光伏行業(yè)已是拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的最強(qiáng)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(duì)光伏組件的正常運(yùn)行，甚至對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的安全產(chǎn)生直接影響。隨著電池片尺寸的增大帶來(lái)電流的提升，電氣安全風(fēng)險(xiǎn)也在增加，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致接線盒、背板等材料燒毀，甚至引發(fā)火災(zāi)，給光伏電站帶來(lái)?yè)p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(yùn)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(yáng)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(yīng)而燒毀，是光伏太陽(yáng)能組件的重要組成部分。是為了防止太陽(yáng)能電池在強(qiáng)光下由于遮擋造成其中一些因?yàn)榈貌坏焦庹斩蔀樨?fù)載產(chǎn)生嚴(yán)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(shí)，保護(hù)過(guò)熱點(diǎn)的光伏電池。但旁路二極管的引入，也會(huì)導(dǎo)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(chǔ)上也發(fā)展來(lái)了智能重構(gòu)旁路二極管。

肖特基二極管的單向?qū)ㄔ砣缦聢D所示：

由于肖特基二極管是金屬和半導(dǎo)體接觸，沒(méi)有PN結(jié)二極管的電荷存儲(chǔ)機(jī)制，在切換電場(chǎng)時(shí)，不存在存儲(chǔ)電荷要先被消耗掉的時(shí)間等待，所以肖特基二極管的開(kāi)關(guān)響應(yīng)速度非常快，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(dāng)電池片發(fā)生熱斑時(shí)，大電流能被立刻旁路掉，起到最快的保護(hù)作用。當(dāng)熱斑消失時(shí)，旁路二極管能立刻恢復(fù)截止?fàn)顟B(tài)，組件恢復(fù)最大功率輸出，所以肖特基二極管超高的開(kāi)關(guān)響應(yīng)頻率也正好切中了組件的應(yīng)用場(chǎng)景需求。

肖特基二極管相比于PN結(jié)二極管，還具有較低的正向?qū)妷旱奶匦裕蛟谟诮鸢虢佑|形成的肖特基結(jié)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(jié)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(jié)二極管會(huì)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(yàn)，當(dāng)組件部分電池片被遮擋導(dǎo)致旁路二極管導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)里面有關(guān)二極管結(jié)溫測(cè)試，用以檢測(cè)二極管性能，然而這項(xiàng)檢測(cè)還不能完全評(píng)價(jià)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?yàn)檎趽跻瞥查g，二極管從正向?qū)ㄗ儞Q為反向截止?fàn)顟B(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(shí)，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(chēng)為熱失控。

三、旁路二極管的熱逃逸測(cè)試

IEC62979：2017對(duì)光伏組件的旁路二極管的熱逃逸實(shí)驗(yàn)做了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。測(cè)試的基本方法是在高溫環(huán)境下持續(xù)正向?qū)ù箅娏鬟_(dá)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?qū)〞r(shí)的溫度高于反向截止時(shí)的溫度，則說(shuō)明二極管反向截止漏電流產(chǎn)生的熱能夠順暢逃逸不會(huì)導(dǎo)致二極管結(jié)溫繼續(xù)升高，即二極管未發(fā)生熱失控，反之二極管結(jié)溫會(huì)持續(xù)升高而導(dǎo)致熱失控，同時(shí)監(jiān)控到漏電流降低，并且熱逃逸測(cè)試后的二極管的正向和反向特性與初始測(cè)量相比沒(méi)有明顯的變化，則認(rèn)為熱逃逸測(cè)試通過(guò)。

IEC62979：2017定義的幾個(gè)重要測(cè)試條件如下：

實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度:

90±2℃（屋頂類(lèi)組件），75±2℃（開(kāi)放支架類(lèi)）

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(duì)應(yīng)串的開(kāi)路電壓

正反向切換時(shí)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(cè)試必須持續(xù)至少2分鐘。

下圖是熱失控時(shí)的溫度變化曲線：

下圖是熱可控時(shí)的溫度變化曲線：

遵循IEC62979標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施熱逃逸測(cè)試，在高溫測(cè)試環(huán)境箱內(nèi)，給接線盒通1.25倍的短路電流（雙面組件電流同時(shí)考慮背面增益因子），持續(xù)一個(gè)小時(shí)確保二極管經(jīng)受住高溫和大電流考驗(yàn)并處于穩(wěn)定狀態(tài)后，切斷電流瞬間施加反向電壓，檢測(cè)接線盒和二極管的熱逃逸性能。

審核編輯：湯梓紅