Comment déterminer si les diodes d’un système d’énergie solaire sont endommagées ?

一, Le rôle principal et le risque de panne des diodes dans les systèmes d'énergie solaire
Types et fonctions des diodes
Diode de dérivation : connectée en parallèle aux deux extrémités de la chaîne de batterie, fournissant un chemin alternatif pour le courant lorsque certaines cellules de la batterie sont obstruées ou tombent en panne, évitant ainsi l'effet de point thermique (dommages permanents aux cellules de la batterie causés par une surchauffe locale).
Diode de charge anti-inversion : connectée en série entre le panneau photovoltaïque et le contrôleur, elle empêche la batterie de se décharger en sens inverse à travers le panneau photovoltaïque la nuit ou les jours de pluie, protégeant ainsi la durée de vie de la batterie.
Diode de blocage : utilisée dans les systèmes parallèles à plusieurs séries pour empêcher le courant de revenir dans les séries de faible-puissance, garantissant ainsi un fonctionnement indépendant de chaque série.
Conséquences typiques des dommages aux diodes
L'effet de point chaud s'intensifie : après la défaillance de la diode de dérivation, les cellules de batterie bloquées continuent de résister à une tension inverse et la température peut atteindre plus de 200 degrés, entraînant un vieillissement du matériau d'emballage et même un incendie.
Diminution de la production d'énergie du système : un court-circuit de la diode de charge anti-inversion peut provoquer une auto-décharge de la batterie la nuit, entraînant une perte quotidienne allant jusqu'à 5 % à 10 % d'électricité.
Risque de dommages matériels : une panne de diode de blocage peut provoquer une circulation entre les chaînes et brûler des connecteurs ou des câbles.
2, manifestation visuelle et jugement préliminaire des dommages à la diode
1. Détection des anomalies d'apparence
Marques d'érosion : la surface d'une diode normale est lisse, mais après un dommage, des marques noires de brûlure, des fissures ou la fusion des broches peuvent apparaître (comme le montre la figure 1). Par exemple, un système photovoltaïque de 5 kW a présenté des marques de carbonisation au niveau du connecteur en raison du claquage de la diode de dérivation.
Déformation de l'emballage : une température élevée provoque l'expansion de la résine époxy ou de l'emballage en plastique, ce qui est fréquemment observé dans les scénarios de surcharge ou de court-circuit à long terme.
Changement de couleur : les diodes en silicium passeront du noir au gris blanc à haute température, ce qui peut être identifié en comparant les composants du même lot.
2 Anomalies de performances du système
Tension de chaîne déséquilibrée : utilisez un multimètre pour mesurer la tension en circuit ouvert de chaque chaîne. Si la tension d'une chaîne est nettement inférieure à celle des autres chaînes (par exemple plus de 10 % inférieure à la valeur nominale), cela peut être dû à une défaillance de la conduction de la diode de dérivation.
Nighttime current backflow: In the absence of light, use a clamp ammeter to detect the output terminal of the photovoltaic array. If there is a reverse current (>0,1A), cela indique que la diode de charge anti-inversion est en court-circuit.
Chauffage anormal : l'appareil d'imagerie thermique infrarouge détecte la température de surface de la diode. La température normale de fonctionnement doit être inférieure à 85 degrés. Si la température locale dépasse 120 degrés, la machine doit être arrêtée immédiatement pour inspection.
3, méthodes de détection professionnelles pour les dommages aux diodes
1 Détection hors ligne (panne d'alimentation du système)
Test de chute de pression positive :
Réglez le multimètre en mode diode (ou en mode 2V DC).
Connectez le pôle positif à l'anode de la diode et le pôle négatif à la cathode et enregistrez la chute de tension directe (VF).
Normal silicon diode VF should be 0.5-0.7V, and Schottky diode VF should be 0.2-0.4V. If VF>1V ou affiche OL (circuit ouvert), cela indique que la diode est en circuit ouvert ; Si VF<0.1V, there may be a short circuit caused by breakdown.
Test de courant de fuite inverse :
Utilisez un multimètre de haute-précision (tel que Fluke 87 V) dans la plage μ A.
Connectez inversement la diode (avec le pôle positif connecté à la cathode et le pôle négatif connecté à l'anode) et appliquez une tension inverse (telle que 20 V).
Le courant de fuite inverse normal d'une diode doit être inférieur à 1 μ A. S'il est supérieur à 10 μ A, cela indique une diminution des performances d'isolation.
2 Détection en ligne (système sous tension)
Surveillance dynamique du courant :
Utilisez un oscilloscope pour capturer la forme d'onde de tension aux bornes de la diode.
La diode de dérivation normale est dans un état de coupure inverse lorsque la chaîne est normale et que la tension est proche de la tension en circuit ouvert de la chaîne ; Lorsque la chaîne est obstruée, la diode conduit dans le sens direct et la tension chute aux alentours de VF.
Si la forme d'onde montre des fluctuations continues de conduction directe ou de courant de fuite inverse, cela indique une dérive des paramètres de la diode.
Positionnement de l'imagerie thermique infrarouge :
Scannez la zone de la diode avec une caméra thermique infrarouge lorsqu'il y a suffisamment de soleil.
La température normale de la diode doit être proche de celle des composants environnants. Si la température locale est supérieure à 20 degrés, cela peut provoquer une surchauffe due à une perte de conduction accrue.
4, analyse des causes profondes et mesures préventives des dommages aux diodes
1 Causes courantes de dommages
Surtension : les coups de foudre ou les fluctuations du réseau font que la tension inverse de la diode dépasse la valeur nominale (par exemple, lorsque le VRRM de 1N4007 est de 1 000 V, une marge de 20 % est requise pour une utilisation réelle).
Surintensité et surchauffe : une mauvaise adaptation des chaînes fait que certaines diodes transportent un courant excessif pendant une longue période (par exemple lorsque le courant de conception est de 10 A, mais qu'il circule en réalité à 15 A).
Défauts de fabrication : soudures virtuelles ou fissures d'éclats dans la couche de métallisation interne de la diode, difficiles à détecter au début et qui échouent progressivement après le fonctionnement.
Corrosion environnementale : dans les zones côtières ou à forte humidité, l'oxydation des broches des diodes entraîne une résistance de contact accrue et un vieillissement accéléré en raison de l'augmentation locale de la température.
2 Stratégies de prévention et de maintenance
Optimisation de la sélection :
Le courant nominal de la diode de dérivation doit être supérieur ou égal à 1,25 fois le courant de court-circuit-de la chaîne, et la tension inverse doit être supérieure ou égale à 1,5 fois la tension maximale du système.
La diode de charge anti-inversion doit être sélectionnée comme un type à faible VF (tel que SB5100, VF=0.45V) pour réduire la consommation d'énergie nocturne.
Spécifications d'installation :
La longueur du fil de liaison entre la diode et le string de batterie doit être inférieure à 30 cm pour réduire l'inductance parasite.
The installation surface of the heat sink should be flat and coated with thermal conductive silicone grease (thermal conductivity>2W/m · K) pour assurer la résistance thermique<1 ℃/W.
Tests réguliers :
Scannez les diodes clés avec une caméra thermique infrarouge tous les trimestres et établissez des enregistrements de température.
Conduct offline testing once a year to replace components with VF deviation>10 % ou courant de fuite dépassant la norme.
5, Étude de cas : Dépannage des défauts de diodes dans un système photovoltaïque de 10 kW
1. Phénomène de défaut
Après 3 ans de fonctionnement du système, la production d'électricité a diminué de 15 % par rapport à la même période et la tension nocturne de la batterie est passée de 51,2 V à 49,8 V.

2. Processus d'enquête
Contrôle d'apparence : il a été constaté que l'emballage de la diode de dérivation de la chaîne 2 était légèrement bombé et qu'il y avait des marques d'oxydation sur les broches.
Tests hors ligne :
Le test de chute de tension directe montre VF=1.2V (valeur normale 0,6 V), indiquant une augmentation de la résistance.
Le test de courant de fuite inverse est de 5 μ A (valeur normale<1 μ A), and the insulation performance decreases.
Vérification au niveau du système :
Après remplacement de la diode défectueuse, la tension du string 2 est revenue au même niveau que les autres strings (36,5V).
La nuit, la tension de la batterie est restée stable à 51,0 V et la production d'électricité a augmenté jusqu'à 98 % de la valeur nominale.
Analyse des causes profondes
Mauvaise sélection : le courant nominal d'origine de la diode était de 8 A, mais le courant de court-circuit réel-de la chaîne a atteint 10 A, ce qui a accéléré le vieillissement dû à une surcharge à long-terme.
Dissipation thermique insuffisante : aucun dissipateur thermique installé, la température de jonction des diodes dépasse 125 degrés pendant une longue période.