兩種旁路二極管結溫測試方法的分析與比較

摘 要：旁路二極管主要是應用在太陽能電子產品中的一種晶體管，其主要的功能作用是為了避免太陽能電子產品在陽光的直射下，受外界遮擋等因素的影響而使得一部分太陽能電子產品沒有被陽光直射到，使這部分產生了一定的負載，繼而引發較為嚴重的發熱而使得電子產品整體受損。為了避免這種熱斑效應對電子產品造成的危害，可以采用在太陽能電子產品的輸出端安置一個兩級旁路二極管，以起到良好的保護作用。而在旁路二極管的應用中，影響其性能作用的主要因素就是溫度。文章就從穩態法與瞬態法這兩種方法出發，通過實驗來分別對旁路二極管結溫進行測試，以分析比較何種方法是最好的旁路二極管結溫測試方法。

關鍵詞：旁路二極管；穩態法；瞬態法

目前，太陽能電池、太陽能電子產品的研發已經取得了一定的成就，并且也被成功運用到一些領域中，為緩解當前的能源危機，提高太陽能利用效率做出巨大貢獻。而在太陽能電子產品的應用中，常常會發生一些熱斑效應，給電池或電子產品的組件造成一定影響，降低組件的質量，且容易引起火災，會造成一定的安全隱患。為此，加強對太陽能電池組件安全可靠運行的研究是非常有必要的。在當前的技術條件下，主要是利用旁路二極管為主要的解決方法。而在使用旁路二極管時，需要選擇合適的晶體管。這主要取決于旁路二極管的結溫大小，結溫大小判定其熱性能是否達到技術要求的重要指標。以下本文就來探討兩種旁路二極管的結溫測試方法。

1 穩態法結溫測試平臺

穩態法測試結溫是通過測量旁路二極管的表面結溫，采用制造商提供的熱阻，利用公式（1）計算得到的。

1.1 試驗裝置

將被測組件放置在環境箱中，用熱電偶控制光伏組件的表面溫度，采用直流穩壓源為被測樣品提供穩態電流，直流源的正極與組件的負極連接，使電流正向通過旁路二極管。通過0.1Ω標準電阻兩端的壓降控制電流的大小。

在每一個旁路二極管的兩端引出電源線，表面粘貼熱電偶，利用數字示波器MX100 實現旁路二極管表面溫度Tcase和正向壓降UD 數據的采集和記錄。

1.2 測試過程

將被測組件穩定在75℃±2℃的條件下，通過監測標準電阻兩端的壓降，控制直流源的輸出，使流經旁路二極管的電流大小為STC下標稱短路電流Isc±2%，1h后進行測量，用數據采集儀記錄每個旁路二極管的溫度和壓降。利用公式（1）計算結溫。

2 瞬態法結溫測試平臺

瞬態法利用旁路二極管發射極的正向壓降UD 與結溫Tj 在相當寬的溫度范圍內呈線性關系，通過UD 的測量間接測量Tj 的方法。

2.1 試驗裝置

瞬態法結溫測試的試驗裝置是在穩態法測試平臺的基礎上增加了一只阻值約14Ω的滑線變阻器（R）。

2.2 測試過程

將被測組件穩定在30℃±2℃，用MX100數據采集儀監測樣品溫度。閉合回路，通過標準電阻控制通過旁路二極管的電流大小為Isc±2%。斷開電路，穩態條件下，測試旁路二極管壓降的試驗裝置同1.1所述。使系統恢復穩定狀態。

短時閉合回路后立即斷開，利用數據采集儀的單觸發模式逐個采集旁路二極管兩端的電壓波形，記錄通電1ms時旁路二極管的正向壓降UD。由于是瞬態電流，可以認為此時旁路二極管的表面溫度即為結溫Tj。

分別在50℃±2℃、70℃±2℃、90℃±2℃溫度下重復上述步驟。利用最小二乘法得到旁路二極管正向壓降UD和結溫Tj的關系曲線。在75℃下，向組件通Isc±2%恒定電流1h，記錄旁路二極管的正向壓降，借助第一步中得到的UD-Tj曲線得到光伏組件在75℃下的結溫。

3 分析與討論

在利用穩態法與瞬態法分別對旁路二極管的進行結溫測試后，我們對實驗結果進行了詳細的分析比對。以下就從瞬態法測試結溫的注意事項、旁路二極管數量多少對結溫效果的影響以及結溫測試結果的重復性與波動性這四方面來進行詳細的分析。

3.1 瞬態法測試結溫的注意事項

在采用瞬態法進行旁路二極管結溫測試時，由于其要求在恒定的電流下進行測試端電壓，但旁路二極管的電阻又呈現出非線性的特征，這就使得電流不易穩定，影響到測量結果。為此，在測試中需要注意設置一定的線性元器件，例如阻值較大的滑線變阻器。通過滑線變阻器，就可以使電路在閉合的瞬間能夠防止電流波動，實現穩定的電流，有利于示波器的采集。所提供的電壓波形圖會表示的非常穩定，更利于保證測試結果的準確性。

3.2 旁路二極管數量對結溫測定結果的影響

受廠家生產的影響，在采用不同廠家生產的接線盒時，其中所含的旁路二極管數量并不相同，為了能夠確定旁路二極管數量的多少對其結溫效果也是有影響的，在測試中應當利用同一個光伏組件作為測試樣品。但分別接入兩個旁路二極管和一個旁路二極管進行測試。測試結果表明，在電池組中安裝兩個旁路二極管時，結溫效果更低，這對于增長旁路二極管的使用期限，提高光伏組件在使用過程中的安全可靠性有著很大的提高促進作用。

3.3 結溫測試結果的重復性

為了能夠確保結溫測試結果的精確性與普遍性，排除偶爾的測定結果可能，在進行實驗時，不能在同一種狀況下只測定一次，而應當在同樣的測量條件下多測量幾次，當這幾次測量的結果沒有太大起伏而保持一致時，方可認定為測試結果有效。這就體現出了結溫測試結果的重復性，重復性好的，測量結果更為精準。在兩種測試方法中，采用瞬態法進行測試的重復性指數較低，而穩態性結溫測試方法則具有很好的重復性，因而從這個角度可以得出穩態法更適宜作為旁路二極管的測試方法。

3.4 結溫測試結果的波動性

結溫測試結果的波動性是指在一次結溫測試完成并降到室溫后，在保證良好接觸的條件下，不改變熱電偶、導線的連接和電壓、電流的原有設置，將樣品升高至規定溫度，重新進行結溫測試時所得結果的波動性。從兩種實驗可以得知，穩態法結溫測試的波動性很小，穩定性較高。相反，瞬態測試法的波動性則較大，穩定性較差。

4 結束語

綜上所述，通過實驗分析對比可以看出，在對旁路二極管的熱性能進行測定時，選擇穩態法會得到更準確可靠的測量結果，其所表現出的重復性較高，波動性較小，測量結果數值較為穩定。但這是需要在確定熱阻的前提下來實現的。從實驗可以得知，旁路二極管的結溫測試結果確定性較低，為此在測定其結溫以確定具體的選型時，必須要考慮到旁路二極管結溫數據的不確定性。

參考文獻

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