¿Cómo determinar si los diodos de un sistema de energía solar están dañados?

一, El papel central y el riesgo de fallo de los diodos en los sistemas de energía solar.
Tipos y funciones de diodos.
Diodo de derivación: conectado en paralelo en ambos extremos de la cadena de baterías, proporcionando una ruta alternativa para la corriente cuando algunas celdas de la batería están obstruidas o fallan, evitando el efecto de punto térmico (daño permanente a las celdas de la batería causado por el sobrecalentamiento local).
Diodo anti carga inversa: Conectado en serie entre el conjunto fotovoltaico y el controlador, evita que la batería se descargue en sentido inverso a través del panel fotovoltaico durante la noche o en días lluviosos, protegiendo la vida útil de la batería.
Diodo de bloqueo: se utiliza en sistemas paralelos de varias series para evitar que la corriente regrese a series de baja-potencia, lo que garantiza el funcionamiento independiente de cada serie.
Consecuencias típicas del daño del diodo
El efecto de punto de calor se intensifica: después de la falla del diodo de derivación, las celdas de la batería bloqueadas continúan resistiendo el voltaje inverso y la temperatura puede aumentar a más de 200 grados, lo que provoca el envejecimiento del material de embalaje e incluso la ignición.
Disminución de la generación de energía del sistema: el cortocircuito del diodo anti-carga inversa puede provocar que la batería se autodescargue durante la noche, lo que resulta en una pérdida diaria de hasta un 5% -10% de electricidad.
Riesgo de daño al equipo: La falla del diodo de bloqueo puede causar circulación entre cadenas y quemar conectores o cables.
2, manifestación visual y juicio preliminar del daño del diodo.
1. Detección de anomalías en la apariencia
Marcas de erosión: la superficie de un diodo normal es lisa, pero después del daño, pueden aparecer marcas de quemaduras negras, grietas o pines derretidos (como se muestra en la Figura 1). Por ejemplo, un sistema fotovoltaico de 5 kW experimentó marcas de carbonización en el conector debido a la rotura del diodo de derivación.
Deformación del embalaje: las altas temperaturas provocan la expansión de la resina epoxi o del embalaje de plástico, algo que suele observarse en situaciones de sobrecarga o cortocircuito a largo plazo-.
Cambio de color: los diodos de material de silicio cambiarán de negro a blanco grisáceo a altas temperaturas, lo que se puede identificar comparando componentes del mismo lote.
2 anomalías en el rendimiento del sistema
Tensión de cadena desequilibrada: utilice un multímetro para medir la tensión de circuito abierto de cada cadena. Si el voltaje de una cadena es significativamente menor que el de otras cadenas (por ejemplo, más de un 10% menor que el valor nominal), puede deberse a una falla en la conducción del diodo de derivación.
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), indica que el diodo anti-carga inversa está en cortocircuito.
Calentamiento anormal: el dispositivo de imágenes térmicas infrarrojas detecta la temperatura de la superficie del diodo. La temperatura de funcionamiento normal debe ser inferior a 85 grados. Si la temperatura local excede los 120 grados, la máquina debe detenerse inmediatamente para su inspección.
3, métodos de detección profesionales para daños en diodos.
1 Detección fuera de línea (fallo de alimentación del sistema)
Prueba de caída de presión positiva:
Configure el multímetro en modo diodo (o modo 2V CC).
Conecte el polo positivo al ánodo del diodo y el polo negativo al cátodo y registre la caída de tensión directa (VF).
Normal silicon diode VF should be 0.5-0.7V, and Schottky diode VF should be 0.2-0.4V. If VF>1V o muestra OL (circuito abierto), indica que el diodo está en circuito abierto; Si FV<0.1V, there may be a short circuit caused by breakdown.
Prueba de corriente de fuga inversa:
Utilice un multímetro de alta-precisión (como Fluke 87V) en el rango μ A.
Conecte el diodo a la inversa (con el polo positivo conectado al cátodo y el polo negativo conectado al ánodo) y aplique un voltaje inverso (como 20 V).
La corriente de fuga inversa normal de un diodo debe ser inferior a 1 μ A. Si es superior a 10 μ A, indica una disminución en el rendimiento del aislamiento.
2 Detección en línea (sistema energizado)
Monitoreo dinámico de corriente:
Utilice un osciloscopio para capturar la forma de onda de voltaje a través del diodo.
El diodo de derivación normal está en un estado de corte inverso cuando la cadena es normal y el voltaje está cerca del voltaje del circuito abierto de la cadena; Cuando la cuerda está obstruida, el diodo conduce en dirección directa y el voltaje cae alrededor de VF.
Si la forma de onda muestra una conducción directa continua o fluctuaciones de corriente de fuga inversa, indica una desviación de los parámetros del diodo.
Posicionamiento de imágenes térmicas infrarrojas:
Escanee el área del diodo con una cámara termográfica infrarroja cuando haya suficiente luz solar.
La temperatura normal del diodo debe estar cerca de la de los componentes circundantes. Si la temperatura local es superior a 20 grados, puede causar sobrecalentamiento debido al aumento de la pérdida de conducción.
4, análisis de causa raíz y medidas preventivas de daños a los diodos.
1 Causas comunes de daño
Sobretensión: los rayos o las fluctuaciones de la red hacen que el voltaje inverso del diodo exceda el valor nominal (por ejemplo, cuando el VRRM de 1N4007 es 1000 V, se requiere un margen del 20 % para el uso real).
Sobrecorriente y sobrecalentamiento: una coincidencia inadecuada de las cadenas hace que algunos diodos transporten una corriente excesiva durante mucho tiempo (como cuando la corriente de diseño es de 10 A, pero en realidad fluye 15 A).
Defectos de fabricación: soldaduras virtuales o grietas de chips en la capa de metalización interna del diodo, que son difíciles de detectar en la etapa inicial y fallan gradualmente después de la operación.
Corrosión ambiental: en áreas costeras o de alta humedad, la oxidación de las clavijas de los diodos conduce a una mayor resistencia de contacto y un envejecimiento acelerado debido al aumento de temperatura local.
2 Estrategias de prevención y mantenimiento
Optimización de la selección:
La corriente nominal del diodo de derivación debe ser mayor o igual a 1,25 veces la corriente de cortocircuito de la cadena, y el voltaje inverso debe ser mayor o igual a 1,5 veces el voltaje máximo del sistema.
El diodo anti-carga inversa debe seleccionarse como un tipo de VF bajo (como SB5100, VF=0.45V) para reducir el consumo de energía nocturno.
Especificaciones de instalación:
La longitud del cable de conexión entre el diodo y la cadena de baterías debe ser inferior a 30 cm para reducir la inductancia parásita.
The installation surface of the heat sink should be flat and coated with thermal conductive silicone grease (thermal conductivity>2W/m · K) para garantizar la resistencia térmica<1 ℃/W.
Pruebas periódicas:
Escanee los diodos clave con una cámara termográfica infrarroja cada trimestre y establezca registros de temperatura.
Conduct offline testing once a year to replace components with VF deviation>10% o corriente de fuga que exceda el estándar.
5, Estudio de caso: Solución de problemas de fallas de diodos en un sistema fotovoltaico de 10 kW
1. Fenómeno de falla
Después de 3 años de funcionamiento del sistema, la generación de energía disminuyó un 15 % en comparación con el mismo período, y el voltaje del paquete de baterías nocturno cayó de 51,2 V a 49,8 V.

2. Proceso de investigación
Inspección de apariencia: se encontró que el empaque del diodo de derivación en la cadena 2 estaba ligeramente abultado y había marcas de oxidación en las clavijas.
Pruebas fuera de línea:
La prueba de caída de tensión directa muestra VF=1.2V (valor normal 0,6 V), lo que indica un aumento en la resistencia.
La prueba de corriente de fuga inversa es de 5 μ A (valor normal<1 μ A), and the insulation performance decreases.
Verificación del nivel del sistema:
Después de reemplazar el diodo defectuoso, el voltaje de la cadena 2 volvió al mismo nivel que el de las otras cadenas (36,5 V).
Por la noche, el voltaje del paquete de baterías se mantuvo estable en 51,0 V y la generación de energía aumentó al 98% del valor de diseño.
Análisis de causa raíz
Selección incorrecta: la corriente nominal original del diodo era de 8 A, pero la corriente de cortocircuito real-de la cadena alcanzó los 10 A, lo que aceleró el envejecimiento debido a una sobrecarga-a largo plazo.
Disipación de calor insuficiente: no hay disipador de calor instalado, la temperatura de la unión del diodo supera los 125 grados durante mucho tiempo.