Bagaimana cara menentukan apakah dioda pada sistem energi surya rusak?

一, Peran inti dan risiko kesalahan dioda dalam sistem energi surya
Jenis dan fungsi dioda
Dioda bypass: dihubungkan secara paralel di kedua ujung rangkaian baterai, memberikan jalur alternatif untuk arus ketika beberapa sel baterai terhalang atau rusak, menghindari efek titik termal (kerusakan permanen pada sel baterai yang disebabkan oleh panas berlebih lokal).
Dioda pengisian daya anti terbalik: Dihubungkan secara seri antara susunan fotovoltaik dan pengontrol, ini mencegah baterai dari pemakaian secara terbalik melalui panel fotovoltaik di malam hari atau pada hari hujan, sehingga melindungi masa pakai baterai.
Dioda pemblokiran: digunakan dalam beberapa sistem paralel seri untuk mencegah arus mengalir kembali ke seri berdaya rendah, memastikan pengoperasian independen setiap seri.
Konsekuensi khas dari kerusakan dioda
Efek titik panas meningkat: Setelah kegagalan dioda bypass, sel baterai yang diblokir terus menahan tegangan balik, dan suhu dapat meningkat hingga lebih dari 200 derajat, menyebabkan penuaan pada bahan kemasan dan bahkan penyalaan.
Penurunan pembangkitan listrik sistem: Hubungan pendek dioda pengisian anti terbalik dapat menyebabkan baterai habis sendiri di malam hari, mengakibatkan hilangnya listrik setiap hari hingga 5% -10%.
Risiko kerusakan peralatan: Kerusakan dioda pemblokiran dapat menyebabkan sirkulasi antar senar, konektor atau kabel terbakar.
2, Manifestasi visual dan penilaian awal kerusakan dioda
1. Deteksi kelainan penampilan
Tanda erosi: Permukaan dioda normal halus, tetapi setelah rusak, tanda terbakar hitam, retak, atau pin meleleh mungkin muncul (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1). Misalnya, sistem fotovoltaik 5kW mengalami tanda karbonisasi pada konektor karena rusaknya dioda bypass.
Deformasi kemasan: Suhu tinggi menyebabkan perluasan resin epoksi atau kemasan plastik, yang biasa terlihat dalam skenario kelebihan beban atau korsleting jangka panjang.
Perubahan warna: Dioda bahan silikon akan berubah dari hitam menjadi abu-abu putih pada suhu tinggi, yang dapat diidentifikasi dengan membandingkan komponen dari batch yang sama.
2 Kelainan kinerja sistem
Tegangan senar tidak seimbang: Gunakan multimeter untuk mengukur tegangan rangkaian terbuka setiap senar. Jika tegangan satu rangkaian secara signifikan lebih rendah dibandingkan rangkaian lainnya (misalnya lebih dari 10% lebih rendah dari nilai pengenal), hal ini mungkin disebabkan oleh kegagalan konduksi dioda bypass.
Nighttime current backflow: In the absence of light, use a clamp ammeter to detect the output terminal of the photovoltaic array. If there is a reverse current (>0,1A), ini menunjukkan bahwa dioda pengisian anti terbalik mengalami hubungan pendek.
Pemanasan tidak normal: Perangkat pencitraan termal inframerah mendeteksi suhu permukaan dioda. Suhu pengoperasian normal harus di bawah 85 derajat. Jika suhu lokal melebihi 120 derajat, mesin harus segera dihentikan untuk diperiksa.
3, metode deteksi profesional untuk kerusakan dioda
1 Deteksi offline (kegagalan daya sistem)
Tes penurunan tekanan positif:
Atur multimeter ke mode dioda (atau mode 2V DC).
Hubungkan kutub positif ke anoda dioda dan kutub negatif ke katoda, lalu catat jatuh tegangan maju (VF).
Normal silicon diode VF should be 0.5-0.7V, and Schottky diode VF should be 0.2-0.4V. If VF>1V atau menampilkan OL (rangkaian terbuka), ini menunjukkan bahwa dioda adalah rangkaian terbuka; Jika VF<0.1V, there may be a short circuit caused by breakdown.
Tes arus bocor terbalik:
Gunakan multimeter-presisi tinggi (seperti Fluke 87V) dalam rentang μ A.
Hubungkan dioda secara terbalik (dengan kutub positif terhubung ke katoda dan kutub negatif terhubung ke anoda) dan berikan tegangan balik (misalnya 20V).
Arus bocor balik normal suatu dioda harus kurang dari 1 μA. Jika lebih besar dari 10 μA, hal ini menunjukkan penurunan kinerja isolasi.
2 Deteksi online (sistem diberi energi)
Pemantauan arus dinamis:
Gunakan osiloskop untuk menangkap bentuk gelombang tegangan melintasi dioda.
Dioda bypass normal berada dalam keadaan cutoff terbalik ketika rangkaiannya normal, dan tegangannya mendekati tegangan rangkaian terbuka dari rangkaian tersebut; Ketika string terhalang, dioda bekerja dalam arah maju dan tegangan turun menjadi sekitar VF.
Jika bentuk gelombang menunjukkan konduksi maju terus menerus atau fluktuasi arus bocor balik, ini menunjukkan penyimpangan parameter dioda.
Posisi pencitraan termal inframerah:
Pindai area dioda dengan pencitraan termal inframerah ketika terdapat cukup sinar matahari.
Suhu normal dioda harus mendekati suhu komponen disekitarnya. Jika suhu lokal lebih tinggi dari 20 derajat, hal ini dapat menyebabkan panas berlebih karena hilangnya konduksi yang meningkat.
4, Analisis akar penyebab dan tindakan pencegahan kerusakan dioda
1 Penyebab umum kerusakan
Lonjakan tegangan lebih: Sambaran petir atau fluktuasi jaringan menyebabkan tegangan balik dioda melebihi nilai pengenal (seperti ketika VRRM 1N4007 adalah 1000V, diperlukan margin 20% untuk penggunaan sebenarnya).
Arus berlebih dan panas berlebih: Pencocokan string yang tidak tepat menyebabkan beberapa dioda membawa arus berlebih dalam waktu lama (seperti arus desain 10A, namun sebenarnya mengalir 15A).
Cacat produksi: penyolderan virtual atau retakan chip pada lapisan metalisasi internal dioda, yang sulit dideteksi pada tahap awal dan secara bertahap gagal setelah pengoperasian.
Korosi lingkungan: Di daerah pesisir atau daerah dengan kelembapan tinggi, oksidasi pin dioda menyebabkan peningkatan resistensi kontak dan percepatan penuaan karena kenaikan suhu lokal.
2 Strategi pencegahan dan pemeliharaan
Pengoptimalan seleksi:
Arus pengenal dioda bypass harus lebih besar atau sama dengan 1,25 kali arus hubung singkat rangkaian, dan tegangan balik harus lebih besar atau sama dengan 1,5 kali tegangan maksimum sistem.
Dioda pengisian daya anti mundur harus dipilih sebagai jenis VF rendah (seperti SB5100, VF=0.45V) untuk mengurangi konsumsi daya di malam hari.
Spesifikasi instalasi:
Panjang kabel penghubung antara dioda dan rangkaian baterai harus kurang dari 30cm untuk mengurangi induktansi parasit.
The installation surface of the heat sink should be flat and coated with thermal conductive silicone grease (thermal conductivity>2W/m · K) untuk memastikan ketahanan termal<1 ℃/W.
Pengujian rutin:
Pindai dioda kunci dengan pencitraan termal inframerah setiap kuartal dan buat catatan suhu.
Conduct offline testing once a year to replace components with VF deviation>10% atau arus bocor melebihi standar.
5, Studi kasus: Pemecahan masalah kesalahan dioda dalam sistem fotovoltaik 10kW
1. Fenomena kesalahan
Setelah 3 tahun pengoperasian sistem, pembangkitan listrik menurun sebesar 15% dibandingkan periode yang sama, dan tegangan baterai malam hari turun dari 51,2V menjadi 49,8V.

2. Proses investigasi
Pemeriksaan penampilan: Ditemukan bahwa kemasan dioda bypass pada string 2 sedikit menggembung, dan terdapat tanda oksidasi pada pin.
Pengujian luring:
Uji penurunan tegangan maju menunjukkan VF=1.2V (nilai normal 0,6V), yang menunjukkan peningkatan resistansi.
Uji arus bocor balik adalah 5 μA (nilai normal<1 μ A), and the insulation performance decreases.
Verifikasi tingkat sistem:
Setelah mengganti dioda yang rusak, tegangan rangkaian 2 kembali ke level yang sama dengan rangkaian lainnya (36,5V).
Pada malam hari, tegangan baterai tetap stabil pada 51.0V, dan pembangkitan listrik meningkat hingga 98% dari nilai desain.
Analisis akar permasalahan
Pemilihan yang tidak tepat: Arus pengenal awal dioda adalah 8A, namun arus hubung pendek aktual dari string mencapai 10A, yang mempercepat penuaan akibat kelebihan beban jangka panjang.
Pembuangan panas tidak mencukupi: Tidak ada heat sink yang terpasang, suhu sambungan dioda melebihi 125 derajat untuk waktu yang lama.