什么是理想二極管？理想旁路二極管為智能化光伏組件提供保障

隨著全球范圍內參與到氣候計劃，減少碳排放以及減少化石能源使用，在生產和生活中使用新能源成為當今的一個共識。在諸多新能源中，光伏新能源具備容易實施，規模大小可控，成本低等諸多優點，而且隨著生產技術不斷提高，光伏成本也顯著下降，每度電成本逐年降低。

光伏使用也出現了很多種形態，從最早鋪設在廣袤地域的集中式電站，到最近容易部署而快速發展的組串式電站，再到滿足工商業使用的光儲電站，以及家庭一體化的光儲電站和陽臺光伏，光伏使用場景愈發的豐富。

在發電環節中，從大型電站到戶用光伏，度電成本的下降一直是行業追求的目標。通過對材料不斷優化，目前光伏板自身效率逐步提升，已經逐漸接近了理論極限。同時光伏板的發電功率也在不斷提升，從而進一步降低度電成本，但是由于安裝運輸等因素，單塊光伏板面積和重量也不是無極限的，目前市面上單塊210光伏發電功率達到800W已經是非常高的配置。

光伏發電追求的主要指標有兩個，一是使用壽命長，光伏組件使用壽命30年，另一個就是安全性。保證光伏組件的長期安全使用是其中一個重要的指標，另外一個方面就是用電安全，比如光伏板出現拉弧從而出現火災風險，或者其他原因持續故障或火災進行維修和消防的安全。

為了滿足光伏的效率提升，安全使用，從傳統組件到智能化組件的升級至關重要。接下來介紹了幾種組件智能化方式，并介紹光伏旁路二極管如何在智能化組件中提供保障。

理想二極管特性就是正向導通電壓是0V，反向漏電是0A，反向截止時間為0μs。當普通二極管接近理想時候，其在正向導通的時候，功耗更低和溫升更小。反向截止的時候，就可以做到更低漏電和更長壽命。當然沒有絕對理想的二極管，但是使得三個指標更加接近0的二極管就可以稱作理想二極管。

傳統組件為了解決串聯中遮擋造成的熱斑效應，在光伏板的接線盒中使用肖特基二極管作為旁路二極管。目前主流光伏組件中每個光伏板由三個串聯的光伏電池連接而成，每個光伏電池也是由多個單個光伏電池串聯和并聯而成。光伏電池之間通過接線盒連接，在接線盒內部提供旁路二極管，在正常非遮擋情況下，旁路二管處于反向偏置狀態，但是在遮擋或者自身故障的情況下，二極管導通，將光伏板旁路掉，從而保證的在光伏板連接的時候，不會因為部分光伏板遮擋或者異常影響整個組串的效率。

傳統組件接線盒使用肖特基二極管，存在如下問題：

A) 肖特基二極管正向導通壓降約為700mV，當大電流流過肖特基二極管的時候，這個壓降與流過肖特基二極管的乘積就是消耗在肖特基二極管的功率，當流過光伏板的串聯電流是20A，那么肖特基二極管上消耗的功率就是14W，在夏季強光日照下，接線盒所處的環境溫度可能高達75攝氏度以上，14W的功率消耗，可能造成溫度大幅度上升，極限情況時會超過肖特基二極管最高結溫，加速肖特基二極管的老化。

B) 在非遮擋情況下，肖特基二極管處于反偏狀態，在高溫下，肖特基二極管反偏電流可以達到幾十mA，在一定程度上降低了發電的電流。

如果使用理想的旁路二極管代替肖特基二極管，極限情況的正向導通電壓低于120mV，功耗降低了接近80%，這樣有效的降低了接線盒自身功耗，在同樣散熱條件和通流與肖特基二極管對比時，采用理想旁路二極管的接線盒比肖特基二極管的接線盒溫度可以低50攝氏度以上。在反向導通的時候，理想肖特基二極管反向漏電流可以低于1μA，遠遠小于肖特基二極管反向漏電，從而提升發電效率，降低熱逃逸的風險。

除了光伏接線盒自身智能化外，智能化組件還可以通過連接優化器來提升單個光伏的發電效率。在優化器應用中， 優化器輸入端是光伏組件，輸出與其他光伏板或者優化器連接。當光伏板出現故障或者光伏板與優化器連接不良時候，此時旁路二極管導通。在此類應用中，使用肖特基二極管如果有30A的電流通流，將會造成20W的功耗，而常用的PCB存在150攝氏度最高溫度限制，已經無法滿足要求。通常優化器體積較小，這樣的高溫也會導致器件老化或者損壞。使用多個肖特基并聯可以降低散熱，但是增加了PCB的面積和成本，肖特基二極管之間的導通電壓不平衡也會造成單體二極管過熱的問題。

在30A電流通流情況下，使用理想二極管或者理想二極管控制器+外接MOSFET，可以大幅度降低器件溫度。在使用典型2mohm MOSFET阻抗時，85度的環境溫度，常規PCB尺寸的情況下，MOSFET的CASE溫度仍然可以控制在125攝氏度。

并非所有光伏都需要安裝優化器，針對屋頂光伏，為了維修和消防的安全，需要光伏組件后面連接快速關斷器，從而在維修和火災時候將光伏的連接彼此斷開，減少組串連接過程中的高壓風險。

如下圖所示，當逆變器或者關斷器主控制發出指令，或心跳消失，或光伏板連接出現問題的時候，MCU控制MOSFET關閉，此時處于關斷狀態的關斷器輸入和輸出通道就通過旁路二極管走電流。與優化器類似，肖特基二極管無法滿足PCB的溫度要求，旁路理想二極管控制器+MOSFET或者旁路理想二極管就可以滿足低功耗的需求，也能提供更低的反向漏電流。

除了旁路理想二極管接線盒，快速關斷器和優化器之外，其它任何針對組件設備，如智能IV檢測等等，都會需要光伏旁路實現組串的安全連接，通過旁路理想二極管來保證設備高可靠，小體積和低功耗。隨著光伏組件效率越來越高，電流越來越大，針對光伏系統的安全性要求的不斷提升，光伏旁路理想二極管將會越來越多的用在智能光伏組件中。

肖特基二極管與理想二極管都是基于硅的技術，都可以使用同樣加速因子共識進行計算。最大不同是，理想二極管在極限情況下溫度是125℃，肖特基二極管極限溫度是200℃，根據以下老化加速公式計算。

華太公司的光伏理想二極管有三種封裝形態，分別是

MSOP8控制器型，可以外接MOSFET實現光伏旁路作用，用在關斷器和優化器等帶有PCB的系統中。

TO-263型，有100V-30A,40V-30A和40V-40A三個產品，可以用在光伏關斷器，優化器和接線盒中。

非焊接接線盒型，有40V-30A和40V-40A的兩類產品，封裝可提供定制，主要用于大電流接線盒中。

在光伏系統中，不論是光伏組件的旁路，還是提高組件智能化的關斷器，優化器，使用理想二極管替換肖特基二極管，從正向導通功耗,溫度,反向漏電到相關聯的可靠性和壽命，都能大幅度改善，從而保證了組件更加安全可靠的運行。