旁路二极管在光伏组件中的作用

　　一、热斑效应

　　一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。

　　二、Bypass diode的作用：

　　当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其它电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。

　　二、Bypass diode 选择原则：

　　１、耐压容量为最大反向工作电压的两倍；
        ２、电流容量为最大反向工作电流的两倍；
        ３、结温温度应高于实际结温温度；
        ４、热阻小；
        ５、压降小；

　　三、实际结温温度测量方法：

　　把组件放在75度烘箱中至热稳定，在二极管中通组件的实际短路电流，热稳定后（例如1h），测量二极管的表面温度，根据以下公式计算实际结温： Tj=Tcase + R*U*I

　　其中R为热阻系数，由二极管厂家给出，Tcase是二极管表面温度（用热电偶测出），U是二极管两端压降（实测值），I为组件短路电流。计算出的Tj不能超过二极管规格书上的结温范围。

　　四、旁路二极管对电路影响示意图：

 

　    当电池片正常工作时，旁路二极管反向截止，对电路不产生任何作用；若与旁路二极管并联的电池片组存在一个非正常工作的电池片时，整个线路电流将由最小电流电池片决定，而电流大小由电池片遮蔽面积决定，若反偏压高于电池片最小电压时，旁路二极管导通，此时，非正常工作电池片被短路。
　五、每个旁路二极管并联电池片数目的计算
１、旁路二极管电流容量最小应为：Ｉ＝４．７３×２＝８。４６Ａ
２、选用１０ＳＱ０３０型二极管最大返偏电压为：VRRM=30vＩＡＶ＝１０ＡＶＦ＝０。５５ＶＴＪ＝-５５－２００℃
３、耐压容量为３０Ⅴ的旁路二极管最多可保护１２５×１２５电池片数目为：Ｎ＝３０/（２×０。５１３）≈２９。２４即最多可保护２９片１２５×１２５电池片；
４、旁路二极管截止状态时存在反向电流，即暗电流，一般小于０。２微安；原则上每个电池片应并联一个旁路二极管，以便更好保护并减少在非正常状态下无效电池片数目，但因为旁路二极管价格成本的影响和暗电流损耗以及工作状态下压降的存在，对于硅电池，每十五个电池片可并联一个旁路二极管为最佳。

    Bypass diodes are not needed on 12 volt systems， optional on 24 volt， and should always be used on 36 volt or higher systems 遮蔽一个电池片与遮蔽两块电池片各一半的效果不同，所以遮蔽不可避免时，尽量使遮蔽尽可能多的电池，每个电池尽可能少的阴影。
      为了便于你的理解，这里先举个通俗的例子说明：假如供电电压一定为220V时，若居民用电量增加，例如在用电高峰时的夏天，各家各户空调、冰箱、电扇、电视机、电灯都开启，电气线路上的电流就增多，输电导线上的“电压降”就增加，使居民用户的电压降低到200V以下，用电器在低于额定电压下的条件就不能正常工作了，甚至空调打不起来，电视图像不稳定了。。.。 反之到了重大节日的深夜，工厂放假，居民睡了，用电量很少，这时导线里通过的电流很小，它上面的“电压降”很小，居民用户处的电压就超过220V，甚至可达到230V以上，这时你若起来开灯，由于外加电压超过额定电压甚多，用电器很容易被烧坏，特别是使用时间比较长的电灯，有时灯丝一下就被烧断了。。.。。 这都是“电压降”大与小惹的祸。可见，“电压降”就是电流通过线路时损耗了电力，产生的电压降落，称为“电压降”。
     “电压降”的产生是由于线路中电荷流动时遇到阻力而损耗了电力，造成了电压降落。二极管的压也是指的是它的PN结上的压降。如正向压降是由它的正向导通内阻决定的，但有一定的曲线，并不是像纯电阻一样的，即使是在导通状态下，也不都是一条直线。当电源电压变大时，电流升高，正向压降会相应升高一些。而反向压降在一定范围内基本不变，当反向电压达到击穿电压以后会突然增大。
      二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。
      1. 正向特性。在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。
       2. 反向特性。在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。

在太阳能组件上，一块组件根据需要会并联若干个二极管，现在假设由于某一串电池片由于被遮挡，会出现热斑效应，此时该串电池片会被旁路掉，二极管正向导通，另外几个电池串仍能够正常工作。
      上述是相当资料上的说明，现在我有以下问题请教各位前辈：
      1、假设被旁路掉的电池片（称坏串）被完全遮挡，意思就是这个电池串完全到不起发电的作用，这个电池串就相当于一个PN结静态状态，此时P极多空穴，N极多电子，PN结簿层有一个自建内电场，P侧带负电，N侧带正电，对外保持电中性，当该坏串接入电池组时，其它电池正常发电，此时加在这个坏串上的两端的电压有势差，即P极电压高于N极电压（我想象的，不知道对不对），此时坏串才有可能作为耗电部件存在，有P向N的正向电流通电，耗电发热，直到烧掉该坏串。基于此假设，旁路二极管才起到旁路的作用，由于旁路二极管电阻与坏串相比可以忽略不计，电流正向导通，二极管相当于一要导线把电流从坏串中引流掉，坏串不再工作发热。上述理解是否正确，请给于指正。
     2、请高手解释一下，N个电池片串联时，电压等于每个电池片的两端电压之和，假设低电位端电势为零，那就是一个一个的池片电压向高处爬升，如果用PN电池片的原理来解释，该怎么解释啊。现假设每一块电池电伏一样为V第一块电池片的N极电压为V0，P端电压V，那么第二块电池N端电压也为V（串联），第二块P端电压为2V，请解释一下，第二块电池的工作原理，假设不接第三块了。这个问题很专业，这里有一点资料不知可否用上旁路二极管常用在光伏电池组件上，用串上并联旁路二极管的方法来减轻热斑的影响。首先来看看热斑的形成原理：被遮挡的电池片不再发电，自身相当于一个消耗电阻；在其两端产生S-1 片电池片的方向偏压，如无旁路二极管保护，则组件电流流过后将产生热量。组件的正向I-V特性曲线和被遮挡的电池片的反向I-V特性曲线相交出形成的阴影为电池片的最大消耗功率。在太阳电池（串）两端并联旁路二极管，旁路二极管开始工作，将被遮挡的一串电池片旁路掉，组件电流从旁路二极管流过，保证组件工作正常，并保护了被遮挡的电池片不会被损坏。即使这样，被旁路掉的那部分电池串中没有被遮盖的电池片也无法正常发电，是一种损失。
    另外，由于旁路二极管是并联方式连接在一串电池片两端，常态下二极管处于反向截至状态，反向压降取决于反向压降约为：0.5N V（一串电池片的数量N），由二极管反向电流特性知，二极管反偏时有漏电流经过，此电流很小，一般在微安级。反向电偏置电压和温度对反向电流的影响。温度及反向偏置压降对IR 的影响；温度升高使得IR 成倍地升高，同样，反向压降的增加可以导致二极管漏电流的增加。所以理想状态下是每片电池片加旁路二极管一只，但在实际应用中，没有厂家会这么做，只能是在在满足组件使用要求的情况下，统筹考虑每个旁路二极管旁路的太阳电池数量。这样以来，对旁路二极管的性能要求就尤为重要了。
     由于大多数二极管安装在接线盒内，盒内受有限的散热空间及接线盒结构和材料的限制，要求二极管的热性能一定要好，关于二极管的热性能，IEC61215 10.18节有旁路二极管热性能试验专门介绍。
热斑发生时，组件电流基本上都流经旁路二极管，有电流流过就会有热产生，同时，由于接线盒内的二极管发热也对接线盒提出了要求：接线盒要具备好的耐热和好的散热特性。出于对二极管的热性能考虑，对于二极管的选择，主要参数要遵循一下几点：
1、热阻系数小越小越好；
2、正向压降越小越好；
3、正向耐电流越大越好；
4、反向电流越小越好；
5、温度特性曲线要好；6、
ESD性能要好（参照IEC61000-4-2静电放电抗扰度试验标准）；
     另外，旁路二极管在接线盒内的安装，限于接线盒内的空间和环境，从接线盒方面考虑，主要考虑如何将热量传导出去：
1、二极管选择管脚焊接方式安装，管脚大面积接触导热体散热效果会好于点接触的插装二极管；
2、接线盒内灌灌封胶体，增强散热性能，此时，导热体、密封胶均能够对二极管热量起到传到作用。
      公司最近在做IEC61730认证，认证的组件一共有2种：一种是72片单晶硅组件，另一种是72片多晶硅组件。两种组件都是选用同一种接线盒，接线盒内旁路二极管选用的型号是MBR3045CT。单晶硅组件通过认证所有测试，组件各部件正常。多晶硅在工厂内检测，以及初测时曲线、电性能参数均正常。但经过部分测试后（具体测试项目，对方未告之），很多样品都只有1/3或2/3的功率。返回工厂，去掉灌封胶后发现二极管有发黑现象。用万用表检查二极管发现其处于导通状态，初步判断是由于二极管损坏导致此次认证失败。我们以往经验是二极管工作电流应该是组件短路电流的1.5倍以上，此型MBR3045CT二极管工作电流30A，耐压45V，而多晶硅组件的短路电流最多也不超过10A。按理来说我们留有的余量很充足，但是为什么会出现这种情况？我想请问各位通过认证，或者对电子类有经验的同仁能否给个比较明白的解释？到底是我们选用的二极管不对，还是我们组件有什么问题？在做认证的同时我们还要注意些其他的什么事项？劳烦各位指教了～！