旁路二极管

旁路二极管

为防止太阳能电池在强光下由于遮挡造成其中一些因为得不到光照而成为负载产生严重发热受损,因此在太阳能电池组件输出端的两极并联旁路二

极管。

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=30v ＩＡＶ＝１０ＡＶＦ＝０.５５Ｖ

ＴＪ＝-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。

几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。

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。