Ir, Tc (junction temperature) in real-time. A demonstration project has reduced the detection time of diode faults from a monthly level to an hourly level by using threshold alarms (such as Vf>0.45V or Ir>5 μ A).
5, Reagavimo strategija: nuo pasyvaus pakeitimo iki aktyvios prevencijos
Medžiagų ir proceso optimizavimas: pasirenkamos plačios juostos medžiagos (pvz., SiC Schottky diodai), kurių Vf yra tik 0,2 V ir atsparumas temperatūrai iki 175 laipsnių; Naudojant lazerinio suvirinimo technologiją kontaktiniam pasipriešinimui sumažinti, eksperimentai parodė, kad suvirinimas lazeriu gali sumažinti Rc 80%.
Perteklinė konstrukcija: jungiamojoje dėžutėje yra prijungti lygiagretūs atsarginiai diodai, kurie automatiškai persijungia, kai sugenda pagrindinis diodas. Tam tikro gamintojo gaminys sumažina gedimų dažnį nuo 0,5% per metus iki 0,1% per metus dėl dviejų diodų konstrukcijos.
Pažangi eksploatavimo ir priežiūros sistema: sukurkite diodo veikimo prognozės modelį ir apskaičiuokite likusį tarnavimo laiką pagal eksploatacinius duomenis, tokius kaip esamas srauto laikas ir sankryžos temperatūros istorija. Tam tikra elektrinė pratęsė diodų keitimo ciklą nuo 5 iki 7 metų, atlikdama didelių duomenų analizę, sumažindama eksploatavimo ir priežiūros išlaidas 30%.