光伏接线盒散热能力分析及评估“中欧体育全站app”

1．前言接线盒中二极管不论在旁路工作还是偏移截至状态，都会产生热。尤其是随着高效组件输入电流更加大，接线盒中二极管工作时的发热量一般来说也不会更加大。据涉及研究表明，有些接线盒内二极管旁路导通工作时，二极管的表面温度超过了170度或更高【1】。当二极管产生热量小于接线盒加热能力后，温升和漏电流不会导致二极管穿透。

这现象定义为热失控（thermalrunaway）。为此，IEC62979对接线盒中二极管外用热击穿能力制订了判断标准。

明确提出了接线盒的加热能力（coolingcapacityofthejunctionbox）这样一个新的取决于接线盒质量的指标，对接线盒的风扇设计要展开检验，以保证接线盒中二极管会再次发生热击穿。要符合IEC62979，将根据风扇能力，容许接线盒的通过电流能力。理论上，二极管在高温环境工作时，也不会像逆变器高温后自动降载一样，通过电流的能力将上升，右图为常规肖特基二级管降流曲线。因此，接线盒的额定电流不论从接线盒的风扇能力，还是二极管本身高温降载特性，都无法非常简单将二极管在25度环境下测量的相反通过电流（If）必要标定成接线盒的额定电流。

而应当根据接线盒的风扇能力，及在高温下二极管可以通过的电流能力，来定义接线盒的额定电流。我们收集了一些市场上少见的，体积大小相近的接线盒，通过实验分析它们的风扇能力和接线盒支撑电流的能力。

2．测试接线盒样品的自由选择为了尽可能避免接线盒中其他因素对测量结果的阻碍，我们统一选体积相近的接线盒，130mil芯片二极管，同一PCB厂生产的二极管，制成5个灌胶接线盒（A／B／C／D／E）对比样品。为了仔细观察轴向二极管和平面二极管的风扇情况，我们自由选择了2款轴向二极管的接线盒（A／B），2款贴片二极管的接线盒（C／D）。4款接线盒（样品A／B／C／D／）的风扇方式皆是二极管产生的热量再行通过导电硅胶和PPO外壳，再行和接线盒壳体外空气展开传热。

表格1：130二极管基本参数样品E则是在TUV南德已完成证书的新型风扇结构的接线盒。其二极管产生的热量通过相连在二极管上的金属，伸延到接线盒外，必要和盒外空气展开互相交换风扇，防止通过导电硅胶和塑料壳体和空气展开传热。3．测试结果和辩论根据IEC62790的测试标准，在75℃下，分别对接线盒产生额定电流值和1．25IX接线盒标定电流，平稳一小时后，测量二极管表面温度，再行根据热阻系数，推算二极管结温。为非常简单较为，我们只测量并较为二极管表面温度。

表格2：二极管表面温度和接线盒上盖温度测量接线盒上盖温度，是为了计算出来二极管表面温度和接线盒上盖温度差。从Pθ＝（T2－T1）定律由此可知，热阻（θ）就越小，（T2－T1）热源和端点温度差就越小，解释热流传导能力就越好。从温差绝对值上，我们可以辨别出有样品接线盒中，哪个样品的的热阻小，导电好。从表格2实验可以得出结论：（1）二极管表面温度：轴向PCB温度比贴片PCB低10度左右（A＞D，B＞C）。

平面工艺温度低于沟槽工艺8度左右（A＞B，D＞C）。轴向PCB平面工艺二极管温度最低（A），贴片PCB沟槽工艺二极管温度低于。

（2）从风扇结构上看，样品A、B，C，D中，二极管产生的热量是通过导电系数只有0．3W／mk的导电绝缘硅胶层，再行通过导电系数为0．3W／mk的PPO外壳才能与盒外空气互相交换。因此不论二极管本身PCB和芯片工艺风扇多慢，风扇的瓶颈都卡在硅胶塑料外壳这个低热阻层上。△（T2－T1）测试结果也证实A／B／C／D四个接线盒风扇结构的热阻十分相似，造成四种接线盒的温度差大致相同，保持在78度左右。也解释，目前这种由硅胶，PPO外壳二极管的风扇结构，在完全相同芯片尺寸，只自由选择二极管PCB形式，芯片工艺来超过减少二极管温度的作法，都会获得实质性降温的目的。

（3）样品E，由于使用了新的风扇结构，二极管产生的热量通过张开接线盒体外的金属必要和接线盒腔体外空气互相交换，避免硅胶塑料外壳这样一个低热阻风扇地下通道，从而超过了较慢风扇目的。实验结果显示，即使用于完全相同的130mil平面工艺二极管，样品E的表面温度和风扇性能都比样品D有将近20度的显著上升。解释通过新的设计风扇结构，是能将接线盒温度降下来的。

二极管在旁路不工作的偏移截至状态，不存在一个溢电流Ir。这个溢电流不仅和二极管所不受端电压涉及（72组件的串电压低于60组件的串电压），而且和二极管工作时的环境温度成指数关系。业内一般来说指出二极管的温度每增高10度，其溢电流减少1倍。

所以接线盒中二极管即使正处于截至状态，也不会产生持续溢电流导致二极管结温减少。最好的情况是温升多达接线盒加热能力，导致二极管损毁。IEC62979获取了确认接线盒在高温时风扇能力和二极管的抗热过热能力的标准。

在90度环境下，组件1．25倍STC条件下Isc和二极管并联电池串的开路电压Voc条件下，检验旁路二极管是不是还能维持PN结功能。表格3：接线盒二极管抗热冲击能力从表格3的实验结果可以得出结论。所取Isc＝9．8A，以接线盒A／B／C／D这种硅胶特塑料外壳的高热阻风扇结构，130mil二极管芯片为事例，不论是轴向PCB，还是贴片PCB，样品A／B／C／D中二极管都已过热了，只有样品E通过IEC62979测试。表明接线盒的风扇能力就越好，二极管结温也就越较低，抗热过热能力也就越强劲。

这个结果也解释，如果接线盒的风扇能力很差，就要减少Isc来符合IEC62979测试，反过来容许了接线盒的支撑电流能力。对于高效组件来说（输入电流比常规电池低），由于传统接线盒的风扇结构－硅胶－塑料外壳－空气的风扇能力所限，之后用于这种风扇效率较低的接线盒，不仅有可能造成二极管的结温无法较慢上升，引起其中的二极管损毁，同时容许了接线盒的支撑电流能力。4．接线盒风扇能力对成本和长年可靠性的影响晶体硅半导体器件遵循一个定律，温度每增高10度，半导体器件的可靠性上升50％【3】，工作温度就越较低，器件的可靠性越高。

似乎，接线盒的风扇体系就越好，长年可靠性就越好。由于电池效率的提升，旁路二极管在工作状态时，通过的电流更加低，产生的热量也更加大。生产接线盒的塑料PPO的软化温度只有190度，早已无法抵抗二极管工作时产生的高温。

接线盒厂家被迫在底座上用于部分玻纤强化尼龙材料，来确保高温下的壳体的机械强度。因此，风扇设计好的接线盒，不仅可以增大接线盒的体积，还可以用于价格适合的壳体材料，必要减少接线盒的材料成本。在接线盒中，占成本次低的是二极管。

而为了减少高效电池大电流带给的高温，目前接线盒厂家在不转变原接线盒尺寸和风扇结构条件下，不得已通过用于沟槽工艺二极管或提升芯片尺寸来减少二极管温度。但事实上，二极管是被完整包在硅胶和塑料接线盒里面，用于沟槽工艺的风扇效果也并不理想。

增大芯片面积终究拉高了接线盒的成本。因此，较低热阻结构的接线盒，不仅可以确保长年可靠性，还可以通过用于适合面积的二极管芯片和非常简单工艺的二极管超过降低成本，同时保证质量的目的。5．总结电流和温度是影响硅基二极管长年可信工作的最重要因素。

接线盒是相连光伏电池和系统的唯一电路通路。只有接线盒长年可信的工作，系统才能平稳可信发电。从上面实验更容易得出结论，接线盒的风扇能力主要倚赖盒体的结构设计。

风扇能力就越强劲，二极管的结温就越较低，通过IEC62979抗热能力就越好，可以读取的Isc越高。因此，接线盒的标定电流值无法非常简单以25度环境下二极管的相反通过仅次于电流值If来替换，而应当根据接线盒通过IEC62979的测试结果，来确认接线盒高温下的支撑电流能力。

尤其是高效组件的电流较为大，痉挛较为得意，就更加应当留意接线盒的风扇，这样才能确保二极管在高温下的通过电流能力和确保其长年可靠性。同时，较好风扇结构的接线盒还可以在保证质量的前提下增大接线盒的体积，减少接线盒的成本。总之，接线盒的风扇能力应当沦为判断接线盒质量出色与否的分析标准之一，尤其是对高效组件用接线盒。

IEC62979就是分析接线盒风扇能力的标准。

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