光伏行業(yè)已是拉動國民經濟的最強勁引擎，光伏組件是光伏電站的主體。旁路二極管反并聯(lián)于電池串兩端，能有效的防止電池片因熱斑而燒毀。旁路二極管體積小，看似微不足道，但其可靠性對光伏組件的正常運行，甚至對整個電力系統(tǒng)的安全產生直接影響。隨著電池片尺寸的增大帶來電流的提升，電氣安全風險也在增加，嚴重時可能導致接線盒、背板等材料燒毀，甚至引發(fā)火災，給光伏電站帶來損失。本文旨在解讀旁路二極管的基本特性和其在光伏組件中的運用。

一、旁路二極管的基本特性

旁路二極管是指在電池組件中反向并聯(lián)于太陽能硅電池片組的兩端二極管，能夠有效地防止硅電池片因熱斑效應而燒毀，是光伏太陽能組件的重要組成部分。是為了防止太陽能電池在強光下由于遮擋造成其中一些因為得不到光照而成為負載產生嚴重發(fā)熱受損。一般用在單晶硅和多晶硅光伏(PV)面板的旁路二極管中，在出現(xiàn)低分流和高分流阻抗時，保護過熱點的光伏電池。但旁路二極管的引入，也會導致遮蔽情況下光伏陣列的P-U曲線呈現(xiàn)多峰特性，在旁路二極管的基礎上也發(fā)展來了智能重構旁路二極管。

肖特基二極管的單向導通原理如下圖所示：

由于肖特基二極管是金屬和半導體接觸，沒有PN結二極管的電荷存儲機制，在切換電場時，不存在存儲電荷要先被消耗掉的時間等待，所以肖特基二極管的開關響應速度非?？?，這也是肖特基二極管被選中作為旁路二極管的重要原因之一。當電池片發(fā)生熱斑時，大電流能被立刻旁路掉，起到最快的保護作用。當熱斑消失時，旁路二極管能立刻恢復截止狀態(tài)，組件恢復最大功率輸出，所以肖特基二極管超高的開關響應頻率也正好切中了組件的應用場景需求。

肖特基二極管相比于PN結二極管，還具有較低的正向導通電壓的特性，原因在于金半接觸形成的肖特基結的飽和漏電流包含3種模型（隧穿電流/載流子發(fā)射/鏡像力）豐富于PN結二極管的單一的少數(shù)載流子漂移漏電流模型，所以在同等條件下，肖特基二極管相比于PN結二極管會表現(xiàn)出更高的漏電流。

二、旁路二極管的熱失控

旁路二極管通常的失效模式是承受不住高溫和大電流的考驗，當組件部分電池片被遮擋導致旁路二極管導通后，正向大電流使得二極管迅速發(fā)熱而容易擊穿。IEC 61215標準里面有關二極管結溫測試，用以檢測二極管性能，然而這項檢測還不能完全評價旁路二極管的可靠性。比如遮擋移除后，二極管仍有擊穿現(xiàn)象發(fā)生，究其原因是因為遮擋移除瞬間，二極管從正向導通變換為反向截止狀態(tài)，二極管本身保持較高溫度，在反向漏電流下繼續(xù)發(fā)熱。此時，若接線盒散熱良好，則二極管溫度逐漸降低至正常，否則溫度繼續(xù)上升，直至二極管熱擊穿而失效，被稱為熱失控。

三、旁路二極管的熱逃逸測試

IEC62979：2017對光伏組件的旁路二極管的熱逃逸實驗做了標準規(guī)范。測試的基本方法是在高溫環(huán)境下持續(xù)正向導通大電流達到二極管穩(wěn)定狀態(tài)后，瞬間切換電壓成二極管反向截止，比較電壓切換前后二極管的溫度。如果正向導通時的溫度高于反向截止時的溫度，則說明二極管反向截止漏電流產生的熱能夠順暢逃逸不會導致二極管結溫繼續(xù)升高，即二極管未發(fā)生熱失控，反之二極管結溫會持續(xù)升高而導致熱失控，同時監(jiān)控到漏電流降低，并且熱逃逸測試后的二極管的正向和反向特性與初始測量相比沒有明顯的變化，則認為熱逃逸測試通過。

IEC62979：2017定義的幾個重要測試條件如下：

實驗環(huán)境溫度:

90±2℃（屋頂類組件），75±2℃（開放支架類）

正向電流:

1.25倍STC下組件短路電流

正向穩(wěn)定狀態(tài):

二極管溫度穩(wěn)定在（+0.3℃，-0℃）保持10分鐘

反向偏置電壓:

數(shù)值等同STC下二極管對應串的開路電壓

正反向切換時間:

≤10ms

通常情況下，切換電壓數(shù)秒后，即可觀察到二極管是否熱失控。在某些臨界情況下，溫度變化很小，測試必須持續(xù)至少2分鐘。

下圖是熱失控時的溫度變化曲線：

下圖是熱可控時的溫度變化曲線：

遵循IEC62979標準實施熱逃逸測試，在高溫測試環(huán)境箱內，給接線盒通1.25倍的短路電流（雙面組件電流同時考慮背面增益因子），持續(xù)一個小時確保二極管經受住高溫和大電流考驗并處于穩(wěn)定狀態(tài)后，切斷電流瞬間施加反向電壓，檢測接線盒和二極管的熱逃逸性能。

審核編輯：湯梓紅