[实用新型]一种光伏发电组件接线盒

说明书

技术领域

本实用新型涉及光伏发电装置，特别涉及一种光伏发电组件接线盒。

背景技术

进入21世纪以来，以太阳能为代表的光伏新能源产业取得了突飞猛进的发展；为了提高当前太阳能发电系统的可靠性，克服太阳能电池组件不可回避的“热班”效应，工业界采用的方式是为之提供旁路保护，如每12-24片串联连接的电池片提供一个旁路通路；当其中的一片或几片电池片因某种原因出现遮挡时，旁路二极管处于正向导通，提供旁路通路，使其余未被遮挡的电池片仍能正常工作，同时避免了被遮挡电池片因热班效应而损坏。

美国亚利桑那州立大学光伏测试实验室G Tamizh Mani等人在“Photovoltaics International”杂志2008年8月发表文章“Failure Analysis of Design Qualification Testing 2005 vs. 2007”指出：根据IEC61215/IEEE1262标准，对1997-2005年间安装在现场的1200个组件，以及2005-2007年间安装在现场的1000个组件，进行重新测试发现：旁路二极管失效率表现为：1997-2005年间约为4%，而2005-2007年间约为31%。主要表现为热应力引起近年来旁路二极管的失效率急剧增加；其原因在于：在太阳能光伏产业发展的早期，由于电池片尺寸较小、电池片的光电转换效率较低等原因，电池组件的工作电流比较小，故早期的旁路二极管通常采用PN结整流二极管；近年来，在巨大市场需求驱动下，太阳能光伏产业链相关领域技术快速进步，电池片的尺寸越来越大，电池片的光电转换效率越来越高，如美国Sunpower公司的背接触电池片商业化转换效率已经达到22%以上；导致电池组件的工作电流已经达到10A的数量级；如再采用PN结整流二极管，其在旁路工作状态下的功耗将达到10W以上，PN结旁路二极管将不能承受自身的热功耗；因此近年来，工业界已经将旁路二极管改为正向压降更低的肖特基整流二极管替代；典型的肖特基整流二极管在10A下的正向压降约0.5V左右，因此功耗在5W左右；此功耗仍然是一个很高的功耗，对旁路二极管的可靠性提出了严峻的考验；随着技术的进步，未来电池片尺寸进一步变大，光电转换效率将进一步提高，电池组件工作电流进一步加大，上述旁路二极管的发热问题，将变得更加严重。

造成旁路二极管近年来高失效率的主要原因，是由于对太阳能光伏发电各种运行工况下，其旁路二极管器件设计、器件封装设计，以及太阳能接线盒结构热设计不合理导致的；IEC61215标准规定的测试方法尚未完全覆盖失效机理，故在TUV等机构考核认证中不能完全发现潜在的失效，因此所谓太阳能组件寿命25-30年的承诺形同虚设。

旁路整流二极管与其他电源管理应用不同，它使用在直流DC工作状态下：旁路工作，即正向导通，或者待机工作，即反向截止。

旁路工作状态下：

此时旁路二极管1处于正向导通，在10A电流下， 肖特基旁路二极管约有5W的功率，由于目前接线盒是一个密闭的腔体，没有空气的对流散热；传热路径为：旁路二极管芯片--旁路二极管芯片塑封体--接线盒腔体内空气介质--接线盒塑料外壳体--外界；其中塑料是接线盒腔体内空气的不良热传导介质，旁路二极管出现严重的过热；典型的温升试验表明：目前旁路二极管R6封装形式，旁路二极管的结温在150-200℃，接线盒内空气的环境温度约为90-110℃，接线盒壳体温度约90℃；上述数据表明，旁路二极管的发热，不能有效的耗散掉，结温与环境温度的梯度＞50℃以上；说明了目前采用的R6封装形式不合理；工业界虽然采用散热性更好的TO263/220封装形式，但是目前接线盒的结构决定了其改善依然有限。

更为严重的问题是：太阳能组件被安装在屋顶、户外，日照好的沙漠或高原，发电运行中完全有可能出现旁路二极管长时间工作在旁路状态，这个时间可能是10分钟，可能是10小时，甚至可能是一个月或更长，如一群鸟在太阳能组件上拉屎，遮挡了电池片，马上及时清除的可能性极小；这会导致旁路二极管一直工作在150-200℃的高温下；长时间高温工作，不但旁路二极管R6封装塑封体的寿命呈指数下降，高发热将在芯片内引入严重的热应力，长时间的热疲劳甚至会导致芯片断裂，器件永久性失效；因此，必须改善目前旁路二极管和接线盒的热设计以应对上述运行工况的出现。

待机工作状态下：

此时旁路二极管1处于反向截止工作状态；反向偏置在10V左右，25℃下的漏电流在10微安数量级，功耗大致在mW数量级。