Mitä poikkeavuuksia diodien ikääntyminen voi aiheuttaa aurinkosähköjärjestelmissä?

1, Diodien ikääntymisen tekniset syyt ja fyysiset mekanismit
Diodien ikääntyminen on seurausta materiaalin hajoamisen ja sähköisen lämpörasituksen yhteisvaikutuksesta, ja sen keskeisiä syitä ovat:

Lämpöjännityksen kertymä: Aurinkosähkömoduulien käyttölämpötila-alue on yleensä -40 astetta +85 asteeseen, mutta ohitusdiodien liitoslämpötila voi ylittää 125 astetta, kun ne ovat johtavassa tilassa (esimerkiksi varjostettuina). Pitkäaikainen korkean lämpötilan ympäristö kiihdyttää piihilavirheiden diffuusiota, mikä johtaa kasvavaan myötäsuuntaiseen jännitteen laskuun (Vf) vuosi vuodelta. Kokeelliset tiedot osoittavat, että Schottky-diodien Vf, jotka toimivat 5 vuotta, voi nousta alkuperäisestä 0,3 V:sta 0,5 V:iin, jolloin johtavuushäviö kasvaa 67 %.
Sähköshokki: Salamaniskujen ja kytkintoimintojen synnyttämä ohimenevä ylijännite (kuten EL-ilmaisimien huippujännite yli 100 V) voi aiheuttaa diodin PN-liittimen rikkoutumisen, mikä johtaa piilovaurioihin. Tietyssä aurinkovoimalaitoksen tapauksessa 30 % ohitusdiodeista koki käänteisen vuotovirran (Ir) piikkien μA:sta mA:iin salamaniskun jälkeen, mikä lisäsi merkittävästi komponenttien lämmön karkaamisen riskiä.
Materiaalin hapettuminen ja saastuminen: Kun kytkentärasia on huonosti tiivistetty, vesihöyryn tunkeutuminen voi kiihdyttää diodin nastojen hapettumista, jolloin kosketusresistanssi (Rc) nousee milliohmeista ohmiin. Laboratoriotesti osoitti, että hapettuneiden diodien kosketusresistanssi voi lisätä komponenttien sarjaresistanssia (Rs) 15 % ja vähentää täyttökerrointa (FF) 8 %.
2, Komponenttitason poikkeama: tehokkuuden heikkenemisestä lämpökarkaamiseen
Diodien ikääntymisen vaikutus aurinkosähkömoduuleihin heijastuu suoraan sähköisten suorituskykyparametrien heikkenemiseen ja lämmönhallinnan epäonnistumiseen:

Vähentynyt sähköntuotannon hyötysuhde: Myötäjännitehäviön lisääntyminen lisää suoraan johtavuushäviötä. Esimerkkinä 20 A:n virta, kun Vf kasvaa 0,3 V:sta 0,5 V:iin, yhden putken tehonkulutus kasvaa 6 W:sta 10 W:iin, mikä johtaa 4 %:n häviöön komponentin lähtötehossa. Jos merkkijonossa on useita diodeja, kumulatiivinen häviö voi ylittää 10 %.
The hot spot effect intensifies: an increase in reverse leakage current (Ir>10 μ A) saa tukkeutuneet akkukennot jatkamaan sähköenergian kuluttamista, mikä johtaa paikalliseen lämpötilan nousuun. Kenttätesti osoitti, että diodi, jonka Ir=50 μ A nosti tukkeutuneen akkukennon lämpötilan 25 astetta normaalia korkeammaksi, mikä kiihdytti akkukennon halkeilua ja pakkausmateriaalin vanhenemista.
Haaroitusrasian palamisvaara: Kosketinresistanssin (Rc) ja johtumisjännitteen pudotuksen (Vf) kaksinkertainen kasvu voi johtaa noidankehään: Rc kasvaa aiheuttaen paikallista kuumenemista → diodiliitoksen lämpötila nousee → Vf nousee edelleen → kuumeneminen muuttuu ankarammaksi. Voimalaitoksen tapauksessa diodi Rc=0.5 Ω synnytti 20 W lämpöhäviötä 20 A virralla, mikä lopulta sytytti kytkentärasian eristysmateriaalin.
3, Järjestelmän tason poikkeama: merkkijonojen yhteensopimattomuudesta sähköntuotannon menetykseen
Diodien ikääntymisen vaikutus aurinkosähköjärjestelmiin vahvistuu peräkkäisillä tehosteilla:

Merkkijonojen yhteensopivuushäviö: Vanhenevat diodit johtavat komponenttialijonojen avoimen piirin jännitteen (Voc) puuttumiseen, mikä aiheuttaa "askelmaisen" vääristymän merkkijonon I-V-käyrään. 1MW:n aurinkosähkövoimalaitoksen simulaatio osoittaa, että kun 5 % ohitusdiodeista vanhenee, ketjun maksimitehopisteen (MPP) tehohäviö saavuttaa 3,2 % ja vuotuinen sähköntuotanto pienenee noin 28000 kWh.
Invertterin tehon heikkeneminen: Sarjan lähtöjännitteen vaihtelut pakottavat invertterin säätämään usein toimintapistettään, mikä vähentää muunnostehokkuutta. Kokeelliset tiedot osoittavat, että kun jännitteen vaihtelualue laajenee ± 2 %:sta ± 5 %:iin, invertterin hyötysuhde laskee 98,5 %:sta 97,2 %:iin.
DC-puolen turvallisuusvaara: Vanhenevat diodit voivat aiheuttaa tasavirtakaaren vaaran. Kun diodi on avoin piiri, merkkijonovirta pakotetaan kulkemaan muiden reittien (kuten metallikiinnikkeiden) kautta muodostaen kaaripurkauksen. Paloonnettomuustutkinnassa todettiin, että kytkentärasian diodin avoin virtapiiri oli suora syy tasavirtasivukaareen.
4, Havaitseminen ja diagnoosi: Manuaalisesta tarkastuksesta älykkääseen valvontaan
Diodien ikääntymiseen liittyvän ongelman ratkaisemiseksi on rakennettava monitasoinen tunnistusjärjestelmä:

Infrapunalämpökuvauksen tunnistus: käyttämällä drooniin asennettua -tarkkaa lämpökuvauslaitetta (kuten Zenith H30T, jonka resoluutio on 1 280 × 1 024), liitäntärasian epänormaali lämpötila voidaan tunnistaa. Tietyn voimalaitoksen varsinainen mittaus osoittaa, että normaali diodin lämpötila on 10-15 astetta korkeampi kuin ympäristö, kun taas ikääntyvän diodin lämpötila voi olla yli 30 astetta korkeampi.
Sähköisen suorituskyvyn parametrien testaus: Käytä IV-käyrätesteriä komponenttien I-V-tietojen keräämiseen ja viallisten diodien paikantamiseen "vaihe"-ominaisuuden avulla. Esimerkiksi diodin oikosulku voi aiheuttaa alijonon Voc katoamisen, kun taas vanhenevat diodit voivat aiheuttaa epänormaalia askelten kaltevuutta.
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, Reagointistrategia: Passiivisesta korvaamisesta ennakoivaan ennaltaehkäisyyn
Materiaalien ja prosessin optimointi: valitaan laajakaistaiset materiaalit (kuten SiC Schottky-diodit), joiden Vf on niinkin alhainen kuin 0,2 V ja lämpötilankesto jopa 175 astetta; Kokeet ovat osoittaneet, että laserhitsaustekniikan avulla voidaan vähentää Rc:tä 80 %.
Redundantti rakenne: Kytkentärasiaan on kytketty rinnakkaiset varadiodit, jotka kytkeytyvät automaattisesti päädiodin vikaantuessa. Tietyn valmistajan tuote vähentää vikatiheyttä 0,5 %:sta/vuosi 0,1 %:iin/vuosi kaksoisdiodirakenteen ansiosta.
Älykäs käyttö- ja huoltojärjestelmä: Luo diodin käyttöiän ennustemalli ja laske jäljellä oleva käyttöikä käyttötietojen, kuten nykyisen virtausajan ja liitoslämpötilahistorian, perusteella. Tietty voimalaitos on pidentänyt diodien vaihtosykliä 5 vuodesta 7 vuoteen big data -analyysin avulla, mikä vähentää käyttö- ja ylläpitokustannuksia 30 %.