光伏電站旁路二極管應(yīng)用失效分析

光伏電站旁路二極管應(yīng)用失效分析楊松;諸榮耀;沈道軍;羅易;李春陽;王仕鵬;黃海燕【摘要】主要研究光伏電站中經(jīng)常出現(xiàn)的集中區(qū)域多接線盒二極管失效、零星接線盒內(nèi)部二極管全部失效、正反偏置電壓對二極管的性能影響、ESD靜電能力對二極管性能的影響,以及正常發(fā)電光伏組件出現(xiàn)熱斑等異?，F(xiàn)象時(shí)旁路二極管的工作狀態(tài).通過相關(guān)探索性試驗(yàn),進(jìn)一步破析二極管從失效初期到最終失效的發(fā)展過程和因素,以便確定電站在不同工作狀態(tài)下對二極管工作可靠性的要求,并在此基礎(chǔ)上作出總結(jié).期刊名稱】《太陽能》年(卷),期】2015(000)003【總頁數(shù)】11頁(P36-46)【關(guān)鍵詞】光伏組件;光伏電站;二極管;熱斑效應(yīng)；ESD靜電能力;光伏接線盒【作者】楊松;諸榮耀;沈道軍;羅易;李春陽;王仕鵬;黃海燕【作者單位】浙江正泰新能源開發(fā)有限公司;浙江正泰太陽能科技有限公司;浙江正泰新能源開發(fā)有限公司;浙江正泰新能源開發(fā)有限公司;浙江正泰新能源開發(fā)有限公司;浙江正泰新能源開發(fā)有限公司;浙江正泰太陽能科技有限公司;浙江正泰太陽能科技有限公司【正文語種】中文0引言太陽能光伏組件用旁路二極管的可靠性一直受到業(yè)界的廣泛關(guān)注，隨著全球太陽能光伏電站組件使用數(shù)量的增加和使用時(shí)間的推移，系統(tǒng)部件的可靠性問題逐步顯現(xiàn)。光伏組件的生產(chǎn)制成、系統(tǒng)安裝和電站運(yùn)行等不同階段，因產(chǎn)品質(zhì)量與外界環(huán)境及施工等因素均可造成旁路二極管失效（包括二極管的應(yīng)用選型不當(dāng)），給太陽能光伏電站的正常運(yùn)行和工作壽命帶來極其不利的影響。正泰作為光伏電站的投資建設(shè)單位，曾多次同接線盒廠家、二極管廠家、光伏組件生產(chǎn)商合作，一同參與太陽能電站二極管失效事故的處理，分析不同二極管廠家產(chǎn)品的若干二極管失效案例，從中找到一些失效原因和規(guī)律，但也存在著不少需試驗(yàn)確認(rèn)的失效因素和改善措施。為此，正泰新能源開發(fā)有限公司在屋頂510kWp光伏電站現(xiàn)場與公司內(nèi)部實(shí)驗(yàn)室對電站應(yīng)用中發(fā)生二極管失效的情況進(jìn)行了多項(xiàng)探討性試驗(yàn)。1試驗(yàn)計(jì)劃試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)方法及要求的相關(guān)信息見表1。2試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)設(shè)備的相關(guān)參數(shù)見表2。3試驗(yàn)過程試驗(yàn)項(xiàng)目1：系統(tǒng)安裝時(shí)，方陣輸出線在匯流箱內(nèi)接反，造成二極管失效確認(rèn)試驗(yàn)試驗(yàn)環(huán)境情況：天氣晴，氣溫40°C。電站發(fā)生二極管失效時(shí)，存在一個(gè)方陣中大部分二極管同時(shí)失效的案例，這種情況一般懷疑為系統(tǒng)安裝時(shí)，在匯流箱內(nèi)并接線時(shí)方陣輸出線的“+”、“-”線接反所致。對于12進(jìn)1出的匯流箱，組串在并聯(lián)連接時(shí)接反，整個(gè)輸出電壓被光伏二極管限幅在30V左右，約有80A電流通過該組線路，其中大部分電流經(jīng)過二極管。在有陽光發(fā)電時(shí)，即便時(shí)間不長，也會(huì)使二極管因正向電流嚴(yán)重過載而熱擊穿。恢復(fù)正確接線后，擊穿二極管會(huì)繼續(xù)消耗與其并聯(lián)電池片的發(fā)電功率約60-70W,時(shí)間較長時(shí)二極管塑料體碳化爆裂，接線盒變形或燒穿。原理圖如圖1所示。在白天陽光下，某組方陣并線接反時(shí)，其他方陣發(fā)電電流會(huì)通過接反方陣二極管形成回路，造成二極管正向嚴(yán)重過流失效。為確認(rèn)上述分析原因是否存在，本次試驗(yàn)采用并線逐步增加的方法，測量各種狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，獲得分析依據(jù)。表1試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)方法及要求的相關(guān)信息序號試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)方法及要求1）監(jiān)測電流；12）測試二極管殼溫；3）記錄時(shí)間，監(jiān)測二極管失效情況；4）對二極管進(jìn)行解剖分析，確認(rèn)其芯片典型失效現(xiàn)象1）監(jiān)測失效二極管和附近二極管的殼溫；22）監(jiān)測附近二極管的反向漏電流；3）失效二極管在接線盒內(nèi)不同位置對其他二極管的影響1）監(jiān)測接線盒內(nèi)所有二極管的殼溫；32）監(jiān)測無遮擋組件時(shí)二極管的反向漏電流；3）與不同反向特性的二極管做對比，評估可靠性1）按試驗(yàn)原理圖將接線盒連接到試驗(yàn)電路中；42）打開反向電壓恒流恒壓電源，調(diào)整電壓為15V;3）啟動(dòng)“PLC正、反向轉(zhuǎn)換時(shí)間控制器”轉(zhuǎn)換按鈕；4）停止“PLC正、反向轉(zhuǎn)換時(shí)間控制器”轉(zhuǎn)換按鈕1）對二極管進(jìn)行不同電壓等級靜電測試；52）擊穿點(diǎn)擴(kuò)大化分析；3）芯片解剖分析系統(tǒng)安裝時(shí)，方陣輸出線在匯流箱內(nèi)接反，造成二極管失效確認(rèn)試驗(yàn)確認(rèn)接反會(huì)造成二極管失效；試驗(yàn)?zāi)M逐組增加并聯(lián)方陣時(shí)二極管發(fā)熱和失效狀況失效二極管對同一接線盒內(nèi)其他二極管的影響分析目前經(jīng)常出現(xiàn)光伏發(fā)電站中一只接線盒內(nèi)同時(shí)多只二極管失效的真正原因電池片被遮光，其旁路二極管工作時(shí)，對旁邊二極管的影響驗(yàn)證發(fā)電站局部區(qū)域陽光被遮擋，接線盒內(nèi)二極管的工作狀態(tài)和相互影響驗(yàn)證光伏組件被遮擋物遮光及遮光物瞬時(shí)消失時(shí)，組件正反偏置電壓對二極管性能的影響旁路二極管的靜電放電（ESD）能力試驗(yàn)?zāi)M組件應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)二極管正、反向偏置切換試驗(yàn)驗(yàn)證ESD靜電對二極管性能的影響圖1組串并聯(lián)接反失效原理圖表2試驗(yàn)設(shè)備的相關(guān)參數(shù)?試驗(yàn)?zāi)M一個(gè)方陣的接線盒內(nèi)二極管試驗(yàn)板（見圖2），方陣組串由16塊光伏組件串聯(lián)而成，每塊組件接線盒內(nèi)3只二極管，共48只二極管。試驗(yàn)接線圖如圖3所示。圖2模擬一串方陣二極管試驗(yàn)板試驗(yàn)步驟1） 選取太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的一個(gè)匯流箱單元；2） 切斷該單元與系統(tǒng)的開關(guān)；3） 脫開各方陣的熔斷器，選擇一方陣，用模擬方陣二極管試驗(yàn)板按試驗(yàn)接線圖方式連接；4） 接通模擬方陣熔斷器，保險(xiǎn)絲容量11A；5） 依次接通1、2、3、4、5組正常發(fā)電方陣熔斷器，電流即通過接反模擬方陣二極管，測量流過模擬試驗(yàn)板的電流、試驗(yàn)板兩端電壓和二極管表面溫度（穩(wěn)態(tài)）。圖3試驗(yàn)接線圖1并（1對1反充）接線圖及相關(guān)參數(shù)分別如圖4、表3所示。圖41對1反充接線圖表31并（1對1反充）接線的相關(guān)參數(shù)模擬每個(gè)接線盒3只二極管數(shù)量試驗(yàn)?zāi)M組件數(shù)16PSC（CHSM5612M）二極管數(shù)量48只并聯(lián)方陣數(shù)1并（1對1反充）二極管型號15SQ045首末二極管間電壓17.32V監(jiān)控電流4.51A二極管是否有擊穿是否熔斷絲是否熔斷是否2并（2對1反充）接線圖及相關(guān)參數(shù)分別如圖5、表4所示。3并（3對1反充）接線圖及相關(guān)參數(shù)分別如圖6、表5所示。4并（4對1反充）接線圖及相關(guān)參數(shù)分別如圖7、表6所示。圖52對1反充表42并（2對1反充）接線的相關(guān)參數(shù)模擬每個(gè)接線盒3只二極管數(shù)量試驗(yàn)?zāi)M組件數(shù)16PSC（CHSM5612M）二極管數(shù)量48只并聯(lián)方陣數(shù)2并（2對1反充）二極管型號15SQ045首末二極管間電壓22V監(jiān)控電流9.014A二極管是否有擊穿是否熔斷絲是否熔斷是否圖63對1反充表53并（3對1反充）接線的相關(guān)參數(shù)模擬每個(gè)接線盒3只二極管數(shù)量試驗(yàn)?zāi)M組件數(shù)16PSC（CHSM5612M）二極管數(shù)量48只并聯(lián)方陣數(shù)3并（3對1反充）二極管型號15SQ045首末二極管間電壓22.7V監(jiān)控電流13.48A二極管是否有擊穿是否熔斷絲是否熔斷是否圖74對1反充表64并（4對1反充）接線的相關(guān)參數(shù)模擬每個(gè)接線盒3只二極管數(shù)量試驗(yàn)?zāi)M組件數(shù)16PSC（CHSM5612M）二極管數(shù)量48只并聯(lián)方陣數(shù)4并（4對1反充）二極管型號15SQ045首末二極管間電壓17.26V監(jiān)控電流18A二極管是否有擊穿是否熔斷絲是否熔斷是否5并（5對1反充）接線圖及相關(guān)參數(shù)分別如圖8、表7所示。圖85對1反充表75并（5對1反充）接線的相關(guān)參數(shù)模擬每個(gè)接線盒3只二極管數(shù)量試驗(yàn)?zāi)M組件數(shù)16PSC（CHSM5612M）二極管數(shù)量48只并聯(lián)方陣數(shù)5并（5對1反充）二極管型號15SQ045首末二極管間電壓16.577V監(jiān)控電流20A二極管是否有擊穿是否熔斷絲是否熔斷是否針對試驗(yàn)項(xiàng)目1，結(jié)合不同反接狀態(tài)下的測試數(shù)據(jù)分析如圖9所示。圖9不同反接狀態(tài)下二極管溫升分析試驗(yàn)分析本項(xiàng)目試驗(yàn)通過模擬系統(tǒng)安裝，測量二極管的溫度，進(jìn)而評估方陣在匯流箱內(nèi)并入連接時(shí)極性接反是否會(huì)引起方陣內(nèi)大面積二極管失效現(xiàn)象。從試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)看，二極管達(dá)到了較高溫度，在并入第5組方陣12min后，保險(xiǎn)絲熔斷。數(shù)據(jù)表明，本次試驗(yàn)采用的系統(tǒng)輸出電流不大。在電站系統(tǒng)中，如果匯流箱之間沒有防反隔離措施，饋入反接方陣的電流將更大。而二極管是否會(huì)失效，取決于保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間和二極管承受的最大電流。二極管與保險(xiǎn)絲熔斷損壞試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表8所示。數(shù)據(jù)顯示，1并、2并、3并、4并二極管未擊穿、熔斷絲未熔斷；5并時(shí)二極管未擊穿，熔斷絲熔斷，表明二極管溫度與通過電流的變化成正相關(guān)，且隨著系統(tǒng)一次匯流設(shè)備并聯(lián)數(shù)的增加，系統(tǒng)方陣接反后光伏接線盒中二極管失效的可能性將隨之增加。同時(shí)也說明，熔斷絲在系統(tǒng)中起到了相應(yīng)的保護(hù)作用。表8光伏系統(tǒng)用熔絲與二極管大電流下?lián)p壞先后順序驗(yàn)證檢測電流/A二極管型號熔斷絲電流容量/A二極管是否擊穿熔斷絲是否熔斷熔斷絲熔斷時(shí)間點(diǎn)2012SQ04512否是<2min3015SQ04515否是<30s4015SQ04515否是<5s5015SQ04515否是<4s6015SQ04515否是<2s6015SQ04520否是<2s試驗(yàn)項(xiàng)目2：失效二極管對同接線盒內(nèi)其他二極管的影響試驗(yàn)環(huán)境情況：天氣晴，氣溫40°C。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生二極管與接線盒失效案例中，曾發(fā)現(xiàn)接線盒內(nèi)部3只二極管全部失效，并出現(xiàn)接線盒燒毀和二極管塑料體開裂現(xiàn)象。在案例分析中，一般認(rèn)為二極管質(zhì)量隱患與失效分布情況無法對應(yīng)，所以一般判斷為組件在安裝使用中受到意外損害（如雷擊），造成接線盒內(nèi)部二極管擊穿失效，然而這類失效的真正原因和發(fā)展過程尚未確定。針對業(yè)界普遍反映二極管反向擊穿失效占失效比例較大，且溫度對二極管反向特性影響較大，本次試驗(yàn)圍繞失效二極管發(fā)熱對接線盒內(nèi)其他二極管的影響進(jìn)行。本試驗(yàn)分別采用R-6結(jié)構(gòu)二極管和接線盒、TO-263結(jié)構(gòu)二極管和接線盒進(jìn)行試驗(yàn)。R-6結(jié)構(gòu)二極管及接線盒試驗(yàn)將1PCSESD靜電擊穿失效的二極管安裝于接線盒內(nèi)，將接線盒接入組件中，組件接入方陣后，測量記錄接線盒內(nèi)3只二極管溫度及盒內(nèi)溫度、組件背板溫度，觀察該接線盒內(nèi)正常二極管是否失效，安裝情況如圖10所示。方陣空載試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表9所示。圖10R-6結(jié)構(gòu)失效二極管安裝圖表9方陣空載狀態(tài)下測試數(shù)據(jù)時(shí)間二極管溫度/°C盒內(nèi)溫組件背板二極管度/OC溫度/°C失效情況9:3547.775.3190.966.749.8未失效9:5561.892.5200.883.956.9未失效10:1566.097.3204.188.157.8未失效10:2567.8100.392.260.2未失效10:3568.5100.7210.591.558.5未失效10:4069.5213.395.363.3未失效65min后，溫度已穩(wěn)定，記錄失效的二極管溫度達(dá)到213.3°C,其他二極管溫度分別為102.8°C、69.5°C,盒內(nèi)溫度為95.3°C,組件背板溫度為63.3°C,正常二極管未失效。方陣帶負(fù)載試驗(yàn)：負(fù)載采用電爐絲，阻性負(fù)載，電爐絲220V、2kW,兩并、兩串連接，接入方陣在線測量。負(fù)載兩端電壓484V、電流3.88A、功率1877.9W。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表10所示。表10方陣負(fù)載狀態(tài)下測試數(shù)據(jù)時(shí)間二極管溫度/°C盒內(nèi)溫度/C組件背板溫度/C組件正面溫度/°C二極管失效情況11:1566.184.6105.181.259.862.2未失效11:3062.268.479.166.465.165.6未失效11:5860.465.175.362.661.764.5未失效TO-263結(jié)構(gòu)二極管及接線盒試驗(yàn)安裝圖如圖11所示,試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表11所示。針對試驗(yàn)項(xiàng)目2,結(jié)合不同結(jié)構(gòu)二極管對同接線盒內(nèi)旁邊二極管影響的測試數(shù)據(jù)的分析如圖12所示。試驗(yàn)分析圖11TO-263結(jié)構(gòu)失效二極管安裝圖表11方陣空載狀態(tài)下測試數(shù)據(jù)時(shí)間二極管溫度/°C盒內(nèi)溫組件背板二極管度/oc溫度/°C失效情況9:0290.91136.8083.41125.6048.05兩側(cè)未擊穿9:24116.1113.7138.964.4兩側(cè)未擊穿9:37121.7188.5127.9145.468.9兩側(cè)未擊穿9:48122.6209.7209.2133.872.8右側(cè)二極管擊穿10:06130.0215.2213.0102.576.7左側(cè)未擊穿10:13138.8219.4215.6108.681.2左側(cè)未擊穿圖12R-6、TO結(jié)構(gòu)失效二極管對同接線盒內(nèi)其他二極管的影響分析圖從試驗(yàn)測量到的二極管殼溫可看到，在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，如果發(fā)生二極管擊穿或在系統(tǒng)安裝前二極管已經(jīng)擊穿的情況，系統(tǒng)發(fā)電就會(huì)使擊穿二極管發(fā)熱，同時(shí)有可能帶動(dòng)接線盒內(nèi)部環(huán)境溫度升高和其他二極管漏電流上升。二極管的反向漏電流隨溫度的上升而增加，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，溫度每升高10C,反向漏電流升高1倍。從而反向漏電流大與高溫特性差的二極管就會(huì)失效。二極管的塑料封裝材料是高分子物質(zhì)，在長期高溫狀態(tài)下高分子材料發(fā)生碳化而爆裂。在解剖分析此類失效樣品時(shí)，常遇到碳化材料無法去除現(xiàn)象。反向擊穿二極管在組件工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)高溫，它與二極管正向?qū)üぷ鲿r(shí)的區(qū)別，我們通過對擊穿二極管的測量，得到了其特性和參數(shù)的分布情況。分析如下：1） 擊穿二極管的反向特性大部分是阻性的，反向特性曲線如圖13所示。圖13擊穿二極管的反向特性曲線2） 數(shù)據(jù)測量：在對反向擊穿的二極管通入8.5A電流下，測得二極管兩端壓降在1.2~2.0V之間，計(jì)算其電阻為0.14-0.24Q。部分大電流燒毀的失效二極管反向電阻較小。3） 根據(jù)等效電路圖分析擊穿二極管在組件中的失效原因和影響，擊穿二極管在組件中的工作原理圖如圖14所示。圖14擊穿二極管組件中工作原理圖如圖14所示，二極管反向擊穿后，原本應(yīng)反向截止的特性，變化為反向?qū)?。與它并聯(lián)的電池片在陽光照射下產(chǎn)生電流，其電流通過電池片內(nèi)阻和二極管反向擊穿后的電阻串聯(lián)形成回路。目前條件下，組件與二極管并聯(lián)的電池片組空載電壓約為13V、短路電流約為8.5A，計(jì)算電池片組內(nèi)阻為：式中，Rdr為電池片組內(nèi)阻；Vk為電池片組空載電壓；ID為組件短路電流。二極管擊穿后，電池片組的回路電流為：式中，Rf為反向電阻。二極管反向功耗為：從計(jì)算數(shù)據(jù)及試驗(yàn)結(jié)果分析知，二極管反向擊穿后在組件正常發(fā)電的情況下，其反向功耗遠(yuǎn)大于正常二極管出現(xiàn)熱斑時(shí)的正向功耗，溫度必然會(huì)很高。同時(shí)說明，TO-263型貼片式ESD擊穿二極管比R-6軸向式ESD擊穿二極管對同接線盒中旁邊元件影響更大（可引起旁邊二極管擊穿）。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是貼片式二極管散熱面積大，快速將熱量傳遞給對應(yīng)連接銅片，銅片再將熱量傳遞給旁邊二極管最終導(dǎo)致其熱擊穿。需要注意的是，若用單一組件方陣進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)方陣對負(fù)載輸出電流時(shí)，由于輸出電流的方向與二極管擊穿短路電流的方向是相反的，由基爾霍夫電流法可知，流過擊穿二極管的反向電流會(huì)減小，發(fā)熱會(huì)隨之降低。但在發(fā)電系統(tǒng)中，由于該組串方陣存在擊穿二極管輸出電壓缺失的原因，在并入?yún)R流箱后，與其他方陣輸出電壓相比，該方陣與其他方陣存在電壓差，因此該方陣的輸出電流會(huì)下降或有倒流現(xiàn)象（無防反流系統(tǒng)）。因此反向擊穿失效二極管的發(fā)熱是極其嚴(yán)重的。試驗(yàn)項(xiàng)目3：光伏組件被遮光，其旁路二極管工作時(shí)對旁邊二極管的影響試驗(yàn)環(huán)境情況：天氣晴，氣溫40°C。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于環(huán)境及其他因素導(dǎo)致組件產(chǎn)生熱斑是系統(tǒng)通常很難避免的現(xiàn)象，這也是光伏組件用接線盒內(nèi)加入二極管的最終原因。本次試驗(yàn)希望通過模擬工作條件，驗(yàn)證光伏組件出現(xiàn)熱斑后接線盒內(nèi)部二極管的工作狀態(tài)，以便評估其可靠性。試驗(yàn)采用遮光布遮擋組件一部分電池片，檢測對應(yīng)接線盒內(nèi)各二極管的工作狀態(tài)［1］。試驗(yàn)組件如圖15所示，遮光前、后測量數(shù)據(jù)分別見表12、表13。圖15實(shí)驗(yàn)?zāi)M光伏組件熱斑現(xiàn)象表12遮光前測試數(shù)據(jù)時(shí)間二極管溫度/°C組件輸出電流/A盒內(nèi)溫度/C組件背板溫度/°C二極管失效情況10:4540.240.440.15.0739.548.2未失效未遮擋空載601V;負(fù)載電壓485.5V表13遮光后測試數(shù)據(jù)時(shí)間二極管溫度/°C盒內(nèi)溫組件背板二極管度/C溫度/C失效情況11:4160.581.761.358.557.3未失效11:5359.981.560.958.556.5未失效12:0560.381.361.158.956.2未失效12:2061.482.262.060.059.8未失效遮擋后空載591.6V；負(fù)載電壓476V試驗(yàn)分析從試驗(yàn)數(shù)據(jù)知，二極管能滿足其設(shè)計(jì)工作的要求。在光伏組件和接線盒、二極管都正常工作狀態(tài)下，目前接線盒試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)確定的環(huán)境溫度能滿足光伏組件應(yīng)用的實(shí)際場合。同時(shí)說明，二極管質(zhì)量的好壞將直接影響系統(tǒng)發(fā)電功率的輸出，因此應(yīng)引起重視。試驗(yàn)項(xiàng)目4：模擬組件應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)二極管正、反向偏置切換試驗(yàn)試驗(yàn)環(huán)境情況：環(huán)境溫度25°C,室內(nèi)。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)長期工作中，有可能存在某遮光物落在光伏組件表面，此時(shí)其與被遮擋組串反向并聯(lián)的旁路二極管形成正向?qū)?。方陣發(fā)電輸出電流通過該旁路二極管，對外輸出電能。由于二極管正向功耗使其發(fā)熱，一段時(shí)間后，二極管結(jié)溫Tj在一個(gè)較高數(shù)值上達(dá)到平衡［2］。而此時(shí)遮擋陽光物體因風(fēng)吹等原因突然移動(dòng)，遮擋物或陰影突然移出該組件被遮擋部位，電池片被陽光照射，立刻發(fā)電，電壓反向加至剛消失正向電流的二極管上。由于二極管結(jié)溫Tj仍處在高溫狀態(tài)下，反向電壓的出現(xiàn)，反向漏電流會(huì)使二極管進(jìn)入惡性循環(huán)狀態(tài)而失效。本試驗(yàn)采用同一結(jié)構(gòu)接線盒，選擇不同參數(shù)二極管，用正向?qū)娏鬟f增的方法，逐級試驗(yàn)來評估二極管正、反向轉(zhuǎn)換的正向電流能力。試驗(yàn)電路原理如圖16所示。試驗(yàn)樣品：同一種接線盒5只，R-6封裝不同參數(shù)芯片二極管5種。試驗(yàn)方法：分別對5種二極管組裝的接線盒逐一進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)正向電流由接線盒+、-導(dǎo)入，電流回路為3只二極管串聯(lián)通過。反向電壓15V切換到中間1只二極管上。圖16光伏二級管正反向轉(zhuǎn)換試驗(yàn)原理圖操作步驟：1）按試驗(yàn)原理圖將接線盒連接到試驗(yàn)電路中，并將溫度傳感器貼裝到二極管外殼上，蓋好接線盒盒蓋。將完成上述操作的接線盒放入烘箱內(nèi)，打開烘箱加熱至80°C,待恒溫后打開正向電流恒流恒壓電源對其通入6A電流，1h后，記錄二極管殼溫。2）打開反向電壓恒流恒壓電源，調(diào)整電壓為15V,恒流輸出值應(yīng)大于8A。3）啟動(dòng)“PLC正、反向轉(zhuǎn)換時(shí)間控制器”轉(zhuǎn)換按鈕，觀察反向漏電流。當(dāng)漏電流下降至起始值的1/3時(shí)，可判斷所加正向電流為可通過值。4）按“PLC正、反向轉(zhuǎn)換時(shí)間控制器”停止按鈕，調(diào)節(jié)正向電流，逐步加大正向電流，重復(fù)上述試驗(yàn)。當(dāng)試驗(yàn)過程轉(zhuǎn)換成反向后，反向漏電流向高漂移，漂移速度逐步加快，可判斷為該正向電流為不可通過電流值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表14所示，表中VF為正向峰值電壓；VB為雪崩擊穿電壓；IR為反向電流。試驗(yàn)分析該模擬試驗(yàn)的現(xiàn)象是在太陽能光伏發(fā)電站實(shí)際工作中有可能存在的現(xiàn)象，試驗(yàn)圍繞二極管的高溫特性進(jìn)行，當(dāng)有物體或陰影在光伏組件上出現(xiàn)熱斑時(shí)，二極管正向?qū)üぷ鳎?jīng)過一段時(shí)間，二極管芯片中p-n結(jié)的溫度穩(wěn)定在一個(gè)較高數(shù)值上。此時(shí)若物體或陰影突然移出光伏組件原來位置，二極管工作狀態(tài)由正向?qū)ㄞD(zhuǎn)換成反向截止，組件發(fā)電電壓立刻加到二極管反向兩端；而此刻二極管的p-n結(jié)溫度未大幅下降，反向漏電流較大，如果漏電流和反向電壓產(chǎn)生的反向功耗使結(jié)溫繼續(xù)上升，則二極管就會(huì)熱擊穿失效。表14二級管正、反向偏置測試數(shù)據(jù)注：1#樣品為最佳產(chǎn)品通不同正向電流穩(wěn)定后轉(zhuǎn)換通反向15V測量漏電值（紅色字體為不可通過時(shí)的通過溫度及漏電值）6.5A7.0A7.5A8.0A8.5A9.0A9.5A條件條件條件Tc/IR/Tc/IR/Tc/IR/Tc/IR/Tc/IR/Tc/IR/Tc/IR/10A0.1mA45V°CmA°CmA°CmA°CmA°CmA°CmA°CmA146951.23--159.230--169.560174.990179.7120170244849.812--157.960162.580167.8110172.9140----343341.7136148.190152.8130 444642.5126156.3220- 546854.922156.360161.390166.9160172.3220------樣品常規(guī)參數(shù)編號VF/VB/VIR/mVpA本試驗(yàn)結(jié)果顯示，不同參數(shù)特性的二極管有不同的電流通過能力。推測相同二極管在不同的接線盒內(nèi)，也會(huì)有不同的電流通過能力。為此可研究確定，接線盒（包括二極管）能否應(yīng)用在組件輸出電流超過試驗(yàn)通過電流的場合。3.5試驗(yàn)項(xiàng)目5:旁路二極管的靜電放電（ESD）能力試驗(yàn)試驗(yàn)環(huán)境情況：環(huán)境溫度25°C,室內(nèi)。光伏二極管的抗靜電能力是一個(gè)非常重要的參數(shù)指標(biāo)，多年來組件生產(chǎn)過程中發(fā)生二極管擊穿失效和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中分散零星式二極管燒毀等現(xiàn)象，都有可能與靜電放電有關(guān)。為此評估二極管抗靜電和提高這一能力就顯得尤為重要。光伏二極管抗靜電放電能力測試光伏二極管自身抗靜電放電能力的高低，對應(yīng)用可靠性有較大的影響，參照IEC61000-4-2[3]標(biāo)準(zhǔn)對光伏二極管的抗靜電放電能力進(jìn)行抽檢和評估。試驗(yàn)原理及設(shè)備分別如圖17、圖18所示。圖17光伏二極管抗靜電能力測試原理圖圖18靜電測試儀參數(shù)設(shè)置：試驗(yàn)采用人體模式，試驗(yàn)參數(shù)150P、330Q,接觸式；試驗(yàn)采用電壓逐級提升法。試驗(yàn)方法：選擇不同型號二極管各10只，測試常規(guī)參數(shù)合格后進(jìn)行試驗(yàn)，以5kV檔級逐級提高電壓進(jìn)行試驗(yàn)，且從5kV開始進(jìn)行放電試驗(yàn)，每放電一次后對試驗(yàn)件進(jìn)行常規(guī)特性測量，判斷是否失效。試驗(yàn)結(jié)果見表15。表15二極管抗靜電能力測試數(shù)據(jù)分析表注：1#樣品為最佳產(chǎn)品編號ESD條件5kV10kV15kV20kV25kV30kV1150pF、330Q無失效無失效無失效無失效無失效無失效2150pF、330Q無失效無失效無失效無失效無失效1PCS擊穿