Kādas novirzes fotoelektriskajās sistēmās var izraisīt diožu novecošanās?

1, Diodes novecošanas tehniskie cēloņi un fiziskie mehānismi
Diožu novecošanās ir materiāla degradācijas un elektriskā termiskā sprieguma kombinētās darbības rezultāts, un tā galvenie cēloņi ir:

Siltuma sprieguma uzkrāšanās: fotoelektrisko moduļu darba temperatūras diapazons parasti ir no -40 grādiem līdz +85 grādiem, bet apvada diožu savienojuma temperatūra var pārsniegt 125 grādus, kad tie atrodas vadošā stāvoklī (piemēram, ēnotā stāvoklī). Ilgtermiņa augstas temperatūras vide paātrinās silīcija režģa defektu izplatīšanos, kā rezultātā katru gadu palielināsies tiešā sprieguma kritums (Vf). Eksperimentālie dati liecina, ka Šotkija diožu Vf, kas darbojas 5 gadus, var palielināties no sākotnējiem 0,3 V līdz 0,5 V, vadotspējas zudumam palielinoties par 67%.
Elektriskā sprieguma trieciens: pārejošs pārspriegums, ko rada zibens spērieni un slēdžu darbības (piemēram, maksimālais spriegums, kas pārsniedz 100 V EL detektoros), var izraisīt diodes PN spailes bojājumus, radot slēptus bojājumus. Atsevišķā fotoelektriskās elektrostacijas gadījumā 30% apvada diožu pēc zibens spēriena tika novērots apgrieztās noplūdes strāvas (Ir) pieaugums no μA līdz mA, kā rezultātā ievērojami palielinājās komponentu termiskās noplūdes risks.
Materiāla oksidēšanās un piesārņojums: Ja sadales kārba ir slikti noslēgta, ūdens tvaiku iekļūšana var paātrināt diodes tapu oksidēšanos, izraisot kontakta pretestības (Rc) pieaugumu no miliomiem līdz omiem. Laboratorijas tests parādīja, ka oksidēto diožu kontakta pretestība var palielināt komponentu sērijveida pretestību (Rs) par 15% un samazināt aizpildījuma koeficientu (FF) par 8%.
2, komponentu līmeņa anomālija: no efektivitātes samazināšanās līdz termiskai bēgšanai
Diodes novecošanās ietekme uz fotoelementu moduļiem ir tieši atspoguļota elektrisko veiktspējas parametru pasliktināšanās un siltuma pārvaldības kļūmē:

Samazināta elektroenerģijas ražošanas efektivitāte: tiešā sprieguma krituma palielināšanās tieši palielinās vadītspējas zudumus. Kā piemēru ņemot strāvu 20A, kad Vf palielinās no 0,3 V līdz 0,5 V, vienas caurules enerģijas patēriņš palielinās no 6 W līdz 10 W, kā rezultātā komponenta izejas jauda samazinās par 4%. Ja virknē ir vairākas diodes, kumulatīvie zaudējumi var pārsniegt 10%.
The hot spot effect intensifies: an increase in reverse leakage current (Ir>10 μ A) liks aizsprostotajiem akumulatora elementiem turpināt patērēt elektrisko enerģiju, kā rezultātā lokāla temperatūra paaugstināsies. Lauka tests parādīja, ka diode ar Ir=50 μA izraisīja bloķētā akumulatora elementa temperatūru par 25 grādiem augstāku nekā parasti, paātrinot akumulatora elementa plaisāšanu un iepakojuma materiāla novecošanos.
Sadales kārbas izdegšanas risks: kontakta pretestības (Rc) un vadīšanas sprieguma krituma (Vf) dubultā palielināšanās var izraisīt apburto ciklu: Rc palielinās, izraisot lokālu apsildi → paaugstinās diodes savienojuma temperatūra → Vf palielinās → sildīšana kļūst spēcīgāka. Elektrostacijas korpusā diode ar Rc=0.5 Ω radīja 20 W siltuma zudumus pie 20 A strāvas, galu galā aizdedzinot sadales kārbas izolācijas materiālu.
3, sistēmas līmeņa anomālija: no virkņu neatbilstības līdz elektroenerģijas ražošanas zudumam
Diodes novecošanas ietekme uz fotoelektriskajām sistēmām tiks pastiprināta, izmantojot kaskādes efektus:

Virknes neatbilstības zudums: novecojošas diodes izraisa komponentu apakšvirkņu atvērtās ķēdes sprieguma (Voc) trūkumu, izraisot "pakāpei līdzīgus" kropļojumus virknes I-V līknē. 1MW fotoelektriskās spēkstacijas simulācija parāda, ka, novecojot 5% apvaddiožu, virknes maksimālā jaudas punkta (MPP) jaudas zudumi sasniedz 3,2%, un ikgadējā elektroenerģijas ražošana samazinās par aptuveni 28 000 kWh.
Samazināta invertora efektivitāte: sērijas izejas sprieguma svārstības liks pārveidotājam bieži pielāgot savu darbības punktu, samazinot konversijas efektivitāti. Eksperimentālie dati liecina, ka, sprieguma svārstību diapazonam palielinoties no ± 2% līdz ± 5%, invertora efektivitāte samazinās no 98,5% līdz 97,2%.
Līdzstrāvas puses drošības apdraudējums: novecojošas diodes var radīt līdzstrāvas loka rašanās risku. Kad diode ir atvērta ķēdē, virknes strāva ir spiesta iziet cauri citiem ceļiem (piemēram, metāla kronšteiniem), veidojot loka izlādi. Ugunsnelaimes izmeklēšanā konstatēts, ka diodes atvērtā ķēde sadales kārbā bija tiešs līdzstrāvas sānu loka cēlonis.
4, noteikšana un diagnostika: no manuālas pārbaudes līdz inteliģentai uzraudzībai
Lai risinātu diožu novecošanas problēmu, ir jāizveido daudzlīmeņu noteikšanas sistēma:

Infrasarkanās termiskās attēlveidošanas noteikšana: izmantojot augstas -precizitātes termiskās attēlveidošanas ierīci, kas uzstādīta dronam (piemēram, Zenith H30T ar izšķirtspēju 1280 × 1024), sadales kārbā var noteikt neparastu temperatūru. Faktiskais noteiktas spēkstacijas mērījums parāda, ka parastā diodes temperatūra ir par 10-15 grādiem augstāka nekā apkārtējā vidē, savukārt novecojošās diodes temperatūra var būt augstāka par vairāk nekā 30 grādiem.
Elektriskās veiktspējas parametru pārbaude: izmantojiet IV līknes testeri, lai savāktu komponenta I-V datus un atrastu bojātās diodes, analizējot funkciju “solis”. Piemēram, diodes īssavienojums var izraisīt apakšvirknes Voc zudumu, savukārt novecojošas diodes var izraisīt neparastus soļu slīpumus.
Online monitoring system: Deploy intelligent junction boxes (such as integrated MSOP8 controller type ideal diodes) to monitor parameters such as Vf, Ir, Tc (junction temperature) in real-time. A demonstration project has reduced the detection time of diode faults from a monthly level to an hourly level by using threshold alarms (such as Vf>0.45V or Ir>5 μ A).
5, reaģēšanas stratēģija: no pasīvās aizstāšanas līdz proaktīvai profilaksei
Materiālu un procesa optimizācija: tiek izvēlēti materiāli ar plašu joslas atstarpi (piemēram, SiC Schottky diodes), kuru Vf ir 0,2 V un temperatūras pretestība līdz 175 grādiem; Izmantojot lāzera metināšanas tehnoloģiju, lai samazinātu saskares pretestību, eksperimenti ir parādījuši, ka lāzera metināšana var samazināt Rc par 80%.
Liekais dizains: Sadales kārbā ir pievienotas paralēlās rezerves diodes, kas automātiski pārslēdzas, kad galvenā diode sabojājas. Noteikta ražotāja produkts samazina atteices līmeni no 0,5% gadā līdz 0,1% / gadā, izmantojot divu diožu konstrukciju.
Inteliģenta darbības un apkopes sistēma: izveidojiet diodes kalpošanas laika prognozēšanas modeli un aprēķiniet atlikušo kalpošanas laiku, pamatojoties uz darbības datiem, piemēram, pašreizējo plūsmas laiku un krustojuma temperatūras vēsturi. Atsevišķa spēkstacija, izmantojot lielo datu analīzi, ir pagarinājusi diožu nomaiņas ciklu no 5 gadiem līdz 7 gadiem, samazinot ekspluatācijas un apkopes izmaksas par 30%.