光伏组件的旁路二极管热击穿研究

图1 热击穿现象

图2 热击穿示意图

该热击穿现象，在当前光伏电站中越来越普遍，使得光伏组件中的旁路二极管的热斑保护功能丧失，导致光伏电站由于热斑现象得不到有效保护，造成发电量损失，甚至光伏组件烧毁，带来巨大的财产损失和安全危险。

因此，在实际应用中需要选用不会产生热击穿的旁路二极管，那么就需要设计一个测试，来验证旁路二极管是否会产生热击穿现象，据此，通过分析热击穿原理，设计了一个测试，来判断旁路二极管的与否会发生热击穿。

1　热击穿原理分析

在一定的正向电流条件下，二极管的结温越高，其功率消耗就会越低（曲线IF），而在一定的反向偏置电压

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图3 发生热击穿热量温度曲线

图4 不发生热击穿热量温度曲线

2　热击穿测试设计

基于以上原理，模拟实际应用过程，在旁路二极管的实际使用环境即光伏组件工作到一定的环境温度条件下，

图5 正向电流回路

图6 反向电压回路

3　热击穿实验数据

以二极管型号15SQ040为例, 短路电流为9.23A, 单一串组开路电压为12.57V, 在第一阶段，开关1闭合，开关断开，达到二极管温度稳定后，在不同稳定温度下的二极管电压值，见表1：

表1 二极管电压温度表

左边二极管中间二极管右边二极管

T case (°C)V f (V)T case (°C)V f (V)T

0.20599 53.9 0.20756 53.5 0.20630

0.19423 63.1 0.19522 62.6 0.19381

0.16808 72.3 0.16936 71.8 0.16633

0.15192 81.6 0.15183 80.8 0.14935

0.13563 89.5 0.13628 88.6 0.13226

0.11966 99.7 0.12195 98.8 0.12038

0.10508 109.0 0.10614 107.8 0.10542

0.08930 117.9 0.09111 116.7 0.08773

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图7 左边二极管电压及温度曲线图8 中间二极管电压及温度曲线图9 右边二极管电压及温度曲线

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。

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。

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

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。

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：

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＝８.４６Ａ２、选用１０ＳＱ０３０型二极管最大返偏电压为：V RRM=30vＩＡＶ＝１０ＡＶＦ＝０.５５ＶＴ＝-５５－２００℃ Ｊ３、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。

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%。

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

光伏组件带旁路二极管的太阳能组件遮挡特性的研究概要

带旁路二极管的太阳能组件遮挡特性研究郭泽，徐林，彭小静，刘锋，杜丽芳（上海交通大学物理系太阳能研究所, 上海 200240）摘要：本文建立了带旁路二极管保护的太阳能电池组件的数学模型，研究了有遮挡发生或者组件失配时模型中的各个参数对I-V 曲线的影响，并结合实际分析了如何减小遮挡对带旁路二极管的组件的影响。关键词：旁路二极管、太阳电池组件、遮挡特性。 0 引言晶体硅太阳电池组件的表面阴影、焊接不良及单体电池功率不匹配等因素是导致输出功率降低的主要原因。在工业上，为了防止由以上原因造成的热斑效应和功率消耗，在组件制造时一般都会在每十几片串联的单片两端并上旁路二极管。这样做虽可减小组件的热斑效应，但同时也会使组件的整体性能出现畸变，最明显的就是体现在组件的IV 特性曲线上。因此，研究带旁路二极管的太阳电池组件遮挡时的输出特性就变得十分有现实意义，可以为工业生产和科学研究提供帮助。 1各种失配情况模型建立及结果分析带旁路二极管保护的太阳电池组件当发生遮挡或其他事故时会出现失配，其I-V 曲线会出现畸变，并会对最大功率造成影响。究竟是哪些原因影响着畸变的大小，怎样才能减小它对功率的影响呢？于是我们需要建立一个带旁路二极管保护的太阳电池组件的模型。而通过改变模型中一些参数的具体数值来分析这些参数对畸变的影响。由于各种组件和电池连接方式失配情况各有不同，所以需要分别建立不同的几个模型来进行考虑。 1、1 每片电池片都并联旁路二极管的情况 1、1、1 模型描述

一般的太阳能电池组件都是串联，因此，本文的模型采用11个太阳能电池单片串联的模型，其中，10个单片是正常的电池，而第11片电池则是模拟的受遮挡的电池，或者说是适配性不好的电池。而除了等效恒流源的电流之外这11个电池的其它参数是完全一样的，这是因为平时的组件各个单片经过分选都是基本相同的，而遮挡的情况只是影响到其等效的恒流源的大小。具体到每个太阳电池单片的模型则是采用经典的也是用的最多的单指数模型。本来是每个单片都并联一个旁路二极管，但是考虑到只有遮挡的那个单片旁路二极管才有可能导通，所以其他10片单片的旁路二极管可以省略。于是得到如图一所示的模型图。 R 图一、有一个单片遮挡的模型图 Fig.1 one cell mismatch

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=。

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 按上诉公式:C=Ph/U=25×12/= 那么实际的蓄电池的有效容量要在C==以上所以在实际中我们可以选择14Ah左右容量的蓄电池。在我国南方和北方的地区由于地理纬度上的差异，夏季和冬季的太阳日照时间可以根据下面的公式计算:H=12±ɡ,H表示日照时间、12为日照平均时间、表示地理上的经度纬度的差异、ɡ表示所在地的地理纬度、±夏季取＋,冬季取－。光照效率一般在夏季取左右，春秋季取，冬季取～，这样有效光照时间就为:h=H ×光照效率。蓄电池和太阳能电池的配接目前生产太阳能电池产品种类和规格很多，对于蓄电池来讲一般有6V、12V、24V的。那么如何将太阳能电池和蓄电池配接起来？通常来说太阳能电池的额定输出电压要比蓄电池高～倍，这是因为蓄电池的充电效率决定的，因为太阳能电池的充电，不象使用市电给蓄电池充电一样有较大的选择余地，况且它在给蓄电池充电的时候功率波动比较大，这要先考虑太阳能电池的成本问题。假如蓄电池的充电时率选择在C10,充电的补偿值定位倍，那么一个额定12V电压的蓄电池应当选配的太阳能电池的电压应该在12V×=左右的太阳能电池，这个电压值已经接近蓄电池的极限充电电压。用太阳能电池给手机电池充电也是一样的，充电的电压越高则充电的功率就会越大，那么其他的充电时间和充电补偿值就要另外计算。

旁路二极管

旁路二极管在solar module 中的作用diode review 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： 1.baypass diodes from the unshaded cells are reverse and no impact 2.bypass diode from shaded string is forward biased and conducts current 3. 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＝８.４６Ａ２、选用１０ＳＱ０３０型二极管最大返偏电压为：VRRM=30vＩＡＶ＝１０ＡＶＦ＝０.５５ＶＴＪ＝-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。

光伏系统概论

光伏系统概论试题一、选择题 (1)全球能源总消耗量是太阳辐射到地球的能量是多少（A） A、1/14000 B、1/1400 C、1/140 D、1/14 (2)大气中的主要成分是（D） A、H2O B、CO2 C 、CH4D、N2 (3)硅的带隙能量为（B） A 、1.0eV B、1.1 eV C 、1.2 eV D、1.3 eV (4)光伏模式在标准测试条件下随日照强度不同的表现为（C） A、日照强度增加，电流减小 B、日照强度增加，电压减小 C、日照强度减小，电流减小 D、日照强度减小，电压增加 (5)不同材质的电池单元分配比例最大的是（B） A、单晶硅电池 B、多晶硅电池 C、薄膜电池 D、其它电池 (6)铅酸蓄电池内阳极和阴极分别是什么物质（A） A、PbO2,Pb B、Pb,PbO2 C、PbSO4,Pb D、PbSO4,PbO2 (7)下面哪种不是单晶硅的制备方法：（A） A、硅带法 B、区熔法 C、直拉单晶法 D、磁拉法 (8)下面哪种表面的反射率最大（D） A、干黑土 B、草地 C、黄沙 D、雪地

（9）下面对光伏发电系统部件分解方法错误的是（B ） A 、机械分解 B 、生物分解 C 、化学分解 D 、热分解（10）评价太阳能电池性能的优劣的参数是：（C ） A 、少数载流子 B 、多数载流子 C 、填充因子 D 、空穴对（11）太阳能组件中串联数目较多时，为了安全起见，在每个组件上并接哪种二极管：（A ） A 、旁路二极管 B 、稳压二极管 C 、阻塞二极管 D 、肖特基二极管（12）孤岛效应指的是：（B ） A 、光伏组件被物体遮挡住，影响发电； B 、主电网供电中断，光伏系统继续发电； C 、光伏组件在阳光照射下，转换效率下降； D 、光伏组件中某部分出现短路；（13）表示太阳能电池的伏安特性曲线图的是：（A ） A 、I I S I M 0OC B 、

为什么在太阳能电池组件输出端的两极并联一个旁路二极管

为什么在太阳能电池组件输出端的两极并联一个旁路二极管怎么理解：“为防止太阳能电池在强光下由于遮挡造成其中一些因为得不到光照而成为负载产生严重发热受损,最好在太阳能电池组件输出端的两极并联一个旁路二极管。” 我是个新手，不太了解这个，希望大家帮忙，谢谢！问题补充：谢谢回答。不过还有疑问。能不能更详细的解释一下每个太阳能单元输出的电压？以及并联的二极管是如何解决不能发电的部分发热的问题的？答：在电池因为遮挡而得不到阳光或者部分照不到的情况下，这块电池产生的电流会变小，因为电池板内的电池的连接方式是串联，所以他们的电流是必须相同的，所以因为这个bad cell，导致了整个板输出的电流变小了，输出功率也变小了。但是其他电池产生的功率是不减少的，输出少了，只能“内部消化”了，消化的地方就是哪个bad cell,而产生hot spot. 旁路二极管就是为了在有bad cell的情况下，短路这个bad cell,而不影响其他的电池的输出。但是每个电池都加一个二极管，这个成本不是一般的高，所以一般是18个电池一个二极管太阳能电池的暗伏安特性和一般二极管的伏安特性的异同在一定的光照下,太阳电池产生一定的电流ISC ,其中一部分是流过P - N 结的暗电流,另一部分是供给负载的电流。故可把光照P - N 结看作是一个恒流源与理想二极管的并联组合,恒流源的电流就是最大的光生电流ISC , 流过理想二极管的电流即暗电流ID , IL 为流过负载电阻R 的电流。太阳能电池组件中的防反充电二极管的最大反向电压大约应设定在多大,可以用肖特基二极管吗? 因为SBD的反向电压较低那要看太阳能电池本身的输出电压有多高了，二极管的耐压一定要比被充电的电池电压高，否则电池就会击穿它了。注意电池电压不要按标称电压计算，而是要按最高电压计算，电池充满时的电压约为标称的1.2倍。为了防止意外，应留出余量，一般取最大值的1.414倍。什么是太阳能电池暗特性太阳能电池基本特性研究苗建勋，李水泉，石发旺，曹万民，武金楼（洛阳工学院，洛阳，471039）摘要随着太阳能电池使用日益广泛，对太阳能电池特性的研究也越来越引起人们的重视。关键词照度；短路电流；开路电压；输出特性；填充因子＿、良1954年美国的Ch。

9-组件热斑效应的原因与防护

组件热斑效应原因和运维防护措施曹晓宁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

组件旁路二极管详解

组件旁路二极管详解一般用在单晶硅和多晶硅光伏(PV)面板的旁路二极管中，在出现低分流和高分流阻抗时，保护过热点的光伏电池(参考图1)。图1A，电池板中的低分流阻抗单元图1B，电池板中的高分流阻抗单元在旁路应用中，肖特基势垒整流器可发挥低正向电压降的优势，而且比普通P-N结整流器的功率耗散更小。然而，这种器件也具有低反向电压击穿的缺点，很容易因ESD(静电放电)的电过应力(EOS)和感

应的高电压而损坏。图1显示的是，一个肖特基整流器在250V电压下施加高电压8/20 μs脉冲后失效的测试结果。图1，肖特基整流器在250V电压和一个8/20 μs脉冲(2-Ω线阻)情况下失效。 ESD——静电放电光伏电池光伏电池是太阳能光伏电池的简称，用于把太阳的光能直接转化为电能。目前地面光伏系统大量使用的是以硅为基底的硅太阳能电池，可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率低，但价格更便宜。按照应用需求，太阳能电池经过一定的组合，达到一定的额定输出功率和输出的电压的一组光伏电池，叫光伏组件。根据光伏电站大小和规模，由光伏组件可组成各种大小不同的阵列。本公司光伏组件，采用高效率单晶硅或多晶硅光伏电池、高透光率钢化玻璃、Tedlar、抗腐蚀铝合多边框等材料，使用先进的真空层压工艺及脉冲焊接工艺制造。即使在最严酷的环境中也能保证长的使用寿命。组件的安装架设十分方便。组件的北面安装有一个防水接线盒，通过它可以十分方便地与外电路连接。对每一块太阳电池组件，都保证20年以上的使用寿命。是用层压膜与玻璃或透明的二氧化硅板压到一起，或是用环氧树脂材料粘在一起。玻璃、化学材料平板和层压薄膜都很容易产生ESD，ESD的强度取决于表面直径。ESD可能损坏肖特基整流器的芯片端，主要是通过过热失效的方式(图2A和2B)。