防反充和旁路二极管
防反充(防逆流)和旁路二极管
在太阳能电池方阵中，二极管是很重要的器件，常用的二极管基本都是硅整流二极管，在选用时要注意规格参数留有余量，防止击穿损坏。一般反向峰值击穿电压和最大工作电流都要取最大运行工作电压和工作电流的2倍以上。二极管在太阳能光伏发电系统中主要分为两类。
①防反充(防逆流)二极管防反充二极管的作用之一是防止太阳能电池组件或方阵在不发电时，蓄电池的电流反过来向组件或方阵倒送，不仅消耗能量，而且会使组件或方阵发热甚至损坏；作用之二是在电池方阵中，防止方阵各支路之间的电流倒送。这是因为串联各支路的输出电压不可能绝对相等，各支路电压总有高低之差，或者某一支路因为故障、阴影遮蔽等使该支路的输出电压降低，高电压支路的电流就会流向低电压支路，甚至会使方阵总体输出电压降低。在各支路中串联接人防反充二极管ds就可避免这一现象的发生。
在独立光伏发电系统中，有些光伏控制器的电路中已经接入了防反充二极管，即控制器带有防反充功能时，组件输出就不需要再接二极管了。
防反充二极管存在有正向导通压降，串联在电路中会有一定的功率消耗，一般使用的硅整流二极管管压降为0.7v左右，大功率管可达1～2v。肖特基二极管虽然管压降较低，为0.2～0.3v，但其耐压和功率都较小，适合小功率场合应用。
②旁路二极管当有较多的太阳能电池组件串联组成电池方阵或电池方阵的一个支路时，需要在每块电池板的正负极输出端反向并联1个(或2～3个)二极管db，这个并联在组件两端的二极管就叫旁路二极管。
旁路二极管的作用是防止方阵串中的某个组件或组件中的某一部分被阴影遮挡或出现故障停止发电时，在该组件旁路二极管两端会形成正向偏压使二极管导通，组件串工作电流绕过故障组件，经二极管旁路流过，不影响其他正常组件的发电，同时也保护被旁路组件受到
较高的正向偏压或由于“热斑效应”发热而损坏。
旁路二极管一般都直接安装在组件接线盒内，根据组件功率大小和电池片串的多少，安装1～3个二极管。其中采用一个旁路二极管，当该组件被遮挡或有故障时，组件将被全部旁路；分别采用2个和3个二极管将电池组件分段旁路，则当该组件的某一部分有故障时，可以做到只旁路组件的一半或1／3，其余部分仍然可以继续正常工作。
旁路二极管也不是任何场合都需要的，当组件单独使用或并联使用时，是不需要接二极管的。对于组件串联数量不多且工作环境较好的场合，也可以考虑不用旁路二极管。
太阳能电池板选择
太阳能电池板选择 太阳能电池的最大功率Pmax=开路电压×短路电流，这是它们的理想功率，而平时大家衡量太阳能电池的是额定功率Pm。实际中额定功率是小于最大功率的，主要是由于太阳能电池的输出效率u只有70%左右。在使用中由于受光强度的不同，所以不同时刻的功率也是不同的，根据实验数据它的实际平均功率P=。如果太阳能电池要直接带动负载，并且要使负载长期稳定的工作，则负载的额定功率为Pr=。如果按照负载的功率选择太阳能电池的功率则电池的功率为：Pm=。就是说太阳能电池的功率要是负载功率的倍。 在选择太阳能电池的功率时,应合理选择负载的耗电功率,这样才能使发电功率与耗电功率处于一种平衡状态。当然太阳能电池的发电功率也会受到季节、气候、地理环境和光照时间等多方面因素的制约。 蓄电池的使用（这里仅以夏季为例,介绍太阳能电池与蓄电池在一般情况下的使用）蓄电池是一种储存电能的容器,常被作为其它电路的“能源基地”。由于太阳能电池所产生的电力有限，因此要尽可能的扩大“基地”的储电容量，但也不能无限扩大，因为太阳能电池只能在白天发电，其日发电量M＝发电功率（最大输出功率）×有效光照时间×发电时间，由此它的日电量等于输出电流与有效光照时间的乘积,即:C=IH(Ah)。而蓄电池的容量则使放电时间和放电电流的乘积，因此计算公式为：C=IH(单位Ah，就是额定1A的电流放电一小时)。那么太阳能电池和蓄电池在容量和电量上使如何计算的呢？我们可以通过电功率公式:P=IU演化为:P=Iuh/h=CU/h。
例如:有一块单晶硅电池的组件，最大的输出功率Pm(额定功率)为25W，峰值电压(额定电压)Ump为，峰值电流(额定电流)为，开路电压为21V，短路电流为Isc为，某地区有效光照时间为12小时，求太阳能电池一天的发电量和所需的蓄电池的容量。 已知:Pm=25w,h=12h,U=,太阳能电池的发电效率为:u=,蓄电池的补偿值为n= 太阳能电池的发电量:M=Pm×h×u=25×12×=210W
旁路二极管在太阳能电池组件中的关键作用
旁路二极管在太阳能电池组件中的关键作用 一、热斑效应 一串联支路中被遮蔽的太阳能电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳能电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳能电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳能电池。有光照的太阳能电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳能电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳能电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。 二、Bypassdiode的作用： 当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其它电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。 三、Bypassdiode选择原则： 1、耐压容量为最大反向工作电压的两倍； 2、电流容量为最大反向工作电流的两倍； 3、结温温度应高于实际结温温度； 4、热阻小； 5、压降小； 四、实际结温温度测量方法： 把组件放在75度烘箱中至热稳定，在二极管中通组件的实际短路电流，热稳定后（例如1h），测量二极管的表面温度，根据以下公式计算实际结温： Tj=Tcase+R*U*I 其中R为热阻系数，由二极管厂家给出，Tcase是二极管表面温度（用热电偶测出），U是二极管两端压降（实测值），I为组件短路电流。计算出的Tj不能超过二极管规格书上的结温范围。 五、旁路二极管对电路影响示意图：
当电池片正常工作时，旁路二极管反向截止，对电路不产生任何作用；若与旁路二极管并联的电池片组存在一个非正常工作的电池片时，整个线路电流将由最小电流电池片决定，而电流大小由电池片遮蔽面积决定，若反偏压高于电池片最小电压时，旁路二极管导通，此时，非正常工作电池片被短路。 六、每个旁路二极管并联电池片数目的计算 1、旁路二极管电流容量最小应为： I＝4．73×2＝8.46A 2、选用10SQ030型二极管 最大返偏电压为：VRRM=30vIAV＝10AVF＝0.55V TJ＝-55－200℃ 3、耐压容量为30Ⅴ的旁路二极管最多可保护125×125电池片数目为： N＝30/（2×0.513）≈29.24 即最多可保护29片125×125电池片； 4、旁路二极管截止状态时存在反向电流，即暗电流，一般小于0.2微安； 原则上每个电池片应并联一个旁路二极管，以便更好保护并减少在非正常状态下无效电池片数目，但因为旁路二极管价格成本的影响和暗电流损耗以及工作状态下压降的存在，对于硅电池，每十五个电池片可并联一个旁路二极管为最佳。
用MOS管防电源反接电路原理
用MOS管防电源反接电路原理 电源反接，会给电路造成损坏，不过，电源反接是不可避免的。所以，我么就需要给电路中加入保护电路，达到即使接反电源，也不会损坏的目的。 一般可以使用在电源的正极串入一个二极管解决，不过，由于二极管有压降，会给电路造成不必要的损耗，尤其是电池供电场合，本来电池电压就3.7V，你就用二极管降了0.6V，使得电池使用时间大减。 MOS管防反接，好处就是压降小，小到几乎可以忽略不计。现在的MOS管可以做到几个毫欧的内阻，假设是6.5毫欧，通过的电流为1A（这个电流已经很大了），在他上面的压降只有6.5毫伏。 由于MOS管越来越便宜，所以人们逐渐开始使用MOS管防电源反接了。 NMOS管防止电源反接电路：
正确连接时：刚上电，MOS管的寄生二极管导通，所以S的电位大概就是0.6V，而G极的电位，是VBAT，VBAT-0.6V大于UGS的阀值开启电压，MOS管的DS就会导通，由于内阻很小，所以就把寄生二极管短路了，压降几乎为0。 电源接反时：UGS=0，MOS管不会导通，和负载的回路就是断的，从而保证电路安全。 PMOS管防止电源反接电路：
正确连接时：刚上电，MOS管的寄生二极管导通，电源与负载形成回路，所以S极电位就是VBAT-0.6V，而G极电位是0V，PMOS管导通，从D流向S的电流把二极管短路。 电源接反时：G极是高电平，PMOS管不导通。保护电路安全。 连接技巧 NMOS管DS串到负极，PMOS管DS串到正极，让寄生二极管方向朝向正确连接的电流方向。 感觉DS流向是“反”的？ 仔细的朋友会发现，防反接电路中，DS的电流流向，和我们平时使用的电流方向是反的。 为什么要接成反的？ 利用寄生二极管的导通作用，在刚上电时，使得UGS满足阀值要求。 为什么可以接成反的？
防反二极管的使用说明
防反二极管的使用说明 使用说明： 一、使用条件及注意事项： 1、使用环境应无剧烈振动和冲击，环境介质中应无腐蚀金属和破坏绝缘的杂质和气氛。 2、模块管芯工作结温：二极管为-40℃∽150℃；环境温度不得高于40℃；环境湿度小于86%。 3、模块在使用前一定要加装散热器，散热器的选配见下节。散热可采用自然冷却、强迫风冷或水冷；当实际负载电流大于40A的设备，一般都需要选择强迫风冷设计。强迫风冷时，风速应大于6米?秒。 4、对于加装散热器后，如何检查散热器是否配置合适。 （1）可以用温度表测量散热器的温度（靠近模块与散热器安装结合部），来分析是否能够可靠运行。 （2）测量散热器温度的时间点把握。待设备开机运行30分钟-60分钟，达到热平衡后。 （3）测量到的温度数据如果做分析？一般情况下，我们要求防反二极管安装的散热器最高有效温升小于50℃。即当散热器工作的环境温度在25℃时，散热器的温度应该小于75℃；如果环境温度达到45℃时，散热器的温度应该小于95℃。 5、必须保证控制柜内控制循环流动。当防反二极管模块安装于控制柜内时，必须在控制柜顶部安装2-3台往顶部外抽的轴流风机（热风是往上升的,有利于散热），同时控制柜靠近底部四周最好多开些百叶窗。 二、安装注意事项： 1、由于MDK光伏防反二极管模块是绝缘型（即模块接线柱对铜底板之间的绝缘耐压大于2.5KV 有效值），因此可以把多个模块安装在同一散热器上，或装置的接地外壳上。 2、散热器安装表面应平整、光滑，不能有划痕、磕碰和杂物。散热器表面光洁度应小于10μm。模块安装到散热器上时，在它们的接触面之间应涂一层很薄的导热硅脂。涂脂前，用细砂纸把散热器接触面的氧化层去掉，然后用无水乙醇把表面擦干净，使接触良好，以减少热阻。模块紧固到散热器表面时，采用M5或M6螺钉和弹簧垫圈，并以4NM力矩紧固螺钉与模块主电极的连线应采用铜排，并有光滑平整的接触面，使接触良好。模块工作小时后，各个螺钉须再次紧固一遍。 模块散热器选择 用户选配散热器时，必须考虑以下因素： ①模块工作电流大小，以决定所需散热面积； ②使用环境，据此可以确定采取什么冷却方式——自然冷却、强迫风冷、还是水冷； ③装置的外形、体积、给散热器预留空间的大小，据此可以确定采用什么形状的散热器。一般而论，大多数用户会选择铝型材散热器。为方便用户，对我公司生产的各类模块，在特性参数表中都给出了所需散热面积。此面积是在模块满负荷工作且在强迫风冷时的参考值。 下面给出散热器长度的计算公式： 模块所需散热面积＝（散热器周长）×（散热器长度）＋（截面积）×２ 其中，模块所需散热面积为模块特性参数表中给出的参考值，散热器周长、截面积可以在散热器厂家样本中查到，散热器长度为待求量。 郑重声明：目前市场上充斥着各种劣质散热器，请在购买时注意鉴别，如因使用劣质散热器造成模块损坏或其他严重后果，我公司概不负责。
9-组件热斑效应的原因与防护之欧阳家百创编
组件热斑效应原因和运维防护措施 欧阳家百（2021.03.07） 曹晓宁1闻震利2吴达1 ( 1. 中广核太阳能开发有限公司 100048;2. 镇江大全 太阳能有限公司 212211) 摘要：光伏电站中组件在运行中存在很多因素引起功率损耗并可能导致安全问题，热斑效应会造成组件功率的大幅度下降，而且是比较严重的安全隐患。在组件生产过程、现场施工和运行维护中可以对技术指标提出要求或采取相应的措施来防护热斑效应。为了减少运维工作量，提供效率，监控系统可以对组件的电流和电压进行监测并进行逻辑判断，可帮助运维人员进行针对性的排查，提高光伏电站运行的安全可靠性。 光伏发电是人类解决能源危机和环境问题的必由之路，在过去的二十年里光伏发电产业有了迅猛的发展，权威能源机构预测在本世纪中叶光伏发电会能为人类主要的供电方式之一。太阳电池组件是光伏电站的核心元件，组件的性能和安全可靠性直接决定了光伏电站的运行效率。目前组件的标称功率是在标准测试环境下（标准条件具体是指：温度25℃，光谱分布AM1.5，辐照强度是1000W/m2）的发电功率，而在实际运行环境中，由于温度、辐照强度、光谱失配等因素会影响组件的实际发电功率。在实际应用中，组件的阴影遮蔽是不可避免的问题，阴影遮蔽会造成功率损失，而且会导致局部发热，产生安全隐患，即热斑效
应。本文对热斑的成因和热斑效应的防护措施进行探讨。 1、热斑效应 晶硅组件是由多个太阳电池片串联组成，当串联支路中的一个太阳电池被遮挡时，将被当作负载消耗其他的太阳电池所产生的能量，被遮蔽的太阳电池此时会严重发热，称为热斑效应，如图1所示。热斑效应会严重影响组件的输出功率，同时会破坏太阳电池的性能。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗，热斑效应时组件温度分布如图2所示，可以看到被遮挡电池的温度明显高于其它电池。 图1 热斑效应原理示意图 图2 热板效应时组件的温度分布图 2、热斑效应的防护措施 组件中电池片的电流失配、电池片破损、组件虚焊和污损遮挡等原因都会引起电池发热，为了防止热斑效应对光伏电站造成发电量损失及对太阳电池造成损伤，应该在组件生产、现场施工和运行维护过程中采取相应的措施来减少热斑效应发生的风险，降低其危害。 2.1组件生产过程控制 热斑 热斑
防反接保护电路
防反接保护电路 防反接保护电路 1，通常情况下直流电源输入防反接保护电路是利用二极管的单向导电性来实现防反接保护。如下图1示： 这种接法简单可靠，但当输入大电流的情况下功耗影响是非常大的。以输入电流额定值达到2A,如选用Onsemi的快速恢复二极管MUR3020PT，额定管压降为0.7V，那么功耗至少也要达到：Pd＝2A×0.7V＝1.4W，这样效率低，发热量大，要加散热器。 2,另外还可以用二极管桥对输入做整流，这样电路就永远有正确的极性(图2)。这些方案的缺点是，二极管上的压降会消耗能量。输入电流为2A时，图1中的电路功耗为1.4W，图2中电路的功耗为2.8W。 图1，一只串联二极管保护系统不受反向极性影响，二极管有0.7V的压降 图2 是一个桥式整流器，不论什么极性都可以正常工作，但是有两个二极管导通，功耗是图1的两倍MOS管型防反接保护电路 图3利用了MOS管的开关特性，控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路，由于功率MOS管的内阻很小，现在MOSFET Rds（on）已经能够做到毫欧级，解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。 极性反接保护将保护用场效应管与被保护电路串联连接。保护用场效应管为PMOS场效应管或NMOS场效应管。若为PMOS，其栅极和源极分别连接被保护电路的接地端和电源端，其漏极连接被保护电路中PMOS元件的衬底。若是NMOS，其栅极和源极分别连接被保护电路的电源端和接地端，其漏极连接被保护电路中NMOS元件的衬底。一旦被保护电路的电源极性反接，保护用场效应管会形成断路，防止电流烧毁电路中的场效应管元件，保护整体电路。 具体N沟道MOS管防反接保护电路电路如图3示
光伏组件中旁路二极管之关键作用
光伏组件中旁路二极管之关键作用 一、热斑效应 一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。 二、Bypassdiode的作用： 当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其它电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。 三、Bypassdiode选择原则： 1、耐压容量为最大反向工作电压的两倍； 2、电流容量为最大反向工作电流的两倍； 3、结温温度应高于实际结温温度； 4、热阻小； 5、压降小； 四、实际结温温度测量方法： 把组件放在75度烘箱中至热稳定，在二极管中通组件的实际短路电流，热稳定后（例如1h），测量二极管的表面温度，根据以下公式计算实际结温： Tj=Tcase+R*U*I 其中R为热阻系数，由二极管厂家给出，Tcase是二极管表面温度（用热电偶测出），U是二极管两端压降（实测值），I为组件短路电流。计算出的Tj不能超过二极管规格书上的结温范围。 五、旁路二极管对电路影响示意图： 当电池片正常工作时，旁路二极管反向截止，对电路不产生任何作用；若与旁路二极管并联的电池片组存在一个非正常工作的电池片时，整个线路电流将由最小电流电池片决定，而电流大小由电池片遮蔽面积决定，若反偏压高于电池片最小电压时，旁路二极管导通，此时，非正常工作电池片被短路。
防反接保护电路
1，通常情况下直流电源输入防反接保护电路是利用二极管的单向导电性来实现防反接保护。如下图1示： 这种接法简单可靠，但当输入大电流的情况下功耗影响是非常大的。以输入电流额定值达到2A,如选用Onsemi的快速恢复二极管MUR3020PT，额定管压降为，那么功耗至少也要达到：Pd＝2A×＝，这样效率低，发热量大，要加散热器。 2,另外还可以用二极管桥对输入做整流，这样电路就永远有正确的极性(图2)。这些方案的缺点是，二极管上的压降会消耗能量。输入电流为2A时，图1中的电路功耗为，图2中电路的功耗为。 图1，一只串联二极管保护系统不受反向极性影响，二极管有的压降 图2 是一个桥式整流器，不论什么极性都可以正常工作，但是有两个二极管导通， 功耗是图1的两倍 MOS管型防反接保护电路
图3利用了MOS管的开关特性，控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路，由于功率MOS管的内阻很小，现在MOSFET Rds（on）已经能够做到毫欧级，解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。 极性反接保护将保护用场效应管与被保护电路串联连接。保护用场效应管为PMOS 场效应管或NMOS场效应管。若为PMOS，其栅极和源极分别连接被保护电路的接地端和电源端，其漏极连接被保护电路中PMOS元件的衬底。若是NMOS，其栅极和源极分别连接被保护电路的电源端和接地端，其漏极连接被保护电路中NMOS元件的衬底。一旦被保护电路的电源极性反接，保护用场效应管会形成断路，防止电流烧毁电路中的场效应管元件，保护整体电路。 具体N沟道MOS管防反接保护电路电路如图3示 图3. NMOS管型防反接保护电路 N沟道MOS管通过S管脚和D管脚串接于电源和负载之间，电阻R1为MOS管提供电压偏置，利用MOS管的开关特性控制电路的导通和断开，从而防止电源反接给负
太阳能电池板选择
太阳能电池板选择
太阳能电池的最大功率 Pmax=开路电压×短路电流， 这是它们的理想功率， 而平时大家衡量太阳能电池的是额定功率 Pm。实际中额定功率是小于最大功率 的，主要是由于太阳能电池的输出效率 u 只有 70%左右。在使用中由于受光强 度的不同，所以不同时刻的功率也是不同的，根据实验数据它的实际平均功率 P=0.7Pm。如果太阳能电池要直接带动负载，并且要使负载长期稳定的工作， 则负载的额定功率为 Pr=0.7Pm。 如果按照负载的功率选择太阳能电池的功率则 电池的功率为： Pm=1.43Pr。 就是说太阳能电池的功率要是负载功率的 1.43 倍。 在选择太阳能电池的功率时,应合理选择负载的耗电功率,这样才能使发电功 率与耗电功率处于一种平衡状态。当然太阳能电池的发电功率也会受到季节、气 候、地理环境和光照时间等多方面因素的制约。
蓄电池的使用（这里仅以夏季为例,介绍太阳能电池与蓄电池在一般情况下的使用）
蓄电池是一种储存电能的容器,常被作为其它电路的“能源基地”。由于太 阳能电池所产生的电力有限，因此要尽可能的扩大“基地”的储电容量，但也不 能无限扩大，因为太阳能电池只能在白天发电，其日发电量 M＝发电功率（最 大输出功率）×有效光照时间×发电时间，由此它的日电量等于输出电流与有效 光照时间的乘积,即:C=IH(Ah)。而蓄电池的容量则使放电时间和放电电流的乘 积，因此计算公式为：C=IH(单位 Ah，就是额定 1A 的电流放电一小时)。那么 太阳能电池和蓄电池在容量和电量上使如何计算的呢？我们可以通过电功率公 式:P=IU 演化为:P=Iuh/h=CU/h。
防反充和旁路二极管
防反充(防逆流)和旁路二极管 在太阳能电池方阵中，二极管是很重要的器件，常用的二极管基本都是硅整流二极管，在选用时要注意规格参数留有余量，防止击穿损坏。一般反向峰值击穿电压和最大工作电流都要取最大运行工作电压和工作电流的2倍以上。二极管在太阳能光伏发电系统中主要分为两类。 ①防反充(防逆流)二极管防反充二极管的作用之一是防止太阳能电池组件或方阵在不发电时，蓄电池的电流反过来向组件或方阵倒送，不仅消耗能量，而且会使组件或方阵发热甚至损坏；作用之二是在电池方阵中，防止方阵各支路之间的电流倒送。这是因为串联各支路的输出电压不可能绝对相等，各支路电压总有高低之差，或者某一支路因为故障、阴影遮蔽等使该支路的输出电压降低，高电压支路的电流就会流向低电压支路，甚至会使方阵总体输出电压降低。在各支路中串联接人防反充二极管ds就可避免这一现象的发生。 在独立光伏发电系统中，有些光伏控制器的电路中已经接入了防反充二极管，即控制器带有防反充功能时，组件输出就不需要再接二极管了。 防反充二极管存在有正向导通压降，串联在电路中会有一定的功率消耗，一般使用的硅整流二极管管压降为0.7v左右，大功率管可达1～2v。肖特基二极管虽然管压降较低，为0.2～0.3v，但其耐压和功率都较小，适合小功率场合应用。 ②旁路二极管当有较多的太阳能电池组件串联组成电池方阵或电池方阵的一个支路时，需要在每块电池板的正负极输出端反向并联1个(或2～3个)二极管db，这个并联在组件两端的二极管就叫旁路二极管。 旁路二极管的作用是防止方阵串中的某个组件或组件中的某一部分被阴影遮挡或出现故障停止发电时，在该组件旁路二极管两端会形成正向偏压使二极管导通，组件串工作电流绕过故障组件，经二极管旁路流过，不影响其他正常组件的发电，同时也保护被旁路组件受到
基于PLC控制的窑炉温度控制系统设计 2
毕业设计（论文） 题目：基于PLC的立体保险柜控制系统的设计 系（部）：机械电子工程系 专业班级：机械一 姓名：汤其东 学号：12242513503 指导教师：陈洪亮 2013年 4月 6日 前言 PLC即可编程逻辑控制器（可编程控制器件）。 1
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。 1.使用方便，编程简单 2.功能强，性能价格比高 3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 4.可靠性高，抗干扰能力强 5.系统的设计、安装、调试工作量少 6.维修工作量小，维修方便 21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。 随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。其中，温度是一个非常重要的过程变量。例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制[1]。这方面的应用大多是基于单片机进行PID控制,然而单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂,特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处,然而PLC在这方面却是公认的最佳选择。 目录 第一章炉窑温度控制系统设计的内容及要求 (4)
PV组件之旁路二极管知识总结
旁路二极管知识 ： 半导体介绍： 一、半导体介绍 几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，应用也非常广泛。下面首先对半导体做个介绍： 1本征半导体 纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。常用的半导体材素是元素周期表中的4价元素，如：硅（si）、锗（Ge）。其原子结构中最外层轨道上有4个电子；纯净的晶体中相邻的两个原子的一对最外层电子（价电子）结合成为共有电子，组成共价键；原子可以形成稳定的8原子壳层，如下图所示。 共价键中的价电子在热运动中能获得能量形成自由电子和空穴（价电子摆脱共价键束缚后成为自由电子，此时在共价键中留有了空位，称为空穴，空穴带正电）。本征半导体中存在的两种载流子即自由电子和空穴，由于其两者是成对产生，所以在本征半导体中两者浓度是相同的，因此本征半导体本身称电中性。本征半导体材料中载流子的浓度除了和其本身的性能有关外，还和温度有关，随着温度的升高称指数规律上升，硅材料的温度每升高8摄氏度，本征载流子的浓度增加一倍，锗材料的温度每升高12摄氏度，载流子的浓度增加一倍。另外，半导体载流子的浓度与光照有关。 2P型半导体 如果在纯净的硅晶体中掺入3价杂质，如硼（或鋁、镓或铟等），这些3价杂质原子的最外层只有3个价电子，当它与相邻的硅原子形成共价键时，还缺少1个价电子，因而其它共价键电子只要少量能量摆脱原子核束缚，即可填充之，而在其本身位置形成空穴，在一个共价键上要出现一个空穴，此种半导体主要靠空穴导电；此种半导体称之为P型半导体。P型半导体材料中，空穴数目很多,称为多数载流子，而电子数目很少,称为少数载流子。P型半导体只有一种多子――空穴，对外呈电中性，导电特性与掺杂的杂质浓度有关。P型半导体如下图所示： 3N型半导体 如果在纯净的硅晶体中掺入少量的5价杂质磷（或砷，锑等），由于磷原子具有5个价电子，所以1个磷原子同相邻的4个硅原子结成共价键时，还多余1个价电子，这个价电子很容易挣脱磷原子核的吸引束缚而变成自由电子，此种半导体主要靠自由电子导电；此种半导体称之为N型半导体。N型半导体材料中，空穴数目很少,称为少数载流子，而电子数目很多,称为多数载流子。N型半导体只有一种多子――自由电子，对外呈电中性，导电特性与掺杂的杂质浓度有关。P型半导体如下图所示：
防反二极管
太阳能电池方阵-防反充（防逆流）和旁路二极管在太阳能电池方阵中，二极管是很的器件，常用的二极管基本都是硅整流二极管，在选用时要规格参数留有余量，防止击穿损坏。一般反向峰值击穿电压和最大工作电流都要取最大运行工作电压和工作电流的2倍以上。二极管在太阳能光伏发电系统中主要分为两类。 1、防反充（防逆流）二极管 防反充二极管的作用之一是防止太阳能电池组件或方阵在不发电时，蓄电池的电流反过来向组件或方阵倒送，不公消耗能量，而且会使组件或方阵发热甚至损坏；作用之二是在电池方阵中，防止方阵各支路之间的电流倒送。这是因为串联各去路的输出电压不可能绝对相等，各支路电压总有高低之差，或者某一支路故障、阴影遮蔽等使该支路的输出电压降低，高电压支路的电流就会流向低电压支路，甚至会使方阵总体输出电压的降低。在各支路中串联接入防反充二极管就避免了这一现象的发生。 在独立光伏发电系统中，有些光伏控制器的电路上已经接入了防反充二极管，即控制器带有防反充功能时，组件输出就不需要再接二极管了。 防反充二极管存在有正向导通压降，串联在电路中会有一定的功率消耗，一般使用的硅整流二极管压降为0.7V左右，大功率管可达 1~20.3V，但其耐压和功率都较小，适合小功率场合应用。 2、旁路二极管 当有较多的太阳能电池组件串联组成电池方阵或电池方阵的一个支路时，需要在每块电池板的正负极输出端反向并联1个（或2~3个）二极管，这个并联在组件两端的二极管就叫旁路二极管。 旁路二极管的作用是防止方阵中的某个组件或组件中的某一部分被阴影遮挡或出现故障停止发电时，在该组件旁路二极管两端会形成正向偏压使二极管导通，组件串工作电流绕过故障组件，经二极管流过，不影响其他正常组件的发电，同时也保护被旁路组件避免受到较高的正向偏压或由于“热斑效应”发热而损坏。 旁路二极管一般都直接安装在接线盒内，根据组件功率大小和电池片串的多少，安装1~3个二极管。 旁路二极管也不是任何场合都需要的，当组件单独使用或并联使用时，是不需要接二极管的。对于组件串联数量不多且工作环境较好的场合，也可以考虑不用旁路二极管。
旁路二极管在光伏组件中的作用
一、热斑效应 一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。 二、Bypass diode的作用： 当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其它电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。 二、Bypass diode 选择原则： １、耐压容量为最大反向工作电压的两倍； ２、电流容量为最大反向工作电流的两倍； ３、结温温度应高于实际结温温度； ４、热阻小； ５、压降小； 三、实际结温温度测量方法： 把组件放在75度烘箱中至热稳定，在二极管中通组件的实际短路电流，热稳定后（例如1h），测量二极管的表面温度，根据以下公式计算实际结温： Tj=Tcase + R*U*I 其中R为热阻系数，由二极管厂家给出，Tcase是二极管表面温度（用热电偶测出），U是二极管两端压降（实测值），I为组件短路电流。计算出的Tj不能超过二极管规格书上的结温范围。
四、旁路二极管对电路影响示意图： 当电池片正常工作时，旁路二极管反向截止，对电路不产生任何作用；若与旁路二极管并联的电池片组存在一个非正常工作的电池片时，整个线路电流将由最小电流电池片决定，而电流大小由电池片遮蔽面积决定，若反偏压高于电池片最小电压时，旁路二极管导通，此时，非正常工作电池片被短路。 五、每个旁路二极管并联电池片数目的计算 １、旁路二极管电流容量最小应为： Ｉ＝４．７３×２＝８.４６Ａ ２、选用１０ＳＱ０３０型二极管 最大返偏电压为：V RRM=30vＩＡＶ＝１０ＡＶＦ＝０.５５Ｖ Ｔ ＝-５５－２００℃ Ｊ ３、耐压容量为３０Ⅴ的旁路二极管最多可保护１２５×１２５电池片数目为：Ｎ＝３０/（２×０.５１３）≈２９.２４ 即最多可保护２９片１２５×１２５电池片； ４、旁路二极管截止状态时存在反向电流，即暗电流，一般小于０.２微安； 原则上每个电池片应并联一个旁路二极管，以便更好保护并减少在非正常状态下无效电池片数目，但因为旁路二极管价格成本的影响和暗电流损耗以及工作状态下压降的存在，对于硅电池，每十五个电池片可并联一个旁路二极管为最佳。
防反二极管MD250A
符号参数测试条件 结温 Tj （℃） 参数值 单位 最小 典型 最大I F(A V)通态平均电流180°正弦半波，50HZ 单面散热，T c =85℃150250A I F(RMS)方均根电流150 392 A V DRM V RRM 断态重复峰值电压反向重复峰值电压V DRM &V RRM tp=10ms V D s M &V RsM =V DRM &V RRM +200V 150600 1600 2200V I DRM I RRM 断态重复峰值电流反向重复峰值电流V DM =V DRM V RM =V RRM 1505mA I FSM 通态不重复浪涌电流10ms 底宽，正弦半波15011.0KA I 2t 浪涌电流平均时间积V R =0.6V RRM 150617103A 2S V FO 门槛电压0.75V R F 斜率电阻150 0.76 m ΩV FM 通态峰值电压I TM =750A 25 1.2 1.3V R th(j-c)热阻抗（结至壳）180°正弦半波，单面散热0.14℃/W R th(c-h)热阻抗（结至散）180°正弦半波，单面散热0.08 ℃/W V iso 绝缘电压50HZ ，R.M.S ，t=1min I iso :1mA(max)2500 V F m 安装扭矩（M5）安装扭矩（M6）与散热器固定 4.0±15% 5.0±15% N ·m N ·m T sbg 储存温度-40 125 ℃W t 质量（约） 700 g Outline M353 attribute data ■芯片与底板电气绝缘，2500V 交流绝缘■优良的温度特性和功率循环能力■国际标准封装■符合CE、Rohs 认证 typical application ■光伏发电防反应用■交直流电机控制■电机软启动■各种整流电源 I F(AV) 250A V DRM /V RRM 600~2200V I FSM 11.0KA I 2t 617103A 2S
热斑耐久试验
10.9 热斑耐久试验 a) 10.9.1 目的 确定组件承受热斑加热效应的能力，如这种效应可能导致焊接熔化或封装退化。电池不匹配或裂纹、内部连接失效、局部被遮光或弄脏均会引起这种缺陷。 b) 10.9.2 热斑效应 当组件中的一个电池或一组电池被遮光或损坏时，工作电流超过了该电池或电池组降低了的短路电流，在组件中会发生热斑加热。此时受影响的电池或电池组被置于反向偏置状态，消耗功率，从而引起过热。 图6描述了由一组串联电池构成的组件的热斑效应，该组件中电池Y被部分遮光。Y消耗的功率等于组件电流与Y两端形成的反向电压的乘积。对任意辐照度水平，在短路时消耗的功率最大，此时加于Y的反向电压等于组件中其余(S-1)个电池产生的电压，在图6中用Y 的反向I-V曲线和(S-1)个电池的正向I-V曲线的映象的交点处的阴影矩形来表示最大消耗功率。 由于不同电池的反向特性差别很大，有必要根据其反向特性曲线与图7所示的“试验界限区”的交点，把电池分成电压限制型(A类)或电流限制型(B类)两类。 图6所示的一个损坏或遮光电池的最大功率消耗的情况属A类，这种情况发生在反向曲线和(S-1)个电池的正向I-V曲线的映象在最大功率点相交。 作为对比，图8表示一个B类电池在完全遮光时的最大功率消耗。
应该注意，此时消耗的功率可能仅是组件总有效功率的一部分。 c) 10.9.3 电池内部连接的分类 光伏组件中的太阳电池可以以下列方式之一进行连接： 串联方式：s个电池呈单串串联连接(图6)； 串联-并联连接方式：即将p个组并联，每组s个电池串联(图9)； 串联-并联-串联连接方式：即b个块串联，每个块有p个组并联，每组s个电池串联(图10)。 如果有旁路二极管，由于限制了其所连接电池的反向电压，因此也算做被试验电路的一部分。每一种结构需要一种特殊的热斑试验程序。组件短路时其内部功率消耗最大。 注：当保护电路元件二极管被短路时，其的内部消耗功率最大，此时通常伴随整个组件被短路。如果组件无旁路二极管，应检查制造商的指南，是否有安装旁路二极管前可串联使用的最大组件数量。如果推荐的可串联使用的最大组件数量大于1,则本部分后续试验应该采用推荐的串联组件来进行，此时在5h曝晒过程中，应将提供功率电流设定在I MP。 d) 10.9.4 装置 a) 辐射源1，稳态太阳模拟器或自然光，辐照度不低于700W·m-2，不均匀度不超过±2%，瞬时不稳定度在±5%以内。 b) 辐射源2，C级(或更好)的稳态太阳模拟器或自然光，其辐照度为1000W·m-2±10%。
防止DC电源反接的方法——SS14的用法
防止DC电源反接的方法——SS14的用法2010-02-23 14:36 防止DC电源反接的方法——SS14的用法 电源是PCB板的重要部分，每个芯片都需要电源供给。芯片其实是挺脆弱的，只要正负接反得话，大多数就会挂掉，相信很多人都有惨痛经历，我也不例外，从开始到现在估计也废了好几百RMB。大多数反接的情况其实是可以避免的，所以要想办法防止电源反接。 防止DC电源输入反接的3种 1)串联有4只二极管的全桥。优点是无论正接、反接，电源都能正常工作。缺点是要损失 1.2V ~ 1.4V的电压。 2)串联有1只二极管。优点是电路简单、可靠。但有0.7V的压降。 3)串联自恢复保险，在保险后面的电源正、负极反向并联1只二极管。优点输入电压没有损耗。缺点是成本较高。当然亦可把自恢复保险换成普通保险丝。这样材料成本虽然降低，但维护成本反而大大增加。 对于第一种方法，可以用肖特基二极管SBD（Schottky Barrier Diode）代替普通的二极管。肖特基二极管的优点在于正向偏置电压较低，这样的话损失的压降小。
至于肖特基二极管SBD的具体原理，可以参考下面一篇文章： 肖特基势垒二极管 - EEWiki 整理桥式防护电路 Altera的DE2的原理图上有这样的防护设计。无论输入电源正接还是反接，都可以正向导通。 具体整流桥的原理可以参考网友Yoghourt的《初学者对于Cyclone II 开发板电源选择的看法》一文。
1、3脚是连在一起的。当2脚接正(+)，3脚/1脚接负(-)时，①通道导通(D6、D8正向导通，D6、D7反向截止)。 当2脚接负(-)，3脚/1脚接正(+)时，②通道导通(D6、D8反向截止，D6、D7正向导通)。肖特基二极管SS14 在这种整流桥式的防护电路中用的比较多的肖特基二极管是SS14。 同系列的有SS12、S13、S14、S15、S16、SS18、S100。后面一个数值分别表示反向耐压值(Maximum Repetitive Reverse Voltage)，SS12反向耐压为20V，S100反向耐压值为100V。 SS和SK是一样的，sk1*平均整形正向电流(Average Rectified Forward Current)是1A，sk3*是3A，sk5x是5A,sk1x后面的x是对应的电压.因为sk**和1N58指标相似,所以一般互用。1N58系列是直插芯片。 SS/SK系列尺寸大小
旁路二极管的选择
旁路二极管的选择 旁路二极管的作用是防止热斑效应发热烧坏使组件。 1 工作电流（应大于单体电池的短路电流） 2 最大结温（应大于二极管工作时自身的温度） 3 热阻（热阻小能使二极管及时散热，不致于热失效） 4 压降（压降小能减少自身的发热） 5 反向击穿电压(大于与其并联的电池的开路电压的叠加值) 如图 以现在的72片电池串联的组件为例:，6列，12行。图1为串联图。图2为电路图。 图示的结构中一个二极管与两串电池片相连，每串电池片为12片单体电池相连。 图1 图2 假设串联电池中第一组中有一块电池由于被遮挡，而短路电流小于流过它的电流，则该片电池成为负载。这时与该串电池并联的二极管D1由于两端电压等于正常工作的电池的开路电压的叠加值，且使D1处于正向偏置并大于其开启电压0.7V-0.4V，于是D1导通，这样与 D1并联的电池串就被短路了。 二极管的反向击穿电压URM应大于与其并联的电池开路电压叠加值24*0.62= 14.88V。 工作电流I 应大于单体电池的短路电流5.3A。 二极管的自身压降越小越好，因为电流一定若压降大，则发热大，有可能使二极管失效。二极的热阻反应了二极管的散热能力，热阻越小，则散热越好，二极管因为过热失效的可能 性就越小。 最大结温反应了二极管的耐热能力，如果二极管的工作温度长期超过该温度则会导致该二极 管的过热失效。结温要求大于150℃。 常见的72片单体电池串联组件的接线盒中用10SQ050型肖特基二极管，其反向工作电压为50V大于14.88V，满足条件；最大平均电流10A大于5.3A，满足要求。最大结温度200℃大于150℃，故满足使用条件。还应按在IEC 61215测试二极管发散热量是否满足要求。
光伏系统试题
一．选择题（每题2分，共15题） 1．太阳能光伏发电系统的最核心的器件是__C____。 A．控制器B. 逆变器C．太阳电池D.蓄电池 2.太阳能光伏发电系统中，__A____指在电网失电情况下，发电设备仍作为孤立电源对负载供电这一现象。 A．孤岛效应B. 光伏效应C．充电效应D.霍尔效应 3.在太阳电池外电路接上负载后，负载中便有电流过，该电流称为太阳电池的__C____。 A．短路电流B. 开路电流C．工作电流D.最大电流 4,. 蓄电池放电时输出的电量与充电时输入的电量之比称为容量__D____。 A．输入效率B. 填充因子C．工作电压D.输出效率 5. 蓄电池使用过程中，蓄电池放出的容量占其额定容量的百分比称为__D____。 A．自放电率B. 使用寿命C．放电速率D.放电深度 6. 在太阳能光伏发电系统中，太阳电池方阵所发出的电力如果要供交流负载使用的话，实现此功能的主要器件是___B___。 A．稳压器B. 逆变器C．二极管D.蓄电池 7. 当日照条件达到一定程度时，由于日照的变化而引起较明显变化的是__C____。 A．开路电压B. 工作电压C．短路电流D.最佳倾角 8. 太阳能光伏发电系统中，太阳电池组件表面被污物遮盖，会影响整个太阳电池方阵所发出的电力，从而产生_D_____。 A．霍尔效应B. 孤岛效应C．充电效应D.热斑效应 9. 太阳电池最大输出功率与太阳光入射功率的比值称为__B____。 A．填充因子B.转换效率C．光谱响应D.串联电阻 10. 太阳电池方阵安装时要进行太阳电池方阵测试，其测试条件是太阳总辐照度不低于___D___mW/cm2。 A．400 B. 500 C．600 D.700 11. 在太阳能光伏发电系统中，最常使用的储能元件是下列哪种__C__。 A．锂离子电池 B. 镍铬电池 C.铅酸蓄电池 D. 碱性蓄电池 12. 一个独立光伏系统，已知系统电压48V，蓄电池的标称电压为12V，那么需串联的蓄电池数量为__D__。 A．1 13.标准设计的蓄电池工作电压为12V，则固定型铅酸蓄电池充满断开电压为14.8～15.0V，其恢复连接电压值一般为__C__。 A．12V B. 15V C. 13.7V D. 14.6V 14．某单片太阳电池测得其填充因子为77.3%，其开路电压为0.62V，短路电流为5.24A,其测试输入功率为15.625W,则此太阳电池的光电转换效率为__A__。 A．16.07% B. 15.31% C. 16.92% D. 14.83% 15．蓄电池的容量就是蓄电池的蓄电能力，标志符号为C，通常用以下哪个单位来表征蓄电池容量__D__。 A．安培 B.伏特 C. 瓦特 D. 安时 二．填空题（每题2分，共15题） 1.太阳能光伏发电系统中，没有与公用电网相连接的光伏系统称为_离网_____太阳能光伏发电系统；与公共电网相连接的光伏系统称为_并网_____太阳能光伏发电系统。
旁路二极管作用及应用
旁路二极管在太阳能电池组件中的关键作用来源：新浪微博 一、热斑效应 一串联支路中被遮蔽的太阳能电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳能电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳能电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳能电池。有光照的太阳能电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳能电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳能电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。 二、Bypassdiode的作用： 当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其它电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。 三、Bypassdiode选择原则： 1、耐压容量为最大反向工作电压的两倍； 2、电流容量为最大反向工作电流的两倍； 3、结温温度应高于实际结温温度； 4、热阻小； 5、压降小； 四、实际结温温度测量方法把组件放在75度烘箱中至热稳定，在二极管中通组件的实际短路电流，热稳定后（例如1h），测量二极管的表面温度，根据以下公式
计算实际结温： Tj=Tcase+R*U*I 其中R为热阻系数，由二极管厂家给出，Tcase是二极管表面温度（用热电偶测出），U是二极管两端压降（实测值），I为组件短路电流。计算出的Tj不能超过二极管规格书上的结温范围。 五、旁路二极管对电路影响示意图： 当电池片正常工作时，旁路二极管反向截止，对电路不产生任何作用；若与旁路二极管并联的电池片组存在一个非正常工作的电池片时，整个线路电流将由最小电流电池片决定，而电流大小由电池片遮蔽面积决定，若反偏压高于电池片最小电压时，1、旁路二极管电流容量最小应为： I＝4．73×2＝8.46A 2、选用10SQ030型二极管 最大返偏电压为：VRRM=30vIAV＝10AVF＝0.55V TJ＝-55－200℃ 3、耐压容量为30Ⅴ的旁路二极管最多可保护125×125电池片数目为： N＝30/（2×0.513）≈29.24