作者：南京金通灵光伏科技有限公司 技术总监   史建成
 
    随着社会对能源的需求量越来越大，充分利用太阳能，可为世界经济发展提供可持续增长的长远战略及出路。近年来，随着科技的进步,太阳能电池用于太阳能光伏发电的技术取得了很大的进展，逐步成为人类未来主要电力来源之一。相对应的，就给我们的太阳能光伏发电系统提出了新的课题--如何适应越来越高的负载要求以及高可靠性要求。因此，太阳能光伏技术的深入研究极为重要。
 
 
热斑及热斑的形成与避免
    太阳能电池片热斑是指电池片在阳光照射下,由于部分组件受到遮蔽而无法正常工作,使得被遮蔽部分的组件升温远远大于未被遮蔽部分,致使温度过高出现烧坏的现象。
在太阳能光伏系统中,电池片由于外界环境以及自身匹配问题,很容易出现热斑现象(图1 红色部分)。
  
    当光伏阵列中部分电池片被云层,树叶或其他物体遮蔽时,由于光照的变化,其温度将明显不同于其他未被遮蔽电池片.这将引起内电场的变化,而使被遮蔽部分热量急剧上升,形成热斑.若热斑的温度超过一定极限,将会使电池片上的焊点融化并损坏栅线,从而导致整个光伏阵列甚至系统的损坏。
    为了避免热斑的产生，接线盒因应而生。
           
    在太阳能电池组件中，一般将N块电池片串联成电池组，以达到更高电压，如上图。一旦A/B/C任一片电池片被遮住，该电池片就不再作为电源，而是变成负载消耗其他正常电池片产生的电能。而此时，由于该组的电池片出现反偏，则二极管导通，电流将沿二极管继续形成回路，不再消耗在被遮蔽的电池片上。
 
传统接线盒的功能限制与局限性
 
    传统接线盒,由于设计以及技术的问题,有着许多需要解决的问题,首当其冲的就是温度问题.正常日照下的环境温度以及二极管工作而产生的温度。
     在户外环境中，电池片的背板温度，可能达到70~80度，再加上二极管工作后，结温可能升至200度，将会严重影响接线盒内部温度的上升，从而导致盒体材料以及内部结构的变形与损坏，严重的甚至导致组件损坏。
    因而，如何解决接线盒温度的问题，成了一个刻不容缓的课题。而我们，也一直致力于这方面的研究，并已取得突破性的发展。[page]
    其实在太阳能光伏中,旁路需要的是"理想二极管",即正向没有导通压降,反向没有漏电流.正向压降是由二极管本身决定的,硅管一般在0.9V左右，肖特基一般在0.5V左右。反向漏电是二极管的主要反向特性，一般硅管在3~5uA,肖特基在50~500uA.正向压降会导致接线盒的温度升高，从而影响寿命。反向漏电流，会直接影响电池组件的输出功率。
 
 
新型模块的特性
                
    该方案利用低压大电流开关电源中次级整流的原理，利用HB-Drive,输出一宽度随电流大小变化而变化的方波，来驱动模块内置MOS的栅极，以控制模块的导通/截止，以达到让较大电流通过的目的。
   MOS管是电压控制元件,只需要从信号源取极小电流，就能控制极大ID的流通。所以，在对效率要求较高（低压大电流开关电源），以及能源成本较高（太阳能光伏）的情况下，MOS管的低工作消耗尤为重要。
    该模块内置MOS管以及驱动IC均由我司独立设计开发，内置MOS导通电阻极小，小于4毫欧。正由于有这样的特性，MOS管在工作的时候，功耗极低，特别是在大电流情况下，尤为突出。
    在我们的MOS管旁路模块设计中，DS端电压损耗小于0.1V，即该线路的压降低于0.1V。相比于传统二极管以及肖特基管的VF而言，MOS管旁路的功耗更小。我们以10A电流举例：
           STD：          1V*10A=10W
           SKY：       0.45V*10A=4.5W
           MOS：        0.1V*10A=1W
 
    在太阳能光伏系统中，旁路二极管的结温是一个制约大电流二极管发展的因素。而MOS管旁路，由于它具有自身功耗小，Rds(on)较小的优点，所以它的本体温度较低，且由于它压降低，所以换言之，MOS管的结温也会比较低。并且，MOS管本身可以比轴向二极管耐受更大电流。
综上所述,与传统二极管以及肖特基二极管相比,使用内置MOS旁路技术为核心的智能模块，拥有更大电流承载力，更低的功率损耗（肖特基的1/5~1/6，传统管的1/10），更高的信赖性及使用寿命！
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     在日常建站使用中,由于环境变化,光照条件变化,负载变化等外在因素,会造成串联系统组件中,组件端电压波动。当单一组件端电压波动,达到接线盒内所使用二极管的门槛电压（Vf)时,该接线盒就会工作，将该组件旁路掉，从而影响该电池组件正常工作，损失有效发电量。目前建站使用传统接线盒作旁路技术的组件系统，均面临这种非正常能量损失。
     这时也是是目前已建电站发电能力，达不到额定发电标准的重要原因。
 
      如上图所示，当负载电流变化时（充电电流或市网电流波动），组件电流也会发生相应变化。由于电池片匹配问题，会造成组件端电压波动，当波动幅度达到接线盒导通门槛电压时（设为A），A组件就会被短路，从而损失A组件的输出功率。由于A组件被短路，整体输出电压也会降低。在负载功率不变的情况下，输出电流会有进一步变化。即电压持续下降，电流持续上升，直到达到最大发电电流。在串并联系统中，当某串联组串电压下降后，根据并联分流理论，该降压组串将不会再对负载提供电流，从而使该组串能量整体损失！
据相关资料报道，以上状况在大功率光伏发电应用系统中，时有发生，直接损失逾亿美元。美国国家半导体公司实验并给出数据，表明有10%的阴影将导致整个系统损失总电量的50%。
     而我司利用自有专利技术的电压监控，配合内置MOS管，能最大限度的减少非正常能量损失，从而变相提高了有效发电总量。