核心应用一：光伏侧 — 防反冲与组件隔离

这是二极管在光伏系统中最经典、最初级的应用。

1. 旁路二极管

  • 位置： 通常内置于光伏组件的接线盒中，与电池片或电池串并联。
  • 作用： 防止“热斑效应”。
  • 工作场景： 当部分电池片被遮挡（如树叶、鸟粪、阴影）或损坏时，这些电池片会从发电单元变为耗电单元（电阻），不仅不发电，还会因反向偏压而发热，导致高温烧毁，这就是“热斑效应”。
  • 工作原理：
    • 正常时： 电流正常流过电池片，旁路二极管因承受反向电压而截止，不工作。
    • 被遮挡时： 故障电池片产生反向电压。当该电压超过二极管的导通阈值时，旁路二极管导通，为整个串的电流提供一个“旁路”通道，绕过了被遮挡的电池片。
    • 结果： 保护了故障电池片不被烧毁，并保证了组串其他部分还能继续发电，只是输出功率会下降。

2. 阻塞二极管 / 防反充二极管

  • 位置： 串联在光伏组串或阵列的正极输出线上，位于组件和控制器/逆变器之间。
  • 作用： 防止夜间或低光照时，蓄电池的电流反向流向光伏板。
  • 工作场景： 白天光伏板电压高于蓄电池电压，系统正常充电。夜晚，光伏板电压为零，蓄电池电压高于光伏板。如果没有二极管，电流会从蓄电池流向光伏板，造成：
    1. 电能浪费： 蓄电池电量在夜晚被白白耗尽。
    2. 潜在风险： 光伏板在黑暗中成为负载，可能引发长期老化或安全问题。
  • 工作原理： 利用单向导电性，白天允许光伏电流通过向电池充电；夜晚阻断电池电流反向流动。

现代发展： 在组串式和集中式逆变器中，阻塞二极管的功能常常被逆变器内部的电子电路所集成和替代，但在简单的离网系统或小型控制器中，它仍然非常重要。

核心应用二：电池与功率电路侧

这部分与通用储能系统类似，但在光伏场景下同样关键。

1. 防反接保护

  • 位置： 串联在蓄电池组的输出端。
  • 作用： 防止在安装或维护时，将蓄电池正负极接反。一旦接反，二极管截止，保护昂贵的逆变器、控制器等设备免受毁灭性打击。

2. 续流二极管

  • 位置： 在双向逆变器和DC-DC变换器（如MPPT控制器） 中，与电感和大功率开关管（MOSFET/IGBT）并联。
  • 作用：
    1. 保护开关管： 当开关管关闭时，为电感中的续流电流提供回路，避免产生高压尖峰击穿开关管。
    2. 提升效率： 确保电感能量被有效利用，而不是以热量形式消耗。
  • 重要性： 这是保证MPPT控制器和逆变器高效、可靠运行的核心细节之一。

3. 隔离二极管

  • 应用场景： 在复杂的混合能源系统中，例如系统同时有光伏、市电、发电机等多个输入源为蓄电池充电。
  • 作用： 在每个充电回路上串联二极管，可以实现自动选择。优先级最高的电源（如市电）会通过其二极管向系统供电，同时自动阻断其他电源的反向电流，防止它们互相冲突，实现简单的“或”逻辑功能。

技术选型：用什么二极管？

在光伏这种对效率极其敏感的应用中，二极管的选型直接影响系统发电量。

  1. 肖特基二极管：
    • 优点： 低正向压降（0.3-0.5V），超快开关速度，无反向恢复问题。
    • 应用：
      • MPPT控制器中的DC-DC电路： 作为续流二极管，其低损耗对提升整体效率至关重要。
      • 蓄电池防反接： 在大电流工作时，其低压降能减少能量损失和发热。
    • 缺点： 耐压较低，反向漏电流稍大。
  2. 快恢复/超快恢复二极管：
    • 优点： 反向恢复时间极短（几十到几百纳秒），耐压高。
    • 应用：
      • 光伏逆变器的逆变桥臂： 在高频PWM调制中，必须使用快恢复二极管来配合IGBT，以减少开关损耗和电磁干扰。
      • PFC（功率因数校正）电路： 同样是高频开关环境。
    • 缺点： 正向压降通常高于肖特基二极管。
  3. 普通硅二极管（如1N4007）：
    • 应用： 仅用于小功率的辅助电源、信号电路或对效率不敏感的低速场合。不适用于主功率通路。

总结与趋势

应用场景位置核心作用推荐二极管类型
旁路二极管光伏组件接线盒内防止热斑效应，保护电池片肖特基二极管（因其低压降）
阻塞二极管光伏阵列输出端防止电池夜间反向放电肖特基二极管或快恢复二极管
续流二极管MPPT控制器、逆变器内部保护开关管，提升转换效率肖特基二极管（低压）， 快恢复二极管（高压）
防反接保护蓄电池输出端防止接线错误损坏设备肖特基二极管（大电流系统）
隔离二极管多输入源通道实现电源自动选择与隔离根据电压电流选择肖特基或快恢复管

重要趋势：

  • 模块集成化： 对于旁路二极管，现代组件技术如“分片技术”和“智能接线盒”正在使用更先进的电子方案来优化其性能。
  • MOSFET替代： 在防反接等应用中，为了追求极致的效率，越来越多的高端系统采用 “理想二极管” 或 “MOSFET模拟二极管” 方案。通过控制电路，让MOSFET模拟二极管的单向导电性，但其导通电阻（Rds(on)）远低于二极管的正向压降，从而将导通损耗降至最低。

总而言之，二极管在光伏储能系统中是保障安全、提升效率、实现智能能量管理的基础基石。从每一块光伏组件到最终的逆变输出，都离不开这些看似简单却至关重要的元件。

更多信息

Semiwell 提供二极管产品，包括光伏储能等应用领域半导体产品，如需了解更多产品和应用规范，请查阅相关产品线信息：https://semiwell.com/product-line/diodes/

关于Semiwell
Semiwell 拥有二极管系列产品的完善产品阵容。公司凭借其在半导体领域的技术和终端产品的应用背景，为电子、汽车和工业市场上的客户提供服务。如果您有技术问题，请按以下方式联系技术支持团队：邮箱：sales06@semiwell.com； 电话：86-21-5484-1002； 如需了解更多信息，请访问 Semiwell 官方网站：https://semiwell.com