太阳能电池板接线盒中的阻塞二极管和旁路二极管

旁路二极管和阻断二极管工作用于遮光条件下的太阳能电池板保护

在不同类型的太阳能电池板设计中，制造商都包含旁路和阻塞二极管，以实现保护、可靠和平稳运行。我们将讨论太阳能电池板中的阻塞二极管和旁路二极管 下面有详细的工作原理图和电路图。

旁路二极管 在太阳能电池板中用于保护太阳能电池板内部的部分阴影光伏电池阵列免受同一光伏电池板中峰值阳光下正常运行的光伏串的影响。在多面板光伏组串中，有故障的面板或组串已被二极管旁路，为从太阳能电池板到负载的流动电流提供替代路径。

阻塞二极管 在太阳能电池板中用于防止电池通过太阳能电池板内部的光伏电池耗尽或放电，因为它们在夜间或在云层完全覆盖天空的情况下充当负载等。简而言之，因为二极管仅通过电流一个方向，因此来自太阳能电池板的电流（正向偏置）流向电池，并从电池流向太阳能电池板（反向偏置）。

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什么是二极管？

二极管是一种单向半导体器件，仅在一个方向上通过电流（正向偏置，即阳极连接到正极端子，阴极连接到负极端子）。它阻止了相反方向的电流流动（反向偏置，即阳极到 -Ve 端子，阴极到 +Ve 端子）。

它们由硅和锗等半导体材料制成。它们对一个方向的电流（反向偏置）提供高电阻，并为相反方向的电流（正向偏置）充当短路路径。以下是带阳极和阴极端子的二极管的通用符号。

PV中阻断和旁路二极管的工作面板

太阳能电池板系统是宽范围（mW 至 MW）自由电能的最佳替代方案，可用于并网或离网电力系统。它可以安装在阳光范围内任何您想要的地方以产生电力。

太阳能电池板内的光伏电池是一种简单的半导体光电二极管，由相互连接的晶体硅电池制成，可从其表面的直射阳光中吸收/吸收光子并将其转换为电能。光伏电池在太阳能电池板内串联成串，当阳光照射到这些光伏电池时，它们会在正常运行中产生电能。

但是一些因素会影响太阳能电池的发电能力，例如异常的环境条件，如雨、雪和湿度、满天的云层、太阳度数辐射、温度变化和将面板阵列定位到太阳等。

影响输出和效率的最大因素之一是由于云层、树木、树叶、建筑物等而完全或部分遮蔽的太阳能电池板。在这种情况下，一些光伏电池无法发电，因为它们没有暴露在阳光直射下。在这种情况下，受影响的电池充当负载，可能会因热点而损坏。这就是为什么我们需要在太阳能电池板中安装旁路二极管的原因。

让我们看看下面的阴影太阳能电池板如何造成危险，以及旁路二极管如何防止太阳能电池板或损坏光伏串。

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不带旁路二极管的光伏电池

一个单个光伏电池在 25°C 时产生约 0.58 直流电压 .在开路的情况下，VOC的值通常为0.5 - 0.6V，而单个光伏电池的功率为1至1.5 W 在开路的情况下。所以单个 1.5W 的 0.5V 静电电池将产生 3A 电流 因为 I =P /V (1.5W / 0.5V =3 安培)。

假设光伏电池上没有连接旁路二极管。可以看到，光伏电池是串联的（正极接第二块太阳能板的负极，以此类推）。

我们知道串联的电流“I”在每个点都是相同的，而电压是相加的，即 VT =V1 + V2 + V3 ... Vn。所以总电压VT =0.5V + 0.5V + 0.5V =1.5V。

作为正常操作，所有光伏电池都工作正常，即所有三个光伏电池都以电流和电压产生额定功率。功率在串联和并联连接中都是相加的。所以我们得到了理想的最大额定功率，以安培和伏特为单位。从 PV 电池到输出负载的电流以蓝色虚线显示。

但是如果是阴影单元格呢？如果也没有旁路二极管怎么办？让我们看看接下来会发生什么。

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不带旁路二极管的阴影光伏电池

在落叶或云朵的情况下，被遮蔽的光伏电池将无法产生电能并充当电阻性半导体负载。在不存在旁路二极管的情况下，光伏电池串面对阳光直射产生的能量将开始流向阴影电池，因为它们也充当负载。这种过大的电流会使带阴影的称重传感器在耗散功率时发热，从而导致热点，并可能损坏或烧毁受影响的传感器。

由于电压降出现在阴影单元，没有阴影的正常单元会尝试通过增加开路电压来调整电压降。这样，受影响的阴影光伏电池变得反向偏置，并且负电压出现在其端子的相反方向上。该负电压导致电流在受影响的阴影光伏电池中以相反方向流动，这些光伏电池以工作电流和短路电流 ISC 的速率消耗功率。通过这种方式，太阳能电池板内的阴影电池将耗散功率而不是产生功率，因为由于电子电流的流动而在其中发生反向电压降。这整个过程会降低整体效率或可能导致太阳能电池板中的光伏电池损坏和爆炸。

蓝色虚线显示电流的流动，即一些电流从正常的电池#1和电池#3流向受影响的阴影电池#2。在开路的情况下，所有电流都可能流向受影响的电池，而在将负载连接到光伏面板的情况下，一些电流会以较低的速率流向负载。

现在，这就是我们需要在太阳能电池板中使用旁路二极管的原因。让我们看看当光伏板中有一个旁路二极管时会发生什么。

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带旁路二极管的光伏电池

现在，让我们看看我们如何保护太阳能电池板或光伏阵列和串免受部分完全阴影光伏电池的影响。那是一个旁路二极管。旁路二极管可以通过将它们与串联串列的光伏电池并联使用，以消除风险因素并保护太阳能电池板在完全或部分阴影的情况下免受整体损坏和爆炸。

旁路二极管外部跨接（并联）与反向偏置的光伏电池（阳极端子连接到太阳能电池的 +Ve 和阴极连接到 -Ve 侧），其在阴影单元的情况下为电流流动提供替代路径。反向偏置旁路二极管不会让正常电池中产生的电流进入阴影电池。

产生的电流的流动由蓝色虚线表示。在晴朗的天空，即峰值日照的情况下，产生的电流将不会流过旁路二极管，如红色虚线所示，因为它们是反向偏置的并且充当开路。因此，总功率流向电池充电或连接的负载，而不会影响预期的效率。

但是当部分单元格上有云或构建阴影时会发生什么？让我们看看后续。

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带旁路二极管的阴影光伏电池

如果遇到云或雪等情况，2号电池受到影响，无法发电，因此现在半导体电阻充当负载。现在阴影单元提供负功率（想要消耗功率而不是产生功率），单元上的旁路二极管被激活（因为它现在处于正向偏置状态）并将电流转移到负载，如蓝色虚线所示绕过图中的阴影单元。

简而言之，连接在阴影单元#2 上的旁路二极管为电流从单元#1 流向单元#3 并随后加载提供了替代路径。这样，旁路二极管保持光伏电池的可靠和平稳运行，而不会损坏光伏电池或整个光伏串阵列，因为电池#2不能产生电能，因此功率率会降低。

太阳能电池板中用作旁路二极管的二极管有PN结二极管和肖特基二极管（又称肖特基势垒二极管）两种，电流范围很广评分。肖特基二极管的正向压降为 0.4V，低于普通硅 PN 结二极管的 0.7V。

表示当正向偏置时，肖特基二极管几乎节省了每串串中单个光伏电池（即0.5V）的电压水平。换言之，由于阻断模式下的功耗较低，它提供了光伏电池的高效运行。

旁路二极管与太阳能电池并联的另一个优点是在工作时（即正向偏压），正向压降为0.4V（在正常情况下为0.7V） PN结二极管）限制反向，即由阴影单元产生的负电压，从而减少产生热点的机会。温度升高可能会导致光伏电池烧毁或损坏，但在旁路二极管的情况下，当云层被移除时，它会使被遮蔽的电池恢复正常运行。以上就是太阳能电池板中有旁路二极管的确切原因。