จะทราบได้อย่างไรว่าไดโอดในระบบพลังงานแสงอาทิตย์เสียหายหรือไม่?

一 บทบาทหลักและความเสี่ยงข้อผิดพลาดของไดโอดในระบบพลังงานแสงอาทิตย์
ประเภทและหน้าที่ของไดโอด
บายพาสไดโอด: เชื่อมต่อแบบขนานที่ปลายทั้งสองด้านของสายแบตเตอรี่ ทำให้มีทางเลือกสำหรับกระแสไฟเมื่อเซลล์แบตเตอรี่บางส่วนถูกกีดขวางหรือทำงานล้มเหลว หลีกเลี่ยงผลกระทบจากจุดความร้อน (ความเสียหายถาวรต่อเซลล์แบตเตอรี่ที่เกิดจากความร้อนสูงเกินไปในพื้นที่)
ไดโอดป้องกันการชาร์จแบบย้อนกลับ: เชื่อมต่อแบบอนุกรมระหว่างแผงเซลล์แสงอาทิตย์และตัวควบคุม โดยจะป้องกันไม่ให้ก้อนแบตเตอรี่คายประจุย้อนกลับผ่านแผงเซลล์แสงอาทิตย์ในเวลากลางคืนหรือในวันที่ฝนตก เพื่อปกป้องอายุการใช้งานแบตเตอรี่
ไดโอดบล็อค: ใช้ในระบบขนานหลายอนุกรมเพื่อป้องกันไม่ให้กระแสไหลกลับเข้าสู่อนุกรมกำลังต่ำ- เพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานแต่ละอนุกรมเป็นอิสระ
ผลที่ตามมาโดยทั่วไปของความเสียหายของไดโอด
ผลกระทบของจุดความร้อนทวีความรุนแรงมากขึ้น: หลังจากความล้มเหลวของไดโอดบายพาส เซลล์แบตเตอรี่ที่ถูกบล็อกยังคงทนทานต่อแรงดันไฟย้อนกลับ และอุณหภูมิอาจสูงขึ้นถึงมากกว่า 200 องศา ส่งผลให้วัสดุบรรจุภัณฑ์เสื่อมสภาพและแม้กระทั่งการติดไฟ
การสร้างพลังงานของระบบลดลง: การลัดวงจรของไดโอดการชาร์จแบบป้องกันการย้อนกลับอาจทำให้ก้อนแบตเตอรี่คายประจุเองในเวลากลางคืน ส่งผลให้สูญเสียกระแสไฟฟ้าสูงถึง 5% -10% ในแต่ละวัน
ความเสี่ยงต่อความเสียหายของอุปกรณ์: การปิดกั้นไดโอดอาจทำให้เกิดการไหลเวียนระหว่างสาย ขั้วต่อหรือสายเคเบิลไหม้
2 การแสดงภาพและการตัดสินเบื้องต้นเกี่ยวกับความเสียหายของไดโอด
1. การตรวจจับความผิดปกติของรูปลักษณ์
รอยการกัดเซาะ: พื้นผิวของไดโอดปกติจะเรียบ แต่หลังจากความเสียหาย อาจเกิดรอยไหม้สีดำ รอยแตกร้าว หรือการหลอมละลายของพินได้ (ดังแสดงในรูปที่ 1) ตัวอย่างเช่น ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ขนาด 5kW พบรอยถ่านที่ขั้วต่อเนื่องจากการพังทลายของไดโอดบายพาส
การเสียรูปของบรรจุภัณฑ์: อุณหภูมิสูงทำให้เกิดการขยายตัวของอีพอกซีเรซินหรือบรรจุภัณฑ์พลาสติก ซึ่งมักพบได้ในสถานการณ์ที่เกิดการโอเวอร์โหลดหรือไฟฟ้าลัดวงจรในระยะยาว-
การเปลี่ยนสี: ไดโอดวัสดุซิลิกอนจะเปลี่ยนจากสีดำเป็นสีเทาสีขาวที่อุณหภูมิสูง ซึ่งสามารถระบุได้โดยการเปรียบเทียบส่วนประกอบจากชุดเดียวกัน
2 ความผิดปกติของประสิทธิภาพระบบ
แรงดันไฟฟ้าที่สายไม่สมดุล: ใช้มัลติมิเตอร์เพื่อวัดแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของแต่ละสาย หากแรงดันไฟฟ้าของสายหนึ่งต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าของสายอื่นๆ อย่างมาก (เช่น ต่ำกว่าค่าที่กำหนดมากกว่า 10%) อาจเป็นเพราะความล้มเหลวของการนำไดโอดบายพาส
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) แสดงว่าไดโอดป้องกันการชาร์จแบบย้อนกลับลัดวงจร
ความร้อนที่ผิดปกติ: อุปกรณ์ถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดตรวจจับอุณหภูมิพื้นผิวของไดโอด อุณหภูมิในการทำงานปกติควรต่ำกว่า 85 องศา หากอุณหภูมิในพื้นที่เกิน 120 องศา ควรหยุดเครื่องทันทีเพื่อตรวจสอบ
3 วิธีการตรวจจับระดับมืออาชีพสำหรับความเสียหายของไดโอด
1 การตรวจจับแบบออฟไลน์ (ระบบไฟฟ้าขัดข้อง)
การทดสอบแรงดันตกคร่อมเชิงบวก:
ตั้งมัลติมิเตอร์ไปที่โหมดไดโอด (หรือโหมด 2V DC)
เชื่อมต่อขั้วบวกเข้ากับขั้วบวกของไดโอด และขั้วลบกับแคโทด และบันทึกแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้า (VF)
Normal silicon diode VF should be 0.5-0.7V, and Schottky diode VF should be 0.2-0.4V. If VF>1V หรือแสดง OL (วงจรเปิด) แสดงว่าไดโอดเป็นวงจรเปิด ถ้าเป็นวีเอฟ<0.1V, there may be a short circuit caused by breakdown.
การทดสอบกระแสไฟรั่วย้อนกลับ:
ใช้มัลติมิเตอร์ที่มีความแม่นยำสูง- (เช่น Fluke 87V) ในช่วง μ A
เชื่อมต่อไดโอดแบบย้อนกลับ (โดยให้ขั้วบวกเชื่อมต่อกับแคโทด และขั้วลบเชื่อมต่อกับแอโนด) และใช้แรงดันย้อนกลับ (เช่น 20V)
กระแสไฟรั่วย้อนกลับปกติของไดโอดควรน้อยกว่า 1 μ A หากมากกว่า 10 μ A แสดงว่าประสิทธิภาพของฉนวนลดลง
2 การตรวจจับออนไลน์ (เปิดใช้งานระบบ)
การตรวจสอบกระแสแบบไดนามิก:
ใช้ออสซิลโลสโคปเพื่อจับรูปคลื่นของแรงดันไฟฟ้าที่ข้ามไดโอด
ไดโอดบายพาสปกติอยู่ในสถานะตัดย้อนกลับเมื่อสายเป็นปกติ และแรงดันไฟฟ้าใกล้กับแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของสาย; เมื่อสายไฟถูกกีดขวาง ไดโอดจะเคลื่อนไปในทิศทางไปข้างหน้าและแรงดันไฟฟ้าจะลดลงเหลือประมาณ VF
ถ้ารูปคลื่นแสดงการนำไฟฟ้าไปข้างหน้าอย่างต่อเนื่องหรือความผันผวนของกระแสไฟรั่วแบบย้อนกลับ แสดงว่าพารามิเตอร์ของไดโอดเบี่ยงเบนไป
ตำแหน่งการถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรด:
สแกนพื้นที่ไดโอดด้วยกล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดเมื่อมีแสงแดดเพียงพอ
อุณหภูมิไดโอดปกติควรใกล้เคียงกับส่วนประกอบโดยรอบ หากอุณหภูมิในพื้นที่สูงกว่า 20 องศา อาจทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปเนื่องจากการสูญเสียการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น
4 การวิเคราะห์สาเหตุที่แท้จริงและมาตรการป้องกันความเสียหายของไดโอด
1 สาเหตุทั่วไปของความเสียหาย
ไฟกระชากแรงดันเกิน: ฟ้าผ่าหรือความผันผวนของกริดทำให้แรงดันย้อนกลับของไดโอดเกินค่าพิกัด (เช่น เมื่อ VRRM ของ 1N4007 คือ 1,000V ต้องใช้ส่วนต่าง 20% สำหรับการใช้งานจริง)
กระแสไฟเกินและความร้อนสูงเกินไป: การจับคู่สายอักขระที่ไม่เหมาะสมทำให้ไดโอดบางตัวส่งกระแสไฟมากเกินไปเป็นเวลานาน (เช่น เมื่อกระแสไฟออกแบบเป็น 10A แต่จริงๆ แล้วกระแสไหล 15A)
ข้อบกพร่องจากการผลิต: การบัดกรีเสมือนหรือรอยแตกของชิปในชั้นโลหะภายในของไดโอด ซึ่งตรวจพบได้ยากในระยะเริ่มแรกและค่อยๆ ล้มเหลวหลังการทำงาน
การกัดกร่อนต่อสิ่งแวดล้อม: ในพื้นที่ชายฝั่งทะเลหรือพื้นที่ที่มีความชื้นสูง การเกิดออกซิเดชันของหมุดไดโอดทำให้ความต้านทานการสัมผัสเพิ่มขึ้นและการเสื่อมสภาพเร็วขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิในท้องถิ่นที่เพิ่มขึ้น
2 กลยุทธ์การป้องกันและบำรุงรักษา
การเพิ่มประสิทธิภาพการเลือก:
กระแสไฟฟ้าที่กำหนดของไดโอดบายพาสควรมากกว่าหรือเท่ากับ 1.25 เท่าของกระแสลัดวงจร-ของสตริง และแรงดันย้อนกลับควรมากกว่าหรือเท่ากับ 1.5 เท่าของแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของระบบ
ควรเลือกไดโอดการชาร์จแบบป้องกันการย้อนกลับเป็นประเภท VF ต่ำ (เช่น SB5100, VF=0.45V) เพื่อลดการใช้พลังงานในเวลากลางคืน
ข้อกำหนดการติดตั้ง:
ความยาวของสายเชื่อมต่อระหว่างไดโอดและสายแบตเตอรี่ควรน้อยกว่า 30 ซม. เพื่อลดการเหนี่ยวนำปรสิต
The installation surface of the heat sink should be flat and coated with thermal conductive silicone grease (thermal conductivity>2W/m · K) เพื่อให้มั่นใจถึงความต้านทานความร้อน<1 ℃/W.
การทดสอบปกติ:
สแกนไดโอดหลักด้วยกล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดทุกๆ ไตรมาส และสร้างบันทึกอุณหภูมิ
Conduct offline testing once a year to replace components with VF deviation>10% หรือกระแสไฟรั่วเกินมาตรฐาน
5 กรณีศึกษา: การแก้ไขปัญหาข้อผิดพลาดของไดโอดในระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ขนาด 10kW
1. ปรากฏการณ์ข้อผิดพลาด
หลังจากการทำงานของระบบเป็นเวลา 3 ปี การผลิตไฟฟ้าลดลง 15% เมื่อเทียบกับช่วงเวลาเดียวกัน และแรงดันไฟฟ้าของชุดแบตเตอรี่ในเวลากลางคืนลดลงจาก 51.2V เป็น 49.8V

2. กระบวนการสอบสวน
การตรวจสอบลักษณะที่ปรากฏ: พบว่าบรรจุภัณฑ์ของบายพาสไดโอดในสาย 2 นูนเล็กน้อย และมีเครื่องหมายออกซิเดชันบนหมุด
การทดสอบออฟไลน์:
การทดสอบแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าจะแสดง VF=1.2V (ค่าปกติ 0.6V) ซึ่งบ่งบอกถึงการเพิ่มขึ้นของความต้านทาน
การทดสอบกระแสไฟรั่วย้อนกลับคือ 5 μ A (ค่าปกติ<1 μ A), and the insulation performance decreases.
การตรวจสอบระดับระบบ:
หลังจากเปลี่ยนไดโอดที่ชำรุด แรงดันไฟฟ้าของสาย 2 จะกลับสู่ระดับเดียวกับสายอื่นๆ (36.5V)
ในเวลากลางคืน แรงดันไฟฟ้าของก้อนแบตเตอรี่ยังคงคงที่ที่ 51.0V และการผลิตไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็น 98% ของมูลค่าการออกแบบ
การวิเคราะห์สาเหตุที่แท้จริง
การเลือกที่ไม่เหมาะสม: กระแสไฟพิกัดเดิมของไดโอดคือ 8A แต่กระแสไฟลัดวงจรจริง-ของสตริงถึง 10A ซึ่งทำให้การเสื่อมสภาพเร็วขึ้นเนื่องจากการโอเวอร์โหลด-ในระยะยาว
การกระจายความร้อนไม่เพียงพอ: ไม่มีการติดตั้งแผ่นระบายความร้อน อุณหภูมิจุดแยกไดโอดเกิน 125 องศาเป็นเวลานาน