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光伏接线盒散热能力分析及评价
作者:管理员    发布于:2020-12-16 15:54   文字:【】【】【
  接线盒中二极管不管在旁路作业仍是反向到状况,都会发生热。特别是随着高效组件输出电流越来越大,接线盒中二极管作业时的发热量一般也会越来越大。据相关研究显现,有些接线盒内二极管旁路导通作业时,二极管的表面温度到达了170度或更高【1】。
  当二极管发生热量大于接线盒冷却才干后,温升和漏电流会形成二极管击穿。这现象定义为热失控(thermalrunaway)。为此,IEC62979对接线盒中二极管抗热击穿才干拟定了断定规范。明确提出了接线盒的冷却才干(coolingcapacityofthejunctionbox)这样一个新的衡量接线盒质量的指标,对接线盒的散热设计要进行验证,以确保接线盒中二极管不会发生热击穿。
  「干货」光伏接线盒散热才干剖析及评价
  要满意IEC62979,将依据散热才干,约束接线盒的经过电流才干。理论上,二极管在高温环境作业时,也会像逆变器高温后自动降载一样,经过电流的才干将下降,右图为惯例肖特基二级管降流曲线。
  因而,接线盒的额定电流不管从接线盒的散热才干,仍是二极管自身高温降载特性,都不能简略将二极管在25度环境下测定的正向经过电流(If)直接标定成接线盒的额定电流。而应该依据接线盒的散热才干,及在高温下二极管能够经过的电流才干,来定义接线盒的额定电流。
  咱们搜集了一些市场上常见的,体积巨细类似的接线盒,经过试验剖析它们的散热才干和接线盒承载电流的才干。
光伏接线盒
  2.测验接线盒样品的挑选
  为了尽量消除接线盒中其他因素对丈量成果的搅扰,咱们共同选体积类似的接线盒,130mil芯片二极管,同一封装厂制作的二极管,做成5个灌胶接线盒(A/B/C/D/E)比照样品。
  「干货」光伏接线盒散热才干剖析及评价「干货」光伏接线盒散热才干剖析及评价
  为了调查轴向二极管和平面二极管的散热状况,咱们挑选了2款轴向二极管的接线盒(A/B),2款贴片二极管的接线盒(C/D)。4款接线盒(样品A/B/C/D/)的散热方式均是二极管发生的热量先经过导热硅胶和PPO外壳,再和接线盒壳体外空气进行热交流。
  样品E则是在TUV南德完结认证的新型散热结构的接线盒。其二极管发生的热量经过连接在二极管上的金属,延伸到接线盒外,直接和盒外空气进行交流散热,防止经过导热硅胶和塑料壳体和空气进行热交流。
  「干货」光伏接线盒散热才干剖析及评价
  3.测验成果和评论
  依据IEC62790的测验规范,在75℃下,分别对接线盒施加额定电流值和1.25IX接线盒标定电流,安稳一小时后,丈量二极管表面温度,再依据热阻系数,推算出二极管结温。为简略比较,咱们只丈量并比较二极管表面温度。
  丈量接线盒上盖温度,是为了核算二极管表面温度和接线盒上盖温度差。从Pθ=(T2-T1)规律可知,热阻(θ)越小,(T2-T1)热源和端点温度差越小,阐明热流传导才干越好。从温差绝对值上,咱们能够判断出样品接线盒中,哪个样品的的热阻小,导热好。
  从表2试验能够得出
  (1)二极管表面温度:轴向封装温度比贴片封装高10度左右(A>D,B>C)。平面工艺温度高于沟槽工艺8度左右(A>B,D>C)。轴向封装平面工艺二极管温度最高(A),贴片封装沟槽工艺二极管温度最低。
  (2)从散热结构上看,样品A、B,C,D中,二极管发生的热量是经过导热系数只要0.3W/mk的导热绝缘硅胶层,再经过导热系数为0.3W/mk的PPO外壳才干与盒外空气交流。因而不管二极管自身封装和芯片工艺散热多快,散热的瓶颈都卡在硅胶塑料外壳这个高热阻层上。△(T2-T1)测验成果也证实A/B/C/D四个接线盒散热结构的热阻非常附近,导致四种接线盒的温度差根本共同,维持在78度左右。也阐明,现在这种由硅胶,PPO包覆二极管的散热结构,在相同芯片尺度,只挑选二极管封装方式,芯片工艺来到达下降二极管温度的做法,都不会获得实质性降温的意图。
  (3)样品E,因为采用了新的散热结构,二极管发生的热量经过伸出接线盒体外的金属直接和接线盒腔体外空气交流,避开硅胶塑料外壳这样一个高热阻散热通道,然后到达了快速散热意图。试验成果显现,即使运用相同的130mil平面工艺二极管,样品E的表面温度和散热功用都比样品D有近20度的显着下降。阐明经过从头设计散热结构,是能将接线盒温度降下来的。
  二极管在旁路不作业的反向到状况,存在一个漏电流Ir。这个漏电流不只和二极管所受端电压相关(72组件的串电压高于60组件的串电压),而且和二极管作业时的环境温度成指数联系。业界一般认为二极管的温度每升高10度,其漏电流增加1倍。所以接线盒中二极管即使处于到状况,也会发生持续漏电流形成二极管结温增加。最差的状况是温升超越接线盒冷却才干,形成二极管损坏。
  IEC62979供给了认定接线盒在高温时散热才干和二极管的抗热失效才干的规范。在90度环境下,组件1.25倍STC条件下Isc和二极管并联电池串的开路电压Voc条件下,验证旁路二极管是不是还能坚持PN结功用。
  从表3的试验成果能够得出。取Isc=9.8A,以接线盒A/B/C/D这种硅胶加塑料外壳的高热阻散热结构,130mil二极管芯片为例,不管是轴向封装,仍是贴片封装,样品A/B/C/D中二极管都已失效了,只要样品E经过IEC62979测验。显现接线盒的散热才干越好,二极管结温也越低,抗热失效才干也越强。
  这个成果也阐明,如果接线盒的散热才干欠好,就要下降Isc来满意IEC62979测验,反过来约束了接线盒的承载电流才干。关于高效组件来说(输出电流比惯例电池高),因为传统接线盒的散热结构-硅胶-塑料外壳-空气的散热才干所限,持续运用这种散热功率低的接线盒,不只要或许导致二极管的结温不能快速下降,引发其中的二极管损坏,同时约束了接线盒的承载电流才干。
光伏接线盒散热能力
  4.接线盒散热才干对本钱和长时间可靠性的影响
  晶体硅半导体器材遵循一个规律,温度每升高10度,半导体器材的可靠性下降50%【3】,作业温度越低,器材的可靠性越高。明显,接线盒的散热体系越好,长时间可靠性越好。
  因为电池功率的进步,旁路二极管在作业状况时,经过的电流越来越高,发生的热量也越来越大。制作接线盒的塑料PPO的软化温度只要190度,现已不能抵抗二极管作业时发生的高温。接线盒厂家不得不在底座上运用部分玻纤增强尼龙资料,来确保高温下的壳体的机械强度。因而,散热设计好的接线盒,不只能够减小接线盒的体积,还能够运用价格适宜的壳体资料,直接下降接线盒的资料本钱。
  在接线盒中,占本钱次高的是二极管。而为了下降高效电池大电流带来的高温,现在接线盒厂家在不改动原接线盒尺度和散热结构条件下,只好经过运用沟槽工艺二极管或进步芯片尺度来下降二极管温度。但事实上,二极管是被完好包在硅胶和塑料接线盒里边,运用沟槽工艺的散热效果也并不抱负。加大芯片面积反倒拉高了接线盒的本钱。因而,低热阻结构的接线盒,不只能够保证长时间可靠性,还能够经过运用适宜面积的二极管芯片和简略工艺的二极管到达下降本钱,同时确保质量的意图。
  5.总结
  电流和温度是影响硅基二极管长时间可靠作业的重要因素。接线盒是连接光伏电池和体系的仅有电路通路。只要接线盒长时间可靠的作业,体系才干安稳可靠发电。从上面试验简略得出,接线盒的散热才干首要依靠盒体的结构设计。散热才干越强,二极管的结温越低,经过IEC62979抗热才干越好,能够加载的Isc越高。因而,接线盒的标定电流值不能简略以25度环境下二极管的正向经过最大电流值If来替代,而应该依据接线盒经过IEC62979的测验成果,来确定接线盒高温下的承载电流才干。特别是高效组件的电流比较大,发热比较厉害,就更应该留意接线盒的散热,这样才干保证二极管在高温下的经过电流才干和保证其长时间可靠性。同时,杰出散热结构的接线盒还能够在确保质量的前提下减小接线盒的体积,下降接线盒的本钱。
  总之,接线盒的散热才干应该成为断定接线盒质量优异与否的量化规范之一,特别是对高效组件用接线盒。IEC62979便是量化接线盒散热才干的规范。