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光伏行業(yè)已是拉動國民經(jīng)濟的最強勁引擎，光伏組件是光伏電站的主體。旁路二極管反并聯(lián)于電池串兩端，能有效的防止電池片因熱斑而燒毀。旁路二極管體積小，看似微不足道，但其可靠性對光伏組件的正常運行，甚至對整個電力系統(tǒng)的安全產(chǎn)生直接影響。隨著電池片尺寸的增大帶來電流的提升，電氣安全風(fēng)險也在增加，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致接線盒、背板等材料燒毀，甚至引發(fā)火災(zāi)，給光伏電站帶來損失。本文旨在解讀旁路二極管的基本特性和其在光伏組件中的運用，以及阿特斯通過優(yōu)化接線盒設(shè)計，嚴(yán)苛熱逃逸實驗選型以提升組件運行的可靠性能。

一、旁路二極管的基本特性

旁路二極管的電子學(xué)名是肖特基二極管，是一種金屬和半導(dǎo)體接合形成肖特基勢壘而具備了電氣的單向?qū)ㄌ匦浴?br />
肖特基二極管的單向?qū)ㄔ砣缦聢D所示：
由于肖特基二極管是金屬和半導(dǎo)體接觸，沒有PN二極管的電荷存儲機制，在切換電場時，不存在存儲電荷要先被消耗掉的時間等待，所以肖特基二極管的開關(guān)響應(yīng)速度非?？欤@也是肖特基二極管被選中作為旁路二極管的重要原因之一。當(dāng)電池片發(fā)生熱斑時，大電流能被立刻旁路掉，起到最快的保護作用。當(dāng)熱斑消失時，旁路二極管能立刻恢復(fù)截止?fàn)顟B(tài)，組件恢復(fù)最大功率輸出，所以肖特基二極管超高的開關(guān)響應(yīng)頻率也正好切中了組件的應(yīng)用場景需求。

肖特基二極管相比于PN二極管，還具有較低的正向?qū)妷旱奶匦?，原因在于金半接觸形成的肖特基結(jié)的飽和漏電流包含3種模型(隧穿電流/載流子發(fā)射/鏡像力)豐富于PN二極管的單一的少數(shù)載流子漂移漏電流模型，所以在同等條件下，肖特基二極管相比于PN二極管會表現(xiàn)出更高的漏電流。根據(jù)二極管的電流方程ID = Is · [ e^(VD / VT) - 1]，其中VD為施加的電壓，VT為溫度電壓當(dāng)量(此為一常數(shù)，常溫下約為26mV)，當(dāng)正向電壓 VD 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 VT，-1可省略，上述公式可簡化為：ID= Is · e^(VD / VT)，可以換算成VD=VT*Ln(ID/ Is)。舉例，相同的ID肖特基二極管和PN二極管的Is約分別為10-5mA和10-9mA，按照前面公式估算出來的VD(PN) ≈2*VD(SB)，可以看到肖特基二極管相比于PN二極管具有較低的正向?qū)妷??；谝陨显?，?dāng)熱斑發(fā)生時，肖特基二極管導(dǎo)通的啟動電壓低，大電流可以瞬間旁路掉，起到對熱斑電池片的保護作用。

二、旁路二極管的熱失控

旁路二極管通常的失效模式是承受不住高溫和大電流的考驗，當(dāng)組件部分電池片被遮擋導(dǎo)致旁路二極管導(dǎo)通后，正向大電流使得二極管迅速發(fā)熱而容易擊穿。IEC 61215標(biāo)準(zhǔn)里面有關(guān)二極管結(jié)溫測試，用以檢測二極管性能，然而這項檢測還不能完全評價旁路二極管的可靠性。比如遮擋移除后，二極管仍有擊穿現(xiàn)象發(fā)生，究其原因是因為遮擋移除瞬間，二極管從正向?qū)ㄗ儞Q為反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管本身保持較高溫度，在反向漏電流下繼續(xù)發(fā)熱。此時，若接線盒散熱良好，則二極管溫度逐漸降低至正常，否則溫度繼續(xù)上升，直至二極管熱擊穿而失效，被稱為熱失控。阿特斯對此做了深入研究，通過嚴(yán)苛熱逃逸測試來評估接線盒和二極管是否滿足使用要求。

三、旁路二極管的熱逃逸測試

IEC62979：2017對光伏組件的旁路二極管的熱逃逸實驗做了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。測試的基本方法是在高溫環(huán)境下持續(xù)正向?qū)ù箅娏鬟_(dá)到二極管穩(wěn)定狀態(tài)后，瞬間切換電壓成二極管反向截止，比較電壓切換前后二極管的溫度。如果正向?qū)〞r的溫度高于反向截止時的溫度，則說明二極管反向截止漏電流產(chǎn)生的熱能夠順暢逃逸不會導(dǎo)致二極管結(jié)溫繼續(xù)升高，即二極管未發(fā)生熱失控，反之二極管結(jié)溫會持續(xù)升高而導(dǎo)致熱失控，同時監(jiān)控到漏電流降低，并且熱逃逸測試后的二極管的正向和反向特性與初始測量相比沒有明顯的變化，則認(rèn)為熱逃逸測試通過。

IEC62979：2017定義的幾個重要測試條件如下：

01、實驗環(huán)境溫度:

90±2℃(屋頂類組件)，75±2℃(開放支架類)

02、正向電流:

1.25倍STC下組件短路電流

03、正向穩(wěn)定狀態(tài):

二極管溫度穩(wěn)定在(+0.3℃，-0℃)保持10分鐘

04、反向偏置電壓:

數(shù)值等同STC下二極管對應(yīng)串的開路電壓

05、正反向切換時間:

≤10ms

通常情況下，切換電壓數(shù)秒后，即可觀察到二極管是否熱失控。在某些臨界情況下，溫度變化很小，測試必須持續(xù)至少2分鐘。

下圖是熱失控時的溫度變化曲線：
下圖是熱可控時的溫度變化曲線：

阿特斯遵循IEC62979標(biāo)準(zhǔn)實施熱逃逸測試，在高溫測試環(huán)境箱內(nèi)，給接線盒通1.25倍的短路電流(雙面組件電流同時考慮背面增益因子)，持續(xù)一個小時確保二極管經(jīng)受住高溫和大電流考驗并處于穩(wěn)定狀態(tài)后，切斷電流瞬間施加反向電壓，檢測接線盒和二極管的熱逃逸性能。阿特斯組件產(chǎn)品的接線盒和二極管通過了1200次循環(huán)的熱逃逸檢測，是業(yè)界對這項測試要求最嚴(yán)苛的公司之一。

阿特斯組件卓越的熱逃逸性能來源于接線盒優(yōu)異的盒體設(shè)計和二極管的選型，阿特斯選用高可靠性溝槽二極管和更優(yōu)導(dǎo)熱基座材料，可以保證更低的發(fā)熱和更快的散熱(二極管結(jié)溫可分別降低12℃和10℃)。同時二極管接線和基座實現(xiàn)了電阻焊，相對回流焊更加可靠，焊接點的熱阻更低，降低了二極管結(jié)溫5℃左右。

綜上所述，阿特斯通過優(yōu)秀的產(chǎn)品設(shè)計和嚴(yán)格的質(zhì)量管控，保證了組件長期安全的可靠性。

阿特斯在22年的發(fā)展歷程中始終堅守對客戶的承諾：為客戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品、服務(wù)和解決方案!憑著對這份初心的執(zhí)著和堅持，阿特斯產(chǎn)品贏得了全球客戶的認(rèn)可，以高質(zhì)量的產(chǎn)品和服務(wù)引領(lǐng)全球能源變革，共創(chuàng)陽光未來! 

原標(biāo)題：阿特斯 | 小器件，大作用！不可忽視的組件二極管