Como determinar se os diodos de um sistema de energia solar estão danificados?

一, O papel central e o risco de falha dos diodos em sistemas de energia solar
Tipos e funções de diodos
Diodo de bypass: conectado em paralelo em ambas as extremidades da cadeia de baterias, fornecendo um caminho alternativo para a corrente quando algumas células da bateria estão obstruídas ou falham, evitando o efeito de ponto térmico (dano permanente às células da bateria causado por superaquecimento local).
Diodo de carga anti-reversa: Conectado em série entre o conjunto fotovoltaico e o controlador, evita que a bateria descarregue ao contrário através do painel fotovoltaico à noite ou em dias de chuva, protegendo a vida útil da bateria.
Diodo de bloqueio: usado em sistemas paralelos de múltiplas séries para evitar que a corrente retorne para séries de baixa-potência, garantindo a operação independente de cada série.
Consequências típicas de danos ao diodo
O efeito do ponto de calor se intensifica: Após a falha do diodo de bypass, as células da bateria bloqueadas continuam a suportar a tensão reversa e a temperatura pode subir para mais de 200 graus, levando ao envelhecimento do material de embalagem e até mesmo à ignição.
Diminuição da geração de energia do sistema: O curto-circuito do diodo de carregamento anti-reverso pode fazer com que a bateria se descarregue automaticamente à noite, resultando em uma perda diária de até 5% -10% de eletricidade.
Risco de danos ao equipamento: A quebra do diodo de bloqueio pode causar circulação entre strings, queimando conectores ou cabos.
2, Manifestação visual e julgamento preliminar de danos ao diodo
1. Detecção de anormalidade de aparência
Marcas de erosão: A superfície de um diodo normal é lisa, mas após danos, podem aparecer marcas pretas de queimadura, rachaduras ou pinos derretidos (como mostrado na Figura 1). Por exemplo, um sistema fotovoltaico de 5kW apresentou marcas de carbonização no conector devido à quebra do diodo de bypass.
Deformação da embalagem: a alta temperatura causa expansão da resina epóxi ou da embalagem plástica, comumente observada em situações de sobrecarga-de longo prazo ou curto-circuito.
Mudança de cor: Os diodos de material de silício mudarão de preto para branco acinzentado em altas temperaturas, o que pode ser identificado comparando componentes do mesmo lote.
2 Anormalidades de desempenho do sistema
Tensão de string desequilibrada: Use um multímetro para medir a tensão de circuito aberto de cada string. Se a tensão de uma cadeia for significativamente inferior à de outras cadeias (como mais de 10% inferior ao valor nominal), isso pode ser devido à falha na condução do diodo de 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), indica que o diodo de carga anti-reverso está em curto-circuito.
Aquecimento anormal: O dispositivo de imagem térmica infravermelha detecta a temperatura da superfície do diodo. A temperatura operacional normal deve estar abaixo de 85 graus. Se a temperatura local exceder 120 graus, a máquina deverá ser parada imediatamente para inspeção.
3, métodos de detecção profissionais para danos ao diodo
1 Detecção offline (falha de energia do sistema)
Teste de queda de pressão positiva:
Defina o multímetro para modo diodo (ou modo 2V DC).
Conecte o pólo positivo ao ânodo do diodo e o pólo negativo ao cátodo e registre a queda de tensão direta (VF).
Normal silicon diode VF should be 0.5-0.7V, and Schottky diode VF should be 0.2-0.4V. If VF>1V ou exibe OL (circuito aberto), indica que o diodo está em circuito aberto; Se FV<0.1V, there may be a short circuit caused by breakdown.
Teste de corrente de fuga reversa:
Use um multímetro de alta-precisão (como o Fluke 87V) na faixa μA.
Conecte o diodo de forma reversa (com o pólo positivo conectado ao cátodo e o pólo negativo conectado ao ânodo) e aplique uma tensão reversa (como 20V).
A corrente de fuga reversa normal de um diodo deve ser inferior a 1 μ A. Se for superior a 10 μ A, indica uma diminuição no desempenho do isolamento.
2 Detecção on-line (sistema energizado)
Monitoramento de corrente dinâmica:
Use um osciloscópio para capturar a forma de onda de tensão no diodo.
O diodo de bypass normal está em um estado de corte reverso quando a string está normal e a tensão está próxima da tensão de circuito aberto da string; Quando a corda está obstruída, o diodo conduz na direção direta e a tensão cai para cerca de VF.
Se a forma de onda mostrar condução direta contínua ou flutuações de corrente de fuga reversa, isso indica desvio de parâmetro do diodo.
Posicionamento de imagem térmica infravermelha:
Digitalize a área do diodo com um termovisor infravermelho quando houver luz solar suficiente.
A temperatura normal do diodo deve estar próxima dos componentes circundantes. Se a temperatura local for superior a 20 graus, poderá causar superaquecimento devido ao aumento da perda de condução.
4, Análise de causa raiz e medidas preventivas de danos ao diodo
1 Causas comuns de danos
Surto de sobretensão: Quedas de raios ou flutuações na rede fazem com que a tensão reversa do diodo exceda o valor nominal (como quando o VRRM de 1N4007 é 1000V, uma margem de 20% é necessária para o uso real).
Sobrecorrente e superaquecimento: A correspondência inadequada das strings faz com que alguns diodos transportem corrente excessiva por um longo período (como quando a corrente projetada é 10A, mas na verdade flui 15A).
Defeitos de fabricação: solda virtual ou trincas de cavacos na camada interna de metalização do diodo, que são difíceis de detectar no estágio inicial e falham gradativamente após a operação.
Corrosão ambiental: Em áreas costeiras ou com alta umidade, a oxidação dos pinos do diodo leva ao aumento da resistência de contato e ao envelhecimento acelerado devido ao aumento da temperatura local.
2 Estratégias de prevenção e manutenção
Otimização de seleção:
A corrente nominal do diodo de bypass deve ser maior ou igual a 1,25 vezes a corrente de curto-circuito da string e a tensão reversa deve ser maior ou igual a 1,5 vezes a tensão máxima do sistema.
O diodo de carregamento anti-reverso deve ser selecionado como um tipo de baixo VF (como SB5100, VF=0.45V) para reduzir o consumo de energia noturno.
Especificações de instalação:
O comprimento do fio de conexão entre o diodo e o conjunto de baterias deve ser inferior a 30 cm para reduzir a indutância parasita.
The installation surface of the heat sink should be flat and coated with thermal conductive silicone grease (thermal conductivity>2W/m · K) para garantir resistência térmica<1 ℃/W.
Testes regulares:
Digitalize os principais diodos com um termovisor infravermelho a cada trimestre e estabeleça registros de temperatura.
Conduct offline testing once a year to replace components with VF deviation>10% ou corrente de fuga excedendo o padrão.
5, Estudo de caso: Solução de problemas de falhas de diodo em um sistema fotovoltaico de 10kW
1. Fenômeno de falha
Após 3 anos de operação do sistema, a geração de energia diminuiu 15% em comparação com o mesmo período, e a tensão da bateria noturna caiu de 51,2 V para 49,8 V.

2. Processo de investigação
Inspeção de aparência: Verificou-se que a embalagem do diodo de bypass na string 2 estava ligeiramente saliente e havia marcas de oxidação nos pinos.
Teste off-line:
O teste de queda de tensão direta mostra VF=1.2V (valor normal 0,6V), indicando um aumento na resistência.
O teste de corrente de fuga reversa é de 5 μ A (valor normal<1 μ A), and the insulation performance decreases.
Verificação de nível de sistema:
Após a substituição do diodo defeituoso, a tensão do string 2 voltou ao mesmo nível dos demais strings (36,5V).
À noite, a tensão da bateria permaneceu estável em 51,0 V e a geração de energia aumentou para 98% do valor projetado.
Análise de causa raiz
Seleção inadequada: a corrente nominal original do diodo era de 8A, mas a corrente de-curto-circuito real da string atingiu 10A, o que acelerou o envelhecimento devido à sobrecarga-de longo prazo.
Dissipação de calor insuficiente: Nenhum dissipador de calor instalado, a temperatura da junção do diodo excede 125 graus por um longo tempo.