Wie kann festgestellt werden, ob die Dioden in einer Solaranlage beschädigt sind?

一, Die Kernrolle und das Fehlerrisiko von Dioden in Solarenergiesystemen
Arten und Funktionen von Dioden
Bypass-Diode: an beiden Enden des Batteriestrangs parallel geschaltet, bietet einen alternativen Strompfad, wenn einige Batteriezellen blockiert sind oder ausfallen, und vermeidet so den thermischen Punkteffekt (dauerhafte Beschädigung der Batteriezellen durch lokale Überhitzung).
Anti-Reverse-Ladediode: In Reihe zwischen dem Photovoltaik-Array und dem Controller geschaltet, verhindert sie, dass sich der Akku nachts oder an regnerischen Tagen rückwärts über das Photovoltaik-Panel entlädt, und schützt so die Batterielebensdauer.
Sperrdiode: Wird in Systemen mit mehreren Reihenparallelschaltungen verwendet, um zu verhindern, dass Strom in Reihen mit niedriger -Leistung zurückfließt, und gewährleistet so den unabhängigen Betrieb jeder Reihe.
Typische Folgen eines Diodenschadens
Der Heat-Spot-Effekt verstärkt sich: Nach dem Ausfall der Bypass-Diode halten die blockierten Batteriezellen weiterhin der Sperrspannung stand und die Temperatur kann auf über 200 Grad ansteigen, was zu einer Alterung des Verpackungsmaterials und sogar zu einer Entzündung führt.
Verringerung der Stromerzeugung des Systems: Ein Kurzschluss der Anti-Reverse-Ladediode kann dazu führen, dass sich der Akku nachts selbst entlädt, was zu einem täglichen Stromverlust von bis zu 5–10 % führt.
Gefahr von Geräteschäden: Der Ausfall der Sperrdiode kann zu Zirkulationen zwischen den Strings und zum Durchbrennen von Anschlüssen oder Kabeln führen.
2, Visuelle Manifestation und vorläufige Beurteilung des Diodenschadens
1. Erkennung von Anomalien im Erscheinungsbild
Erosionsspuren: Die Oberfläche einer normalen Diode ist glatt, aber nach einer Beschädigung können schwarze Brandspuren, Risse oder ein Schmelzen der Stifte auftreten (wie in Abbildung 1 dargestellt). Beispielsweise kam es bei einer 5-kW-Photovoltaikanlage aufgrund des Ausfalls der Bypass-Diode zu Karbonisierungsspuren am Anschluss.
Verpackungsverformung: Hohe Temperaturen führen zu einer Ausdehnung von Epoxidharz- oder Kunststoffverpackungen, was häufig bei langfristigen Überlastungs- oder Kurzschlussszenarien auftritt.
Farbveränderung: Dioden aus Siliziummaterial verändern sich bei hohen Temperaturen von Schwarz zu Grauweiß, was durch den Vergleich von Komponenten aus derselben Charge identifiziert werden kann.
2 Anomalien bei der Systemleistung
Unsymmetrische String-Spannung: Verwenden Sie ein Multimeter, um die Leerlaufspannung jedes Strings zu messen. Wenn die Spannung eines Strings erheblich niedriger ist als die anderer Strings (z. B. mehr als 10 % niedriger als der Nennwert), kann dies an einem Ausfall der Bypass-Diodenleitung liegen.
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), zeigt dies an, dass die Anti-Reverse-Ladediode kurzgeschlossen ist.
Abnormale Erwärmung: Das Infrarot-Wärmebildgerät erkennt die Oberflächentemperatur der Diode. Die normale Betriebstemperatur sollte unter 85 Grad liegen. Wenn die örtliche Temperatur 120 Grad übersteigt, sollte die Maschine sofort zur Inspektion angehalten werden.
3, Professionelle Erkennungsmethoden für Diodenschäden
1 Offline-Erkennung (Systemstromausfall)
Überdruckabfalltest:
Stellen Sie das Multimeter auf den Diodenmodus (oder 2V DC-Modus) ein.
Verbinden Sie den Pluspol mit der Anode der Diode und den Minuspol mit der Kathode und zeichnen Sie den Vorwärtsspannungsabfall (VF) auf.
Normal silicon diode VF should be 0.5-0.7V, and Schottky diode VF should be 0.2-0.4V. If VF>1V oder zeigt OL (offener Stromkreis) an, es zeigt an, dass die Diode einen offenen Stromkreis hat; Wenn VF<0.1V, there may be a short circuit caused by breakdown.
Prüfung des Rückwärtsableitstroms:
Verwenden Sie ein hochpräzises Multimeter (z. B. Fluke 87V) im μA-Bereich.
Schließen Sie die Diode umgekehrt an (wobei der Pluspol mit der Kathode und der Minuspol mit der Anode verbunden ist) und legen Sie eine Umkehrspannung (z. B. 20 V) an.
Der normale Sperrableitstrom einer Diode sollte weniger als 1 μ A betragen. Wenn er mehr als 10 μ A beträgt, weist dies auf eine Verschlechterung der Isolationsleistung hin.
2 Online-Erkennung (System unter Spannung)
Dynamische Stromüberwachung:
Verwenden Sie ein Oszilloskop, um die Spannungswellenform an der Diode zu erfassen.
Die normale Bypass-Diode befindet sich in einem umgekehrten Sperrzustand, wenn der String normal ist und die Spannung nahe an der Leerlaufspannung des Strings liegt. Wenn der Strang blockiert ist, leitet die Diode in Vorwärtsrichtung und die Spannung fällt auf etwa VF.
Wenn die Wellenform kontinuierliche Vorwärtsleitungs- oder Rückwärtsableitstromschwankungen aufweist, deutet dies auf eine Diodenparameterdrift hin.
Positionierung der Infrarot-Wärmebildkamera:
Scannen Sie den Diodenbereich mit einer Infrarot-Wärmebildkamera, wenn ausreichend Sonnenlicht vorhanden ist.
Die normale Diodentemperatur sollte in der Nähe der Umgebungskomponenten liegen. Wenn die örtliche Temperatur mehr als 20 Grad beträgt, kann es aufgrund erhöhter Leitungsverluste zu einer Überhitzung kommen.
4, Ursachenanalyse und vorbeugende Maßnahmen bei Diodenschäden
1 Häufige Schadensursachen
Überspannungsstoß: Blitzeinschläge oder Netzschwankungen führen dazu, dass die Sperrspannung der Diode den Nennwert überschreitet (z. B. wenn der VRRM von 1N4007 1000 V beträgt, ist für die tatsächliche Verwendung ein Spielraum von 20 % erforderlich).
Überstrom und Überhitzung: Eine unsachgemäße String-Anpassung führt dazu, dass einige Dioden über einen längeren Zeitraum übermäßigen Strom führen (z. B. wenn der Auslegungsstrom 10 A beträgt, tatsächlich aber 15 A fließen).
Herstellungsfehler: virtuelle Löt- oder Chiprisse in der inneren Metallisierungsschicht der Diode, die im Anfangsstadium schwer zu erkennen sind und nach dem Betrieb allmählich versagen.
Umweltbedingte Korrosion: In Küstengebieten oder Gebieten mit hoher Luftfeuchtigkeit führt die Oxidation der Diodenstifte zu einem erhöhten Kontaktwiderstand und einer beschleunigten Alterung aufgrund des lokalen Temperaturanstiegs.
2 Präventions- und Wartungsstrategien
Auswahloptimierung:
Der Nennstrom der Bypass-Diode sollte größer oder gleich dem 1,25-fachen des Kurzschlussstroms des Strings sein, und die Sperrspannung sollte größer oder gleich dem 1,5-fachen der maximalen Spannung des Systems sein.
Die Anti-Reverse-Ladediode sollte als Typ mit niedriger VF (z. B. SB5100, VF=0.45V) ausgewählt werden, um den nächtlichen Stromverbrauch zu reduzieren.
Installationsspezifikationen:
Die Länge des Verbindungskabels zwischen der Diode und dem Batteriestrang sollte weniger als 30 cm betragen, um parasitäre Induktivitäten zu reduzieren.
The installation surface of the heat sink should be flat and coated with thermal conductive silicone grease (thermal conductivity>2W/m · K), um den thermischen Widerstand sicherzustellen<1 ℃/W.
Regelmäßige Prüfung:
Scannen Sie vierteljährlich wichtige Dioden mit einer Infrarot-Wärmebildkamera und erstellen Sie Temperaturaufzeichnungen.
Conduct offline testing once a year to replace components with VF deviation>10 % oder Leckstrom über dem Standard.
5, Fallstudie: Fehlerbehebung von Diodenfehlern in einer 10-kW-Photovoltaikanlage
1. Fehlerphänomen
Nach 3 Jahren Systembetrieb sank die Stromerzeugung im Vergleich zum gleichen Zeitraum um 15 % und die Spannung des Nachtbatteriesatzes sank von 51,2 V auf 49,8 V.

2. Untersuchungsprozess
Aussehensprüfung: Es wurde festgestellt, dass die Verpackung der Bypass-Diode in Strang 2 leicht ausgebeult war und an den Stiften Oxidationsspuren auftraten.
Offline-Testen:
Der Vorwärtsspannungsabfalltest zeigt VF=1.2V (Normalwert 0,6 V), was auf einen Anstieg des Einschaltwiderstands hinweist.
Der Rückwärtsableitstromtest beträgt 5 μA (Normalwert).<1 μ A), and the insulation performance decreases.
Überprüfung auf Systemebene:
Nach dem Austausch der defekten Diode erreichte die Spannung von String 2 wieder das gleiche Niveau wie die der anderen Strings (36,5 V).
Nachts blieb die Spannung des Akkupacks stabil bei 51,0 V und die Stromerzeugung stieg auf 98 % des Auslegungswerts.
Ursachenanalyse
Falsche Auswahl: Der ursprüngliche Nennstrom der Diode betrug 8 A, aber der tatsächliche Kurzschlussstrom des Strings erreichte 10 A, was die Alterung aufgrund langfristiger Überlastung beschleunigte.
Unzureichende Wärmeableitung: Kein Kühlkörper installiert, die Sperrschichttemperatur der Diode übersteigt für längere Zeit 125 Grad.