फोटोवोल्टिक प्रणालियों में डायोड उम्र बढ़ने से कौन सी असामान्यताएं हो सकती हैं?

1, डायोड उम्र बढ़ने के तकनीकी कारण और भौतिक तंत्र
डायोड की उम्र बढ़ना सामग्री के क्षरण और विद्युत तापीय तनाव की संयुक्त क्रिया का परिणाम है, और इसके मुख्य कारणों में शामिल हैं:

थर्मल तनाव संचय: फोटोवोल्टिक मॉड्यूल की ऑपरेटिंग तापमान सीमा आमतौर पर -40 डिग्री से +85 डिग्री होती है, लेकिन बाईपास डायोड का जंक्शन तापमान 125 डिग्री से अधिक हो सकता है जब वे एक संचालन स्थिति में होते हैं (जैसे कि छायांकित होने पर)। लंबे समय तक उच्च तापमान वाले वातावरण से सिलिकॉन जाली दोषों के प्रसार में तेजी आएगी, जिसके परिणामस्वरूप साल दर साल फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप (वीएफ) में वृद्धि होगी। प्रायोगिक डेटा से पता चलता है कि 5 साल तक चलने वाले शोट्की डायोड का वीएफ प्रारंभिक 0.3V से 0.5V तक बढ़ सकता है, जिसमें चालन हानि में 67% की वृद्धि होती है।
विद्युत तनाव झटका: बिजली गिरने और स्विच संचालन (जैसे कि ईएल डिटेक्टरों में 100V से अधिक पीक वोल्टेज) से उत्पन्न क्षणिक ओवरवॉल्टेज डायोड के पीएन टर्मिनल के टूटने का कारण बन सकता है, जिसके परिणामस्वरूप छिपी हुई क्षति हो सकती है। एक निश्चित फोटोवोल्टिक पावर प्लांट मामले में, 30% बाईपास डायोड में बिजली गिरने के बाद μ A से mA तक रिवर्स लीकेज करंट (Ir) में वृद्धि का अनुभव हुआ, जिससे घटक थर्मल रनवे के जोखिम में उल्लेखनीय वृद्धि हुई।
सामग्री ऑक्सीकरण और प्रदूषण: जब जंक्शन बॉक्स को खराब तरीके से सील किया जाता है, तो जल वाष्प घुसपैठ डायोड पिन के ऑक्सीकरण को तेज कर सकता है, जिससे संपर्क प्रतिरोध (आरसी) मिलिओहम से ओम तक बढ़ सकता है। एक प्रयोगशाला परीक्षण से पता चला कि ऑक्सीकृत डायोड का संपर्क प्रतिरोध घटकों की श्रृंखला प्रतिरोध (रु) को 15% तक बढ़ा सकता है और भरण कारक (एफएफ) को 8% तक कम कर सकता है।
2, घटक स्तर की विसंगति: दक्षता क्षय से थर्मल भगोड़ा तक
फोटोवोल्टिक मॉड्यूल पर डायोड उम्र बढ़ने का प्रभाव सीधे विद्युत प्रदर्शन मापदंडों की गिरावट और थर्मल प्रबंधन विफलता में परिलक्षित होता है:

बिजली उत्पादन दक्षता में कमी: आगे वोल्टेज ड्रॉप में वृद्धि से सीधे तौर पर चालन हानि में वृद्धि होगी। उदाहरण के तौर पर 20A का करंट लेते हुए, जब Vf 0.3V से 0.5V तक बढ़ जाता है, तो एक ट्यूब की बिजली खपत 6W से बढ़कर 10W हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप घटक की आउटपुट पावर में 4% की हानि होती है। यदि स्ट्रिंग आयु में एकाधिक डायोड हैं, तो संचयी हानि 10% से अधिक हो सकती है।
The hot spot effect intensifies: an increase in reverse leakage current (Ir>10 μ A) बाधित बैटरी कोशिकाओं को विद्युत ऊर्जा की खपत जारी रखने का कारण बनेगा, जिसके परिणामस्वरूप स्थानीय तापमान में वृद्धि होगी। एक फ़ील्ड परीक्षण से पता चला कि Ir =50 μ A के साथ एक डायोड के कारण अवरुद्ध बैटरी सेल का तापमान सामान्य से 25 डिग्री अधिक हो गया, जिससे बैटरी सेल के टूटने और पैकेजिंग सामग्री की उम्र बढ़ने में तेजी आई।
जंक्शन बॉक्स बर्नआउट का जोखिम: संपर्क प्रतिरोध (आरसी) और चालन वोल्टेज ड्रॉप (वीएफ) में दोगुनी वृद्धि से एक दुष्चक्र हो सकता है: आरसी बढ़ता है जिससे स्थानीय हीटिंग होता है → डायोड जंक्शन तापमान बढ़ता है → वीएफ और बढ़ता है → हीटिंग अधिक गंभीर हो जाता है। एक पावर स्टेशन के मामले में, Rc=0.5 Ω वाला एक डायोड 20A करंट पर 20W ताप हानि उत्पन्न करता है, जो अंततः जंक्शन बॉक्स की इन्सुलेशन सामग्री को प्रज्वलित करता है।
3, सिस्टम स्तर की विसंगति: स्ट्रिंग बेमेल से लेकर बिजली उत्पादन हानि तक
फोटोवोल्टिक प्रणालियों पर डायोड उम्र बढ़ने का प्रभाव कैस्केडिंग प्रभावों के माध्यम से बढ़ाया जाएगा:

स्ट्रिंग बेमेल हानि: उम्र बढ़ने वाले डायोड के परिणामस्वरूप घटक सबस्ट्रिंग के ओपन सर्किट वोल्टेज (वोक) गायब हो जाते हैं, जिससे स्ट्रिंग के I -V वक्र में "स्टेप जैसी" विकृति पैदा होती है। 1MW फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन के सिमुलेशन से पता चलता है कि जब बाईपास डायोड का 5% पुराना हो जाता है, तो स्ट्रिंग की अधिकतम पावर पॉइंट (MPP) पावर हानि 3.2% तक पहुंच जाती है, और वार्षिक बिजली उत्पादन लगभग 28000 kWh कम हो जाता है।
इन्वर्टर दक्षता में कमी: श्रृंखला के आउटपुट वोल्टेज में उतार-चढ़ाव इन्वर्टर को अपने ऑपरेटिंग बिंदु को बार-बार समायोजित करने के लिए मजबूर करेगा, जिससे रूपांतरण दक्षता कम हो जाएगी। प्रायोगिक डेटा से पता चलता है कि जब वोल्टेज में उतार-चढ़ाव की सीमा ± 2% से ± 5% तक फैलती है, तो इन्वर्टर दक्षता 98.5% से घटकर 97.2% हो जाती है।
डीसी साइड सुरक्षा खतरा: पुराने डायोड डीसी आर्किंग का खतरा पैदा कर सकते हैं। जब डायोड खुला सर्किट होता है, तो स्ट्रिंग करंट को अन्य पथों (जैसे धातु ब्रैकेट) से गुजरने के लिए मजबूर किया जाता है, जिससे आर्क डिस्चार्ज बनता है। एक अग्नि दुर्घटना की जांच में पाया गया कि जंक्शन बॉक्स में डायोड का खुला सर्किट डीसी साइड आर्क का प्रत्यक्ष कारण था।
4, जांच और निदान: मैन्युअल निरीक्षण से लेकर इंटेलिजेंट मॉनिटरिंग तक
डायोड एजिंग की समस्या के समाधान के लिए, एक बहु-स्तरीय पहचान प्रणाली का निर्माण करने की आवश्यकता है:

इन्फ्रारेड थर्मल इमेजिंग का पता लगाना: ड्रोन पर लगे उच्च परिशुद्धता वाले थर्मल इमेजिंग उपकरण (जैसे जेनिथ H30T, 1280 × 1024 के रिज़ॉल्यूशन के साथ) का उपयोग करके, जंक्शन बॉक्स में असामान्य तापमान की पहचान की जा सकती है। एक निश्चित पावर स्टेशन के वास्तविक माप से पता चलता है कि सामान्य डायोड तापमान पर्यावरण की तुलना में 10-15 डिग्री अधिक है, जबकि पुराने डायोड का तापमान 30 डिग्री से अधिक हो सकता है।
विद्युत प्रदर्शन पैरामीटर परीक्षण: घटक I-V डेटा एकत्र करने और "चरण" सुविधा का विश्लेषण करके दोषपूर्ण डायोड का पता लगाने के लिए IV वक्र परीक्षक का उपयोग करें। उदाहरण के लिए, एक डायोड शॉर्ट सर्किट से उप स्ट्रिंग वोक का नुकसान हो सकता है, जबकि पुराने डायोड असामान्य चरण ढलान का कारण बन सकते हैं।
Online monitoring system: Deploy intelligent junction boxes (such as integrated MSOP8 controller type ideal diodes) to monitor parameters such as Vf, Ir, Tc (junction temperature) in real-time. A demonstration project has reduced the detection time of diode faults from a monthly level to an hourly level by using threshold alarms (such as Vf>0.45V or Ir>5 μ A).
5, प्रतिक्रिया रणनीति: निष्क्रिय प्रतिस्थापन से सक्रिय रोकथाम तक
सामग्री और प्रक्रिया अनुकूलन: विस्तृत बैंडगैप सामग्री (जैसे SiC शोट्की डायोड) का चयन किया जाता है, जिसका Vf न्यूनतम 0.2V और तापमान प्रतिरोध 175 डिग्री तक होता है; संपर्क प्रतिरोध को कम करने के लिए लेजर वेल्डिंग तकनीक का उपयोग करते हुए, प्रयोगों से पता चला है कि लेजर वेल्डिंग आरसी को 80% तक कम कर सकती है।
निरर्थक डिज़ाइन: जंक्शन बॉक्स में समानांतर बैकअप डायोड जुड़े होते हैं, जो मुख्य डायोड के विफल होने पर स्वचालित रूप से स्विच हो जाते हैं। एक निश्चित निर्माता का उत्पाद दोहरे डायोड डिज़ाइन के माध्यम से विफलता दर को 0.5%/वर्ष से घटाकर 0.1%/वर्ष कर देता है।
बुद्धिमान संचालन और रखरखाव प्रणाली: एक डायोड जीवन भविष्यवाणी मॉडल स्थापित करें, और वर्तमान प्रवाह समय और जंक्शन तापमान इतिहास जैसे परिचालन डेटा के आधार पर शेष जीवन की गणना करें। एक निश्चित पावर स्टेशन ने बड़े डेटा विश्लेषण के माध्यम से डायोड प्रतिस्थापन चक्र को 5 साल से बढ़ाकर 7 साल कर दिया है, जिससे संचालन और रखरखाव की लागत 30% कम हो गई है।