一種光伏旁通二極體可靠性評估裝置與方法
2023-12-04 00:19:51
一種光伏旁通二極體可靠性評估裝置與方法
【專利摘要】本發明公開了一種光伏旁通二極體可靠性評估裝置與方法，其特徵是，包括接線盒、旁路二極體、熱電偶和電池；所述旁路二極體反向並聯在所述電池的兩端；所述接線盒包括盒體、電極和蓋子；所述旁路二極體設置在所述電極之間；所述蓋子上設置有兩個用於放置所述熱電偶的小孔。本發明通過將環境箱和雙極電源結合起來，模擬三種典型情況下旁路二極體的工作情況，通過對實驗結果的分析建立一個較為合理的旁路二極體的可靠性評估體系，彌補國內在旁路二極體可靠性評估方面的不足，為企業根據外界環境選擇合適的旁路二極體提供了依據，減少光伏組件因為非均勻輻照所造成的損失。
【專利說明】一種光伏旁通二極體可靠性評估裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光伏旁通二極體可靠性評估裝置與方法，屬於電子測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著這幾年國內太陽能光伏工業迅速發展，然後，隨著光伏系統安裝容量的快速增長，光伏系統的運行安全性和可靠性問題逐漸顯露，因此，開展光伏組件中旁通二極體的可靠性評估體系研究，對提升光伏組件的可靠性和壽命都是非常重要的，也為旁通二極體的生產和選擇提供了依據。
[0003]非均勻輻照下，較低輻照下的單體光伏電池輸出電流變小，使得其兩端處於反向偏置，從而產生局部過熱現象，這就是熱斑現象，這種現象會消耗組件的功率，嚴重的話甚至可能造成光伏組件的永久失效。同時，為了減少這種現象對組件的損害，通常會在組件兩端反向並聯一個旁路二極體，當光伏電池嚴重反向偏置時，用於保護光伏電池、防止其產生過高偏置電壓的旁通二極體，將處於正向工作導通狀態，其產生的大量熱使二極體迅速升溫，長時間運行也將產生可靠性問題。現在我國的一些光伏測試機構，如國家光伏檢測中心等，也開展了一些光伏可靠性的測試評估工作，但是在旁通二極體的可靠性方面沒有一個較為系統的評估方法。
【發明內容】
[0004]為解決現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種在旁通二極體的可靠性方面較為系統的評估裝置和方法。
[0005]為了實現上述目標，本發明採用如下的技術方案:
一種光伏旁通二極體可靠性評估裝置，其特徵是，包括接線盒、旁路二極體、熱電偶和電池；所述旁路二極體反向並聯在所述電池的兩端；所述接線盒包括盒體、電極和蓋子；所述旁路二極體設置在所述電極之間；所述蓋子上設置有兩個用於放置所述熱電偶的小孔。
[0006]前述熱電偶與所述旁路二極體的外殼相連接。
[0007]一種光伏旁通二極體可靠性評估方法，其特徵是，按照以下步驟執行:
1)模擬組件單片電池被陰影靜態遮擋的情況，將環境箱溫度調至模擬溫度，雙極電源施加正偏電壓，使旁通二極體在反向電流下開始工作，等待旁通二極體失效，記錄下旁通二極體的溫度以及測試的時間；
2)模擬短時間內有無陰影的情況，將環境箱溫度調至模擬溫度，雙極電源按一定頻率切換正偏電壓和反偏電壓，不斷衝擊旁通二極體，等待旁通二極體失效，記錄下旁通二極體的溫度及測試時間；
3)模擬組件不發生失配的情況，環境箱調至模擬溫度，雙極電源施加反偏電壓，等待旁通二極體失效，記錄下旁通二極體的溫度和測試的時間；
4)研究旁通二極體特徵性能參數在不同室內測試條件下變化規律，並與室外實際運行情況分析比較，確定以上三種可靠性測試需要持續的時間與環境箱溫度參數、直流電源電壓、電流參數的關係。
[0008]前述的一種光伏旁通二極體可靠性評估方法，其特徵是，在步驟I)中，所述模擬溫度為 70°C -80°C。
[0009]前述的一種光伏旁通二極體可靠性評估方法，其特徵是，在步驟2)中，所述模擬溫度為 70°C -80°C。
[0010]前述的一種光伏旁通二極體可靠性評估方法，其特徵是，在步驟3)中，所述模擬溫度為 70°C -80°C。
[0011]本發明所達到的有益效果:本發明通過將環境箱和雙極電源結合起來，模擬三種典型情況下旁路二極體的工作情況，通過對實驗結果的分析建立一個較為合理的旁路二極體的可靠性評估體系，彌補國內在旁路二極體可靠性評估方面的不足，為企業根據外界環境選擇合適的旁路二極體提供了依據，減少光伏組件因為非均勻輻照所造成的損失。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的電路結構示意圖；
圖2是接線盒的結構示意圖；
圖3是旁路二極體加速老化試驗原理圖；
圖4是光伏二極體正、反向轉換試驗電原理圖。
[0013]圖中附圖標記的含義:
1-芳路二極體，2-接線盒，3-電池,4-蓋子,5-盒體。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。
[0015]一種光伏旁通二極體可靠性評估裝置，包括接線盒2、旁路二極體1、熱電偶和電池3。接線盒2包括盒體5、電極和蓋子4，旁路二極體I反向並聯在電池的兩端且設置在電極之間。蓋子4上設置有兩個用於放置熱電偶的小孔。熱電偶與旁路二極體I的外殼相連接。
[0016]本發明裝置在傳統的對定電壓下電池的耐反向偏壓能力測試的基礎上，對光伏組件被靜態遮擋、動態遮擋與有無遮擋交替工作條件下，旁通二極體的可靠性進行測試和評估。該評估方法為:通過計算機監測的環境箱工作溫度，熱電偶連接旁通二級管測得旁通二極體外殼的溫度，雙極電源的工作電壓和電流，觀察當旁通二極體失效時，工作的時間和旁通二極體的溫度。確定在該溫度和電源電壓情況下旁通二極體的失效時間和溫度。
[0017]具體按照以下步驟執行:
I)模擬組件單片電池被陰影靜態遮擋的情況，將環境箱溫度調至模擬溫度，雙極電源施加正偏電壓，使旁通二極體在反向電流下開始工作，等待旁通二極體失效，記錄下旁通二極體的溫度以及測試的時間；模擬溫度為70°c -80°c。
[0018]2)模擬短時間內有無陰影的情況(例如飛鳥的起落)，將環境箱溫度調至模擬溫度，雙極電源按一定頻率切換正偏電壓和反偏電壓，不斷衝擊旁通二極體，等待旁通二極體失效，記錄下旁通二極體的溫度及測試時間；模擬溫度為70°C -80°C。
[0019]3)模擬組件不發生失配的情況，環境箱調至模擬溫度，雙極電源施加反偏電壓，等待旁通二極體失效，記錄下旁通二極體的溫度和測試的時間；模擬溫度為70°C _80°C。
[0020]4)研究旁通二極體特徵性能參數在不同室內測試條件下變化規律，並與室外實際運行情況分析比較，確定以上三種可靠性測試需要持續的時間與環境箱溫度參數、直流電源電壓、電流參數的關係。
[0021]如圖3所示，我們可以通過調整環境箱子的溫度以及雙極電源的電壓和電流的大小和方向來模擬組件在實際中的工作情況。
[0022]模擬步驟I)的情況:將接線盒放置在環境箱中，在旁路二極體兩端引出電線，通過接線盒上方的圓孔，連接熱電偶，用熱電偶監測二極體外殼的溫度，把接線盒放置到環境箱中，將環境箱溫度穩定在75°C左右，將雙極電源的正極連接接線盒的負極，通正向電流，使電流正向通過旁路二極體，將電源的電流調至電路的短路電流，用電腦記錄和監測旁路二極體的外殼溫度和電壓，然後記錄下二極體失效的時間，並計算出旁路二極體的結溫溫度。
[0023]模擬步驟2)的情況:將接線盒放置在環境箱中，在旁路二極體兩端引出電線，通過接線盒上方的圓孔，連接熱電偶，用熱電偶監測旁路二極體外殼的溫度，把接線盒放置到環境箱中，將環境箱溫度穩定在75°C左右，將雙極電源的正極連接接線盒的負極，通正向電流，使電流正向通過旁路二極體，將電源的電流調至電路的短路電流。假設該地區一天中飛鳥起落20次，每次停留30s，將雙極電壓設置成15s切換一次正負級，用電腦記錄和監測旁路二極體的外殼溫度和電壓，然後記錄下旁路二極體失效的時間，並計算出旁路二極體的結溫溫度O
[0024]模擬步驟3)的情況:將接線盒防止在環境箱中，在旁路二極體兩端引出電線，通過接線盒上方的圓孔，連接熱電偶，用熱電偶監測旁路二極體外殼的溫度，把接線盒放置到環境箱中，將環境箱溫度穩定在75°C左右，將雙極電源的正極連接接線盒的正極，通正向電流，使電流反向通過旁路二極體，將電源的電流調至電路的短路電流，用電腦記錄和監測旁路二極體的外殼溫度和電壓，然後記錄下旁路二極體失效的時間，並計算出旁路二極體的結溫溫度。
[0025]結合半導體電子元件性能衰減速率函數，研究不同加速條件下，旁通二極體測試需要持續的時間(加速老化時間)與測試溫度、兩端施加的正、反偏電壓之間的關係，研究二極體特徵參數在不同室內測試條件下的變化規律，並與室外實際運行情況進行比較，確定三種典型旁通二極體工作情況下，二極體室內加速測試的合理時間周期與強度。最後通過對實驗結果的分析做出一個較為合理的旁路二極體的可靠性評估。
[0026]本發明通過將環境箱和雙極電源結合起來，模擬三種典型情況下旁路二極體的工作情況，通過對實驗結果的分析建立一個較為合理的旁路二極體的可靠性評估體系，彌補國內在旁路二極體可靠性評估方面的不足，為企業根據外界環境選擇合適的旁路二極體提供了依據，減少光伏組件因為非均勻輻照所造成的損失。
[0027]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種光伏旁通二極體可靠性評估裝置，其特徵是，包括接線盒、旁路二極體、熱電偶和電池；所述旁路二極體反向並聯在所述電池的兩端；所述接線盒包括盒體、電極和蓋子；所述旁路二極體設置在所述電極之間；所述蓋子上設置有兩個用於放置所述熱電偶的小孔。
2.根據權利要求2所述的一種光伏旁通二極體可靠性評估裝置，其特徵是，所述熱電偶與所述旁路二極體的外殼相連接。
3.一種光伏旁通二極體可靠性評估方法，其特徵是，按照以下步驟執行: 1)模擬組件單片電池被陰影靜態遮擋的情況，將環境箱溫度調至模擬溫度，雙極電源施加正偏電壓，使旁通二極體在反向電流下開始工作，等待旁通二極體失效，記錄下旁通二極體的溫度以及測試的時間； 2)模擬短時間內有無陰影的情況，將環境箱溫度調至模擬溫度，雙極電源按一定頻率切換正偏電壓和反偏電壓，不斷衝擊旁通二極體，等待旁通二極體失效，記錄下旁通二極體的溫度及測試時間； 3)模擬組件不發生失配的情況，環境箱調至模擬溫度，雙極電源施加反偏電壓，等待旁通二極體失效，記錄下旁通二極體的溫度和測試的時間； 4)研究旁通二極體特徵性能參數在不同室內測試條件下變化規律，並與室外實際運行情況分析比較，確定以上三種可靠性測試需要持續的時間與環境箱溫度參數、直流電源電壓、電流參數的關係。
4.根據權利要求3所述的一種光伏旁通二極體可靠性評估方法，其特徵是，在步驟I)中，所述模擬溫度為70°C -80°C。
5.根據權利要求3所述的一種光伏旁通二極體可靠性評估方法，其特徵是，在步驟2)中，所述模擬溫度為70°C -80°C。
6.根據權利要求3所述的一種光伏旁通二極體可靠性評估方法，其特徵是，在步驟3)中，所述模擬溫度為70°C -80°C。
【文檔編號】H02S50/10GK104052399SQ201410275894
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】張臻, 周嘉言 申請人:河海大學常州校區