近年來，隨著采用高效新技術的高光電轉換效率、高發電量的光伏組件成為市場主流產品，對于光伏組件的接線盒旁路二極管 ( 下文簡稱為“二極管”) 等關鍵零部件提出了更高要求。
在整個光伏發電系統中，接線盒作為光伏組件的重要組成部分，主要作用是將光伏組件產生的電力與外部線路連接，傳導產生的電流，其質量是否可靠，直接關系到光伏組件發電的穩定性與連續性。
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在實際光伏發電系統中可能因靜電引起二極管擊穿，從而造成接線盒和光伏組件燒毀。
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雷電感應過電壓會導致光伏組件二極管擊穿，但需要出現足夠大且持續時間足夠長的反灌電流，才能燒毀二極管。
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高額順向電流有很低的概率會造成二極管擊穿，過大電壓沖擊會導致二極管擊穿失效。
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戶外光伏電站實際運行中會因感應雷擊導致二極管擊穿失效。
上述研究主要是針對二極管的擊穿進行分析測試，很少從通過模擬測試來復現相關現象的角度來開展研究。
基于此，本文以中國西北地區某戶外光伏電站為例，針對該電站中光伏組件出現的接線盒鼓包情況，拆取正常光伏組件至實驗室進行二極管短路電流下的熱性能、反向電流過載下的熱性能、熱逃逸性能的模擬測試分析。
以中國西北地區某戶外光伏電站為例，以從該電站拆回的接線盒無鼓包的光伏組件作為實驗樣品，重點進行光伏組件二極管相關測試分析。
表1 光伏組件的銘牌標稱信息
根據經驗分析，接線盒鼓包主要是因為內部發熱引起，因此根據 IEC 61215：2005《Crystalline?silicon terrestrial photovoltaic (PV) modules ——Design qualification and type approval》的測試條件，主要模擬測試在不同短路電流下二極管表面的溫度變化情況。
但在測試結束后不再按照該標準進行光伏組件外觀、最大功率和絕緣性能測試，也不再按照標準中的要求進行二極管結溫、光伏組件功率衰減、絕緣等合格與否的判定，而是僅測試施加不同倍率的短路電流時二極管的發熱性能。
測試時的接線盒連線圖如圖 2 所示，測試時的測試條件如表 2 所示。
圖2 測試時的接線盒連線圖
表2 短路電流下熱性能測試時的測試條件
分別進行不同倍率最大保護電流條件下的反向電流過載測試，評估光伏組件在反向電流過載下的熱性能，判斷是否會發生起火或燃燒等危險情況。
表3 反向電流過載下熱性能測試時的測試條件
在反向偏置電流增加的情況下，光伏組件二極管溫度會升高，持續漏電流會造成二極管溫度增加，嚴重時會因為溫升和漏電流造成二極管損壞。本測試是為了驗證二極管工作時是否會出現失效，從而無法恢復其性能。
不同短路電流下 1#～3# 二極管的熱性能測試的測試結果如圖3 所示。
圖3 不同短路電流下 3 根二極管的熱性能測試的測試結果
從圖3可以看出：隨著加載電流(Isc、1.25Isc、1.50Isc、2.00Isc、2.50Isc) 的增加，二極管表面最高溫度呈現指數級增長。
在施加高倍短路電流(2.50Isc) 作用下，3根二極管表面最高溫度均在190.0 ℃以上，最高達到 222.5 ℃，此時二極管引腳均出現發黑，灌封膠出現熔化和結晶現象，如圖 4 所示。
上述測試結果表明：在 2.50Isc 作用下，二極管易產生極高溫度，引發接線盒灌封膠高溫熔化，最終導致接線盒鼓包，嚴重時會出現二極管燒穿，光伏組件燒壞失效的情況。
分別進行不同倍率最大保護電流 (1.35IF、1.50IF、2.00IF、2.50IF)條件下的反向電流過載測試，測試結果顯示：不同倍率最大保護電流測試后的接線盒能夠正常工作，二極管壓降依舊正常，正向導通，反向截止，也未發生接線盒鼓包或燒穿現象，性能均合格。
2.50IF 條件下熱性能測試后的接線盒外觀照片如圖 5 所示。
圖5 2.50IF條件下熱性能測試后的接線盒外觀照片
上述研究結果說明：二極管的反向過電流能力滿足標準要求，接線盒鼓包與二極管反向電流過載下的熱性能無直接關系。
表4 熱逃逸測試后二極管的性能結果
測試結束后二極管的最終反向電流僅在初始反向電流的 1.2～1.4 倍之間，并且二極管功能完好，正向導通，反向截止，沒有發生燒焦熔化現象，殼體也未損壞，全部符合標準中規定的“Irev2不應大于 5 倍 Irev1”的要求。
本文以中國西北地區某戶外光伏電站為例，針對該電站中光伏組件出現的接線盒鼓包情況，拆取正常光伏組件至實驗室進行了二極管短路電流下的熱性能、反向電流過載下的熱性能、熱逃逸性能的模擬測試分析。
1) 隨著加載的短路電流 (Isc、1.25Isc、1.50Isc、2.00Isc、2.50Isc) 的增加，二極管表面最高溫度呈現指數級增長。在施加高倍短路電流(2.50Isc) 作用下，二極管表面最高溫度達到 222.5 ℃時二極管引腳出現發黑，灌封膠出現熔化和結晶現象。
2) 反向電流過載模擬測試后接線盒能夠正常工作，二極管壓降依舊正常，未發生接線盒鼓包或燒穿，說明接線盒鼓包與二極管反向電流過載無直接關系。
3) 熱逃逸測試后二極管性能仍能滿足相關國際標準要求。
來源：《戶外光伏組件接線盒鼓包失效分析》，無錫市檢驗檢測認證研究院，張棟兵，孟慶法
原文始發于微信公眾號（光伏產業通）：戶外光伏組件接線盒鼓包失效的原因
