近年来，随着采用高效新技术的高光电转换效率、高发电量的光伏组件成为市场主流产品，对于光伏组件的接线盒旁路二极管 ( 下文简称为“二极管”) 等关键零部件提出了更高要求。
在整个光伏发电系统中，接线盒作为光伏组件的重要组成部分，主要作用是将光伏组件产生的电力与外部线路连接，传导产生的电流，其质量是否可靠，直接关系到光伏组件发电的稳定性与连续性。
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在实际光伏发电系统中可能因静电引起二极管击穿，从而造成接线盒和光伏组件烧毁。
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雷电感应过电压会导致光伏组件二极管击穿，但需要出现足够大且持续时间足够长的反灌电流，才能烧毁二极管。
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高额顺向电流有很低的概率会造成二极管击穿，过大电压冲击会导致二极管击穿失效。
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户外光伏电站实际运行中会因感应雷击导致二极管击穿失效。
上述研究主要是针对二极管的击穿进行分析测试，很少从通过模拟测试来复现相关现象的角度来开展研究。
基于此，本文以中国西北地区某户外光伏电站为例，针对该电站中光伏组件出现的接线盒鼓包情况，拆取正常光伏组件至实验室进行二极管短路电流下的热性能、反向电流过载下的热性能、热逃逸性能的模拟测试分析。
以中国西北地区某户外光伏电站为例，以从该电站拆回的接线盒无鼓包的光伏组件作为实验样品，重点进行光伏组件二极管相关测试分析。
表1 光伏组件的铭牌标称信息
根据经验分析，接线盒鼓包主要是因为内部发热引起，因此根据 IEC 61215：2005《Crystalline silicon terrestrial photovoltaic (PV) modules ——Design qualification and type approval》的测试条件，主要模拟测试在不同短路电流下二极管表面的温度变化情况。
但在测试结束后不再按照该标准进行光伏组件外观、最大功率和绝缘性能测试，也不再按照标准中的要求进行二极管结温、光伏组件功率衰减、绝缘等合格与否的判定，而是仅测试施加不同倍率的短路电流时二极管的发热性能。
测试时的接线盒连线图如图 2 所示，测试时的测试条件如表 2 所示。
图2 测试时的接线盒连线图
表2 短路电流下热性能测试时的测试条件
分别进行不同倍率最大保护电流条件下的反向电流过载测试，评估光伏组件在反向电流过载下的热性能，判断是否会发生起火或燃烧等危险情况。
表3 反向电流过载下热性能测试时的测试条件
在反向偏置电流增加的情况下，光伏组件二极管温度会升高，持续漏电流会造成二极管温度增加，严重时会因为温升和漏电流造成二极管损坏。本测试是为了验证二极管工作时是否会出现失效，从而无法恢复其性能。
不同短路电流下 1#～3# 二极管的热性能测试的测试结果如图3 所示。
图3 不同短路电流下 3 根二极管的热性能测试的测试结果
从图3可以看出：随着加载电流(Isc、1.25Isc、1.50Isc、2.00Isc、2.50Isc) 的增加，二极管表面最高温度呈现指数级增长。
在施加高倍短路电流(2.50Isc) 作用下，3根二极管表面最高温度均在190.0 ℃以上，最高达到 222.5 ℃，此时二极管引脚均出现发黑，灌封胶出现熔化和结晶现象，如图 4 所示。
上述测试结果表明：在 2.50Isc 作用下，二极管易产生极高温度，引发接线盒灌封胶高温熔化，最终导致接线盒鼓包，严重时会出现二极管烧穿，光伏组件烧坏失效的情况。
分别进行不同倍率最大保护电流 (1.35IF、1.50IF、2.00IF、2.50IF)条件下的反向电流过载测试，测试结果显示：不同倍率最大保护电流测试后的接线盒能够正常工作，二极管压降依旧正常，正向导通，反向截止，也未发生接线盒鼓包或烧穿现象，性能均合格。
2.50IF 条件下热性能测试后的接线盒外观照片如图 5 所示。
图5 2.50IF条件下热性能测试后的接线盒外观照片
上述研究结果说明：二极管的反向过电流能力满足标准要求，接线盒鼓包与二极管反向电流过载下的热性能无直接关系。
表4 热逃逸测试后二极管的性能结果
测试结束后二极管的最终反向电流仅在初始反向电流的 1.2～1.4 倍之间，并且二极管功能完好，正向导通，反向截止，没有发生烧焦熔化现象，壳体也未损坏，全部符合标准中规定的“Irev2不应大于 5 倍 Irev1”的要求。
本文以中国西北地区某户外光伏电站为例，针对该电站中光伏组件出现的接线盒鼓包情况，拆取正常光伏组件至实验室进行了二极管短路电流下的热性能、反向电流过载下的热性能、热逃逸性能的模拟测试分析。
1) 随着加载的短路电流 (Isc、1.25Isc、1.50Isc、2.00Isc、2.50Isc) 的增加，二极管表面最高温度呈现指数级增长。在施加高倍短路电流(2.50Isc) 作用下，二极管表面最高温度达到 222.5 ℃时二极管引脚出现发黑，灌封胶出现熔化和结晶现象。
2) 反向电流过载模拟测试后接线盒能够正常工作，二极管压降依旧正常，未发生接线盒鼓包或烧穿，说明接线盒鼓包与二极管反向电流过载无直接关系。
3) 热逃逸测试后二极管性能仍能满足相关国际标准要求。
来源：《户外光伏组件接线盒鼓包失效分析》，无锡市检验检测认证研究院，张栋兵，孟庆法
原文始发于微信公众号（光伏产业通）：户外光伏组件接线盒鼓包失效的原因
