一种光伏旁通二极管可靠性评估装置与方法

摘要

本发明公开了一种光伏旁通二极管可靠性评估装置与方法，其特征是，包括接线盒、旁路二极管、热电偶和电池；所述旁路二极管反向并联在所述电池的两端；所述接线盒包括盒体、电极和盖子；所述旁路二极管设置在所述电极之间；所述盖子上设置有两个用于放置所述热电偶的小孔。本发明通过将环境箱和双极电源结合起来，模拟三种典型情况下旁路二极管的工作情况，通过对实验结果的分析建立一个较为合理的旁路二极管的可靠性评估体系，弥补国内在旁路二极管可靠性评估方面的不足，为企业根据外界环境选择合适的旁路二极管提供了依据，减少光伏组件因为非均匀辐照所造成的损失。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光伏旁通二极管可靠性评估装置与方法，属于电子测量技术领域。

背景技术

随着这几年国内太阳能光伏工业迅速发展，然后，随着光伏系统安装容量的快速增长，光伏系统的运行安全性和可靠性问题逐渐显露，因此，开展光伏组件中旁通二极管的可靠性评估体系研究，对提升光伏组件的可靠性和寿命都是非常重要的，也为旁通二极管的生产和选择提供了依据。

非均匀辐照下，较低辐照下的单体光伏电池输出电流变小，使得其两端处于反向偏置，从而产生局部过热现象，这就是热斑现象，这种现象会消耗组件的功率，严重的话甚至可能造成光伏组件的永久失效。同时，为了减少这种现象对组件的损害，通常会在组件两端反向并联一个旁路二极管，当光伏电池严重反向偏置时，用于保护光伏电池、防止其产生过高偏置电压的旁通二极管，将处于正向工作导通状态，其产生的大量热使二极管迅速升温，长时间运行也将产生可靠性问题。现在我国的一些光伏测试机构，如国家光伏检测中心等，也开展了一些光伏可靠性的测试评估工作，但是在旁通二极管的可靠性方面没有一个较为系统的评估方法。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在旁通二极管的可靠性方面较为系统的评估装置和方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种光伏旁通二极管可靠性评估装置，其特征是，包括接线盒、旁路二极管、热电偶和电池；所述旁路二极管反向并联在所述电池的两端；所述接线盒包括盒体、电极和盖子；所述旁路二极管设置在所述电极之间；所述盖子上设置有两个用于放置所述热电偶的小孔。

前述热电偶与所述旁路二极管的外壳相连接。

一种光伏旁通二极管可靠性评估方法，其特征是，按照以下步骤执行：

1）模拟组件单片电池被阴影静态遮挡的情况，将环境箱温度调至模拟温度，双极电源施加正偏电压，使旁通二极管在反向电流下开始工作，等待旁通二极管失效，记录下旁通二极管的温度以及测试的时间；

2）模拟短时间内有无阴影的情况，将环境箱温度调至模拟温度，双极电源按一定频率切换正偏电压和反偏电压，不断冲击旁通二极管，等待旁通二极管失效，记录下旁通二极管的温度及测试时间；

3）模拟组件不发生失配的情况，环境箱调至模拟温度，双极电源施加反偏电压，等待旁通二极管失效，记录下旁通二极管的温度和测试的时间；

4）研究旁通二极管特征性能参数在不同室内测试条件下变化规律，并与室外实际运行情况分析比较，确定以上三种可靠性测试需要持续的时间与环境箱温度参数、直流电源电压、电流参数的关系。

前述的一种光伏旁通二极管可靠性评估方法，其特征是，在步骤1）中，所述模拟温度为70℃-80℃。

前述的一种光伏旁通二极管可靠性评估方法，其特征是，在步骤2）中，所述模拟温度为70℃-80℃。

前述的一种光伏旁通二极管可靠性评估方法，其特征是，在步骤3）中，所述模拟温度为70℃-80℃。

本发明所达到的有益效果：本发明通过将环境箱和双极电源结合起来，模拟三种典型情况下旁路二极管的工作情况，通过对实验结果的分析建立一个较为合理的旁路二极管的可靠性评估体系，弥补国内在旁路二极管可靠性评估方面的不足，为企业根据外界环境选择合适的旁路二极管提供了依据，减少光伏组件因为非均匀辐照所造成的损失。

附图说明

图1是本发明的电路结构示意图；

图2是接线盒的结构示意图；

图3是旁路二极管加速老化试验原理图；

图4是光伏二极管正、反向转换试验电原理图。

图中附图标记的含义：

1-旁路二极管，2-接线盒，3-电池，4-盖子，5-盒体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种光伏旁通二极管可靠性评估装置，包括接线盒2、旁路二极管1、热电偶和电池3。接线盒2包括盒体5、电极和盖子4，旁路二极管1反向并联在电池的两端且设置在电极之间。盖子4上设置有两个用于放置热电偶的小孔。热电偶与旁路二极管1的外壳相连接。

本发明装置在传统的对定电压下电池的耐反向偏压能力测试的基础上，对光伏组件被静态遮挡、动态遮挡与有无遮挡交替工作条件下，旁通二极管的可靠性进行测试和评估。该评估方法为：通过计算机监测的环境箱工作温度，热电偶连接旁通二级管测得旁通二极管外壳的温度，双极电源的工作电压和电流，观察当旁通二极管失效时，工作的时间和旁通二极管的温度。确定在该温度和电源电压情况下旁通二极管的失效时间和温度。

具体按照以下步骤执行：

1）模拟组件单片电池被阴影静态遮挡的情况，将环境箱温度调至模拟温度，双极电源施加正偏电压，使旁通二极管在反向电流下开始工作，等待旁通二极管失效，记录下旁通二极管的温度以及测试的时间；模拟温度为70℃-80℃。

2）模拟短时间内有无阴影的情况（例如飞鸟的起落），将环境箱温度调至模拟温度，双极电源按一定频率切换正偏电压和反偏电压，不断冲击旁通二极管，等待旁通二极管失效，记录下旁通二极管的温度及测试时间；模拟温度为70℃-80℃。

3）模拟组件不发生失配的情况，环境箱调至模拟温度，双极电源施加反偏电压，等待旁通二极管失效，记录下旁通二极管的温度和测试的时间；模拟温度为70℃-80℃。

4）研究旁通二极管特征性能参数在不同室内测试条件下变化规律，并与室外实际运行情况分析比较，确定以上三种可靠性测试需要持续的时间与环境箱温度参数、直流电源电压、电流参数的关系。

如图3所示，我们可以通过调整环境箱子的温度以及双极电源的电压和电流的大小和方向来模拟组件在实际中的工作情况。

模拟步骤1）的情况：将接线盒放置在环境箱中，在旁路二极管两端引出电线，通过接线盒上方的圆孔，连接热电偶，用热电偶监测二极管外壳的温度，把接线盒放置到环境箱中，将环境箱温度稳定在75℃左右，将双极电源的正极连接接线盒的负极，通正向电流，使电流正向通过旁路二极管，将电源的电流调至电路的短路电流，用电脑记录和监测旁路二极管的外壳温度和电压，然后记录下二极管失效的时间，并计算出旁路二极管的结温温度。

模拟步骤2）的情况：将接线盒放置在环境箱中，在旁路二极管两端引出电线，通过接线盒上方的圆孔，连接热电偶，用热电偶监测旁路二极管外壳的温度，把接线盒放置到环境箱中，将环境箱温度稳定在75℃左右，将双极电源的正极连接接线盒的负极，通正向电流，使电流正向通过旁路二极管，将电源的电流调至电路的短路电流。假设该地区一天中飞鸟起落20次，每次停留30s，将双极电压设置成15s切换一次正负级，用电脑记录和监测旁路二极管的外壳温度和电压，然后记录下旁路二极管失效的时间，并计算出旁路二极管的结温温度。

模拟步骤3）的情况：将接线盒防止在环境箱中，在旁路二极管两端引出电线，通过接线盒上方的圆孔，连接热电偶，用热电偶监测旁路二极管外壳的温度，把接线盒放置到环境箱中，将环境箱温度稳定在75℃左右，将双极电源的正极连接接线盒的正极，通正向电流，使电流反向通过旁路二极管，将电源的电流调至电路的短路电流,用电脑记录和监测旁路二极管的外壳温度和电压，然后记录下旁路二极管失效的时间，并计算出旁路二极管的结温温度。

结合半导体电子元件性能衰减速率函数，研究不同加速条件下，旁通二极管测试需要持续的时间（加速老化时间）与测试温度、两端施加的正、反偏电压之间的关系，研究二极管特征参数在不同室内测试条件下的变化规律，并与室外实际运行情况进行比较，确定三种典型旁通二极管工作情况下，二极管室内加速测试的合理时间周期与强度。最后通过对实验结果的分析做出一个较为合理的旁路二极管的可靠性评估。

本发明通过将环境箱和双极电源结合起来，模拟三种典型情况下旁路二极管的工作情况，通过对实验结果的分析建立一个较为合理的旁路二极管的可靠性评估体系，弥补国内在旁路二极管可靠性评估方面的不足，为企业根据外界环境选择合适的旁路二极管提供了依据，减少光伏组件因为非均匀辐照所造成的损失。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。