光伏组件中的旁路二极管：特性、热失控与测试标准

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光伏组件中的旁路二极管：特性、热失控与测试标准

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https://www.elecfans.com/d/2278257.html

光伏行业已成为推动国民经济发展的强劲引擎，光伏组件作为光伏电站的核心组成部分，其稳定运行至关重要。旁路二极管虽体积小巧，却在光伏组件的安全运行中扮演着关键角色。本文将深入解读旁路二极管的基本特性和其在光伏组件中的具体应用，帮助读者全面了解这一重要组件的工作原理和实际运用。

一、旁路二极管的基本特性

旁路二极管是指在电池组件中反向并联于太阳能硅电池片组两端的二极管，能够有效防止硅电池片因热斑效应而烧毁，是光伏太阳能组件的重要组成部分。其主要作用是在电池片因遮挡等原因无法正常工作时，将电流旁路掉，避免局部过热导致的损坏。

肖特基二极管因其独特的单向导通原理被广泛应用于旁路二极管。由于肖特基二极管是金属和半导体接触，没有PN结二极管的电荷存储机制，在切换电场时，不存在存储电荷要先被消耗掉的时间等待，因此肖特基二极管的开关响应速度非常快。当电池片发生热斑时，大电流能被立刻旁路掉，起到最快的保护作用。当热斑消失时，旁路二极管能立刻恢复截止状态，组件恢复最大功率输出，所以肖特基二极管超高的开关响应频率也正好切中了组件的应用场景需求。

肖特基二极管相比于PN结二极管，还具有较低的正向导通电压的特性，原因在于金半接触形成的肖特基结的饱和漏电流包含3种模型（隧穿电流/载流子发射/镜像力）丰富于PN结二极管的单一的少数载流子漂移漏电流模型，所以在同等条件下，肖特基二极管相比于PN结二极管会表现出更高的漏电流。

二、旁路二极管的热失控

旁路二极管通常的失效模式是承受不住高温和大电流的考验，当组件部分电池片被遮挡导致旁路二极管导通后，正向大电流使得二极管迅速发热而容易击穿。IEC 61215标准里面有关二极管结温测试，用以检测二极管性能，然而这项检测还不能完全评价旁路二极管的可靠性。比如遮挡移除后，二极管仍有击穿现象发生，究其原因是因为遮挡移除瞬间，二极管从正向导通变换为反向截止状态，二极管本身保持较高温度，在反向漏电流下继续发热。此时，若接线盒散热良好，则二极管温度逐渐降低至正常，否则温度继续上升，直至二极管热击穿而失效，被称为热失控。

三、旁路二极管的热逃逸测试

IEC62979：2017对光伏组件的旁路二极管的热逃逸实验做了标准规范。测试的基本方法是在高温环境下持续正向导通大电流达到二极管稳定状态后，瞬间切换电压成二极管反向截止，比较电压切换前后二极管的温度。如果正向导通时的温度高于反向截止时的温度，则说明二极管反向截止漏电流产生的热能够顺畅逃逸不会导致二极管结温继续升高，即二极管未发生热失控，反之二极管结温会持续升高而导致热失控，同时监控到漏电流降低，并且热逃逸测试后的二极管的正向和反向特性与初始测量相比没有明显的变化，则认为热逃逸测试通过。

IEC62979：2017定义的几个重要测试条件如下：