太陽能接線盒中的旁路二極體，應依其電路節點的電流與反向電壓選型，然後檢查組裝後接線盒內的溫度。我會一併比較順向損耗、高溫漏電流、封裝及安裝方式。測試時，我會使用電氣量測檢查元件行為、以熱量測評估熱流，並透過模組層級檢查找出故障。
重點摘要
- 應根據模組電路推導二極體數量及電氣應力，並納入並聯路徑與受保護的子串列。
- 在相關溫度下比較電流、反向電壓、漏電流、順向壓降及暫態響應。
- 評估經過封裝、接合處、導體、灌封材料及接線盒的完整熱傳路徑。
- 依任務選擇測試：設計合格驗證、生產篩選、現場診斷或離線元件分析。
- 決定是否採用允許的維修方式前，先調查確切熱點位置及電流路徑。
光伏（PV）模組中的旁路二極體會提供替代電流路徑，讓電流繞過一組串聯電池片；這組電池片稱為子串列。傳統配置中，子串列正常產生正電壓時，二極體處於反向偏壓。失配使子串列電壓降至足夠負值時，二極體便可能導通。這兩個節點上的電流和電壓決定其電氣工作條件。
比較零件前，我會先標示二極體、子串列、接線盒及連接器的邊界。電路圖顯示電流在哪裡分流及重新匯合、哪些電池片共用旁路路徑，以及二極體的極性。旁路導通會使電流繞過受影響的組別，並改變模組的輸出電壓；二極體及其接點也會因此產生熱量。即使失配始於單一電池片，整個子串列仍可能被旁路，因此除了二極體數量，位置也很重要。半片模組的並聯路徑分流方式，可能與全片電池設計不同。基於同樣理由，我會計算二極體自身端子之間的電壓，而不會把陣列總電壓套用到該元件上。模組及接線盒絕緣仍各自有其系統電壓要求。
美國能源部的「光伏專案摘要」將旁路二極體描述為可降低電池片受損性發熱的替代路徑。該資料對電池片整合式設計的討論，也說明實際架構為何重要。旁路路徑的功能不同於「串聯過電流保護」。
選型時，應在電路圖上標出二極體節點、受保護的子串列、極性及並聯路徑。評估正常發電、預期遮蔭或失配，以及可信的故障或反向饋電狀態。評估雙面模組時，也要將背面輻照度納入電流評估情境。這些運轉情況決定二極體的順向電流、反向電壓及持續時間；銘牌短路電流只是評估時的其中一項輸入。
適用的二極體須符合電氣限值，同時維持在熱及組裝限值內。我會依指定的電流、電壓及溫度比較額定值，再套用模組設計規則及專案降額政策。降額是指在定義的條件及設計裕度下，將運作值控制在額定限值以下。封裝及安裝相容性也須納入同一比較。
| 選型輸入 | 應確認的事項 | 候選裝置比較方式 |
|---|---|---|
| 順向電流 | 通過二極體的電流、持續時間及參考溫度。 | 依實際封裝及安裝方式檢查額定值，包括長時間旁路運作。 |
| 反向工作電壓 | 允許狀態下二極體節點間的最大重複反向電壓。 | 將元件限值與局部應力及專案指定裕度比較。 |
| 順向特性 | 相關電流及接面溫度下的順向壓降。 | 在相同條件下比較導通損耗。 |
| 反向漏電流 | 在推導的反向電壓及高溫條件下的漏電流。 | 納入高溫狀態下的損耗及其對接面溫度的影響。 |
| 暫態響應 | 搬運、安裝及運行使用過程中的相關暫態。 | 使波形、極性、持續時間及測試方法符合該事件。 |
| 熱傳路徑 | 熱量經過封裝、接合處、導體、灌封材料及外殼的流動。 | 使用參考點及組裝配置正確的熱模型。 |
| 機械整合 | 封裝外形尺寸、極性、接合製程、間距及維修限制。 | 保留允許組裝配置的電氣、熱及絕緣安排。 |
反向工作電壓是二極體在定義的運作狀態下必須阻擋的反向電壓。重複反向額定值與對短暫暫態的響應，是兩項不同的檢查。同樣地，指定脈衝下較高的突波電流額定值，並不代表可持續旁路運作。判斷哪項限值適用時，應一併參照各額定值的持續時間及溫度條件。
IEC 62790:2020 涵蓋光伏（PV）模組接線盒的安全、結構及測試。其已發布的修訂摘要包括旁路二極體熱測試及反向過載電流程序。應以具代表性的接線盒結構執行這些測試，並讓合格驗證範圍符合確切組裝配置，包括接線盒類別、前處理、模組結構及測試方法。
IEC TS 62916:2017 規定離散式 PV 旁路二極體的漸進式靜電放電（ESD）耐受性測試，並採用 Weibull 統計分析。其測試目的涉及製造、包裝、運輸或安裝期間的放電。對指定的 ESD 事件使用該方法；評估雷擊相關暫態時，則依適用波形及系統防護要求進行。
接面溫度是半導體接面的溫度。外殼、引線、電路板、灌封表面及空氣溫度，分別代表熱傳路徑上的不同位置。我會依電流及順向壓降估算順向損耗，再使用參考位置與模型實際描述位置相符的熱模型。接面至外殼、接面至引線及接面至環境的數值，都須符合各自的邊界條件。
熱阻表示定義點之間的穩態溫差與熱流的關係。因此，封裝熱阻值須搭配其指定的參考溫度及安裝條件。工作台上未固定的二極體，散熱路徑可能不同於黏接並灌封在模組接線盒中的二極體。除接線盒安裝方式、背板溫度、輻照度、氣流及鄰近熱源外，也要檢查封裝接觸、接合處、導體面積、間距、灌封材料及介面材料。
NREL 熱可靠度研究海報比較了安裝在三種接線盒設計中的二極體，這些接線盒附接於小型層壓組件。報告指出各設計的熱響應不同，其中一種設計的劣化及失效與散熱受限有關。這項發現顯示，組裝後的熱流是選型考量之一。海報所列的 2013 年測試條件僅描述那些試樣；新設計應採用目前適用的合格驗證方法及預定接線盒結構。
假設有兩顆二極體，各自在穩態下承載 12 A。在所比較的溫度下，元件 A 的順向壓降為 0.40 V，元件 B 的壓降為 0.55 V。順向導通損耗如下：
此處， 是順向功率損耗，單位為瓦特； 是電流，單位為安培； 是順向壓降，單位為伏特。在此假設的運轉點，元件 A 耗散 4.8 W，元件 B 耗散 6.6 W，兩者相差 1.8 W。這些額外熱量必須從組裝完成的接線盒散出。
我會用這項比較確認壓降差異對熱量的影響，接著比較反向漏電流、阻斷電壓、封裝及熱流。順向壓降會隨電流及溫度改變，因此最終損耗及接面溫度估算須採用一致的運轉點。這項穩態導通計算不包括切換及暫態損耗。
為了解溫度參考點為何重要，將此假設案例延伸至單一路徑穩態熱流模型。假設兩個元件的接面至外殼熱阻均為 2 K/W，且外殼溫度維持在 80 °C。使用上述固定損耗，元件 A 的接面溫升為 9.6 °C，元件 B 則為 13.2 °C。因此，估算的接面溫度分別為 89.6 °C 與 93.2 °C。若以 40 °C 的環境溫度代替外殼溫度，兩項估算值都會低估 40 °C。實際設計時，應確認正確的外殼量測位置及熱流模型，考量其他路徑，並在接面溫度變化時更新損耗。將所得溫度與二極體限值及設計裕度比較。判斷哪個元件符合該裕度時，應使用實際組裝模型。
若熱點位於外部連接器，應在電流和量測條件相符時比較其溫升。二極體與連接器可能承載相同電流，但因物理機制不同而產生不同損耗。
連接工作台儀器前，先辨識電路節點，並遵循模組維修說明及電氣安全作業程序。針對所量測的特性，使用指定的電流、電壓及溫度點。
有效的測試必須在相關組裝配置中量測疑似行為。我會以元件特性分析取得電氣曲線，以組裝後接線盒檢查熱流，並以模組測試檢查完整電路響應。接著透過生產篩選檢查製程是否重現該設計；現場診斷則從運轉症狀開始。電流－電壓（I-V）曲線會顯示在指定條件下，電流如何隨量測電壓範圍改變。
| 測試層級 | 可回答的問題 | 可用的量測或比較方式 |
|---|---|---|
| 離散元件特性分析 | 二極體是否符合其電氣限值？ | 在資料表指定的電流、電壓及溫度下量測順向與反向特性。 |
| 接線盒設計驗證 | 組裝後的接線盒表現如何？ | 針對具代表性的結構，執行適用的電氣及熱測試。 |
| 模組設計合格驗證 | 模組設計是否符合規定的測試程序？ | 完整的模組測試程序，包括熱點及旁路二極體測試。 |
| 生產檢查 | 是否重現預定的組裝配置？ | 二極體型號、極性、接合處及產品特定的電氣檢查。 |
| 現場診斷 | 運轉異常出現在何處？ | 在條件相符時比較 I-V 曲線、熱分布、遮蔭情況及電路配置。 |
| 離線失效分析 | 疑似元件內部發生了什麼變化？ | 受控電氣量測；必要時，由專業人員檢查已拆下的元件。 |
IEC 61215-2:2021 包含模組熱點耐久及旁路二極體熱測試程序。其公開修訂摘要指出，熱測試改為選取三顆二極體，而非全部二極體。生產及現場調查的試樣應按各自目的及方法選取；「三顆二極體」的說明僅適用於該合格驗證程序。
IEC TS 62446-3:2017 涵蓋戶外紅外線設備、條件、程序、報告及人員資格。應將輻照度、風況、運轉狀態、觀測幾何及可比較的參考影像一併記錄。放射率是表面相對於同溫黑體發出熱輻射的能力。判讀相機讀值時，應考量放射率及反射輻射，再利用電氣響應區分正常旁路發熱與故障。
接線盒測試應依 IEC 62790 的適用範圍；模組合格驗證依 IEC 61215-2，戶外紅外線檢查則依 IEC TS 62446-3。檢查離散元件或製造產出時，應採用相關元件限值及生產方法。
順向電壓是二極體在指定電流及溫度下導通時兩端的電壓。離線檢查時，只能依允許的模組程序隔離並聯路徑。施加指定電流時應採取適當的限流措施，並等待所需穩定條件，再將電壓與資料表限值比較。萬用電表的二極體測試檔可用來檢查極性，以及辨識明顯開路或短路狀態；判讀讀值時，應參照電表實際的測試電流及量程。
反向漏電流是二極體在指定電壓及溫度下處於反向偏壓時流過的電流。應使用解析度足夠且具備守護電路的獨立量測配置，以限制非預期的量測漏電流。穩定溫度後，在該條件下將電流與指定限值比較。評估高溫運作時，也要納入規定的高溫狀態測試點。反向電壓須維持在測試方法範圍內；擊穿或雪崩測試則需要專為該應力設計的方法。
我會一併記錄電流、電壓、時間及溫度，以便將電氣響應的變化與發熱關聯。標明感測器的位置及安裝方式，並區分量測到的外殼或引線溫度與估算的接面溫度。比較紅外線影像時，應匹配電流及環境條件，並在每張影像中確認相同的實際位置。
打開接線盒或連接儀器前，我會遵循製造商維修說明及現場電氣安全作業程序。受光照的 PV 模組仍可能帶電。打開密封或灌封接線盒可能損壞絕緣、接合處或環境屏障。應採用模組製造商允許的維修方式；若接線盒不可維修，則依規定更換模組。
我會先根據模組歷程、電路、I-V 行為及確切熱點位置開始診斷。正常旁路導通會產生熱量；二極體開路或短路、漏電流、接合不良及電池片損傷則會改變電流或熱路徑。短路二極體具有非預期的低阻路徑，可能使子串列持續處於旁路狀態。應結合電氣及熱觀察，決定下一項檢查。
在輻照度、運轉狀態及溫度相符的條件下，將疑似故障模組與同等模組比較。接著依維修方法允許的範圍，隔離最小區段，以區分元件故障、接合處問題或電路問題。離線量測時應使用實際資料表限值，而非通用的二極體電壓值。
| 觀察結果 | 可能的解讀 | 下一項診斷檢查 |
|---|---|---|
| 模組電壓缺額可重複出現。 | 子串列可能持續處於旁路狀態，也可能存在其他電路故障。 | 在條件相符的情況下，比較模組 I-V 曲線及電路節點與同等模組的差異。 |
| 電池片區域在失配時發熱。 | 受保護子串列可能承受反向應力，無論二極體是否正常。 | 確認遮蔭型態、運作點、二極體路徑及模組層級的電氣反應。 |
| 接線盒區域異常發熱。 | 可能是二極體導通、劣化、接點不良或熱路徑不同。 | 進行離線測試前，比較電流、環境、確切熱點位置及結構。 |
| 受控條件下未出現預期的旁路反應。 | 可能是二極體或連接處開路。 | 遵循模組製造商允許的分段或離線測試方法。 |
| 離線測試時，二極體在兩種極性下都強烈導通。 | 可能是元件短路或已損壞。 | 依規定電壓、電流、溫度及隔離條件重複測試，再與確切資料表比較。 |
| 漏電流或順向壓降會隨溫度改變。 | 元件或其量測配置可能對溫度敏感。 | 判定原因前，先控制溫度並使用足夠的儀器重複測試。 |
假設某模組的接線盒比鄰近接線盒溫度高。先比較電流、遮蔭、運轉點及熱區位置。若熱量來自預期旁路運作中的導通二極體，應評估該二極體的順向損耗及熱路徑。若熱點集中在某接合處，而相同電流下可比較的接合處較冷，則應調查連接及其熱接觸。模組電壓持續偏低，會增加檢查子串列是否持續旁路的理由。每項觀察都會影響下一次量測；這些現象都不代表應立即換上較大的二極體。任何接觸或離線檢查都須遵循模組允許的維修方法。
一項 2020 年現場失效旁路二極體研究中，研究人員以電氣量測、熱影像、X 光及顯微鏡檢查某個特定屋頂系統的短路元件。他們將這些失效歸因於長時間順向偏壓過應力造成的熱損傷。此案例顯示，調查二極體失效時，除了暫態損傷，也應留意持續運作工況及實際熱路徑。
若允許更換，我會匹配極性、封裝、占位、引線表面處理、接合方式、熱接觸、間距、絕緣及灌封相容性。維修必須遵循模組製造商的方法。上述細節若有任何變動，應重新檢查熱流及接線盒結構。若製造商規定更換完整模組或接線盒，就應依該方式處理，而不要只替換單一元件。
選擇旁路二極體時，應依其電路節點的電流及反向電壓評估，再比較相關溫度下的順向損耗、漏電流及散熱情形。我會將封裝、接合處、極性及組裝相容性納入決策，因為電氣額定值與安裝後的熱路徑會共同影響結果。
依電路及確切熱點位置引導診斷。條件相符的 I-V 及熱影像比較可定位疑似狀況；受控的元件量測則檢查其順向或反向行為。設計合格驗證應採用適當的接線盒或模組測試程序；維修或更換則遵循模組製造商允許的方法。
模組電路決定旁路二極體的位置和數量。檢查哪些串聯電池片共用每條旁路路徑，以及並聯路徑如何分流。電池片技術、子串列長度、遮蔭響應及接線盒結構都會影響此配置。我會依據實際電路及適用的模組合格驗證來評估，而不會套用外觀相似模組的二極體數量。
若依允許的方法將元件適當隔離，便可用此檢查極性，並辨識明顯的開路或短路狀態。判讀讀值時，應參照電表的測試電流及量程。要依資料表限值評估二極體，請在指定溫度下進行受控的順向電壓及反向漏電流量測。
此方法會顯示在檢查條件下熱量出現的位置。應在相同條件下，將確切熱點位置、電流、輻照度、風況及運轉狀態與同等模組比較。正常旁路導通、二極體故障及接點不良都可能產生熱量。應結合影像、電路及電氣量測，選擇適當的後續檢查。
除了額定值，也要比較順向損耗、高溫漏電流、暫態響應及熱模型。接著依模組製造商允許的組裝方式，匹配極性、封裝、占位、接合製程、間距及灌封相容性。即使主要電氣額定值提高，封裝或接觸方式的改變仍可能影響接面溫度。應遵循允許的更換方法。
模組 I-V 曲線及紅外線影像可在不打開接線盒的情況下，顯示旁路行為或運轉異常，並協助找出下一項診斷工作。詳細的元件特性通常需要採用允許的分段或離線方法。應遵循製造商的維修說明及現場電氣安全作業程序；受光照的 PV 模組仍可能帶電。