[實用新型]一種光伏發(fā)電組件接線盒

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320166692.8
• 申請日: 2013-04-03
• 公開（公告）號: CN203205443U
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設計）人: 馮春陽;戴勝強;高圣超
• 申請（專利權）人: 馮春陽;浙江美晶科技有限公司
• 主分類號: H01L31/048
• 分類號: H01L31/048;H01L23/367
• 代理公司: 湖州金衛(wèi)知識產權代理事務所(普通合伙) 33232
• 代理人: 趙衛(wèi)康

技術領域

本實用新型涉及光伏發(fā)電裝置，特別涉及一種光伏發(fā)電組件接線盒。

背景技術

進入21世紀以來，以太陽能為代表的光伏新能源產業(yè)取得了突飛猛進的發(fā)展；為了提高當前太陽能發(fā)電系統(tǒng)的可靠性，克服太陽能電池組件不可回避的“熱班”效應，工業(yè)界采用的方式是為之提供旁路保護，如每12-24片串聯連接的電池片提供一個旁路通路；當其中的一片或幾片電池片因某種原因出現遮擋時，旁路二極管處于正向導通，提供旁路通路，使其余未被遮擋的電池片仍能正常工作，同時避免了被遮擋電池片因熱班效應而損壞。

美國亞利桑那州立大學光伏測試實驗室G?Tamizh?Mani等人在“Photovoltaics?International”雜志2008年8月發(fā)表文章“Failure?Analysis?of?Design?Qualification?Testing?2005?vs.?2007”指出：根據IEC61215/IEEE1262標準，對1997-2005年間安裝在現場的1200個組件，以及2005-2007年間安裝在現場的1000個組件，進行重新測試發(fā)現：旁路二極管失效率表現為：1997-2005年間約為4%，而2005-2007年間約為31%。主要表現為熱應力引起近年來旁路二極管的失效率急劇增加；其原因在于：在太陽能光伏產業(yè)發(fā)展的早期，由于電池片尺寸較小、電池片的光電轉換效率較低等原因，電池組件的工作電流比較小，故早期的旁路二極管通常采用PN結整流二極管；近年來，在巨大市場需求驅動下，太陽能光伏產業(yè)鏈相關領域技術快速進步，電池片的尺寸越來越大，電池片的光電轉換效率越來越高，如美國Sunpower公司的背接觸電池片商業(yè)化轉換效率已經達到22%以上；導致電池組件的工作電流已經達到10A的數量級；如再采用PN結整流二極管，其在旁路工作狀態(tài)下的功耗將達到10W以上，PN結旁路二極管將不能承受自身的熱功耗；因此近年來，工業(yè)界已經將旁路二極管改為正向壓降更低的肖特基整流二極管替代；典型的肖特基整流二極管在10A下的正向壓降約0.5V左右，因此功耗在5W左右；此功耗仍然是一個很高的功耗，對旁路二極管的可靠性提出了嚴峻的考驗；隨著技術的進步，未來電池片尺寸進一步變大，光電轉換效率將進一步提高，電池組件工作電流進一步加大，上述旁路二極管的發(fā)熱問題，將變得更加嚴重。

造成旁路二極管近年來高失效率的主要原因，是由于對太陽能光伏發(fā)電各種運行工況下，其旁路二極管器件設計、器件封裝設計，以及太陽能接線盒結構熱設計不合理導致的；IEC61215標準規(guī)定的測試方法尚未完全覆蓋失效機理，故在TUV等機構考核認證中不能完全發(fā)現潛在的失效，因此所謂太陽能組件壽命25-30年的承諾形同虛設。

旁路整流二極管與其他電源管理應用不同，它使用在直流DC工作狀態(tài)下：旁路工作，即正向導通，或者待機工作，即反向截止。

旁路工作狀態(tài)下：

此時旁路二極管1處于正向導通，在10A電流下，?肖特基旁路二極管約有5W的功率，由于目前接線盒是一個密閉的腔體，沒有空氣的對流散熱；傳熱路徑為：旁路二極管芯片--旁路二極管芯片塑封體--接線盒腔體內空氣介質--接線盒塑料外殼體--外界；其中塑料是接線盒腔體內空氣的不良熱傳導介質，旁路二極管出現嚴重的過熱；典型的溫升試驗表明：目前旁路二極管R6封裝形式，旁路二極管的結溫在150-200℃，接線盒內空氣的環(huán)境溫度約為90-110℃，接線盒殼體溫度約90℃；上述數據表明，旁路二極管的發(fā)熱，不能有效的耗散掉，結溫與環(huán)境溫度的梯度＞50℃以上；說明了目前采用的R6封裝形式不合理；工業(yè)界雖然采用散熱性更好的TO263/220封裝形式，但是目前接線盒的結構決定了其改善依然有限。

更為嚴重的問題是：太陽能組件被安裝在屋頂、戶外，日照好的沙漠或高原，發(fā)電運行中完全有可能出現旁路二極管長時間工作在旁路狀態(tài)，這個時間可能是10分鐘，可能是10小時，甚至可能是一個月或更長，如一群鳥在太陽能組件上拉屎，遮擋了電池片，馬上及時清除的可能性極小；這會導致旁路二極管一直工作在150-200℃的高溫下；長時間高溫工作，不但旁路二極管R6封裝塑封體的壽命呈指數下降，高發(fā)熱將在芯片內引入嚴重的熱應力，長時間的熱疲勞甚至會導致芯片斷裂，器件永久性失效；因此，必須改善目前旁路二極管和接線盒的熱設計以應對上述運行工況的出現。

待機工作狀態(tài)下：

此時旁路二極管1處于反向截止工作狀態(tài)；反向偏置在10V左右，25℃下的漏電流在10微安數量級，功耗大致在mW數量級。