光伏防雷匯流箱是大規模光伏電站中不可缺少的設備之一，其投資額約佔整體投資的0． 5% ～1． 0% 。近年來，隨著國內光伏項目的快速發展，生產廠商逐年增多、產品質量良莠不齊，而匯流箱的質量將直接影響電站的安全、經濟和穩定運行。
工具/原料
光伏防反二極管GJMK26A1600V
方法/步驟
1.匯流箱的組成
大規模光伏電站中常見的標準產品有6、8、10、12 、16 迴路等規格的光伏防雷匯流箱。 它可根據客戶需要進行定製，迴路數不限，靈活配置，一般由以下幾部分組成。
1.1箱 體
箱體一般採用鋼板噴塑、不鏽鋼、工程塑料等材質，外形美觀大方、結實耐用、安裝簡單方便，防護等級達到IP 54 以上，防水、防塵，滿足戶外長時間使用的要求。
1.2直流斷路器
直流斷路器是整個匯流箱的輸出控制器件，主要用於線路的分 / 合閘。其工作電壓高至 DC1000V。由於太陽能組件所發電能為直流電，在電路開斷時容易產生拉弧，因此，在選型時要充分考慮其溫度、海拔降容係數，且一定要選擇光伏專用直流斷路器。
1.3直流熔斷器
在組件發生倒灌電流時，光伏專用直流熔斷器能夠及時切斷故障組串，額定工作電壓達 DC1000V，額定電流一般選擇 15 A（ 晶硅組件),常規型號有SP10M10-1000 SP10M12-1000 SP10M15-1000。
光伏組件所用直流熔斷器是專為光電系統而設計的專用熔斷器（ 外形尺 10 mm × 38 mm） ，採用專用封閉式底座安裝，避免組串之間發生電流倒灌而燒燬組件。當發生電流倒灌時，直流熔斷器迅速將故障組串退出系統運行，同時不影響其他正常工作的組串，可安全地保護光伏組串及其導體免受逆向過載電流的威脅。
1.4光伏專用防反二極管
匯流箱中，二極管與組件接線盒中二極管的作用是不同的。組件接線盒中的二極管主要是當電池片被遮擋時提供續流通道，而匯流箱中的二極管主要是防止組串之間產生環流，常規型號有GJMK26A1600V、GJMK55A1600V、GJMK26A1600V等。
1.5數據採集模塊
為了便於監控整個電站的工作狀態，一般均在一級匯流箱內增設數據採集模塊。採用霍爾電流傳感器和單片機技術，對每路光伏陣列的電流信號（ 模擬量） 採樣，經 A / D 轉換變成數字量後，變換為標準的 RS － 485 數字量信號輸出，方便用戶實時掌握整個電站的工作狀態。
1.6直流高壓電湧保護單元
直流高壓電湧保護單元為光伏發電系統專用的防雷產品，具有過熱、過流雙重自保護功能； 採用模塊化設計，可帶電更換，並有劣化顯示窗口；可帶遙信告警裝置，利用數據採集模塊，可實現遠程監控。
1.7人機界面
數據採集單元設有人機界面，通過人機界面，可查看設備的工作實時狀態，通過鍵盤來實現設備參數的本地設定。
2. 匯流箱中的專用防反二極管
對於地面大規模電站，為了增加支架的利用率，一般設計 2 排組件安裝於支架上： 一種串聯方案是上一排組件首尾相連組成一串，下一排組件首尾相連組成一串； 另一種串聯方案是上、下排組件首尾相連組成一串。為了減少電站佔用土地，設計時主要考慮 09： 00 ～ 15： 00 為組件前、後排無遮擋工作窗口。在此時間段以外不可避免地會產生前、後排遮擋的現象。此外，屋頂電站還要受到屋頂及鄰近較高建築物的遮擋影響。當不同組件發生遮擋情況時，組件的開路電壓、輸出功率等均會受到明顯的影響。如果沒有防反二極管，通過匯流箱的匯流排、其他匯流箱通過直流櫃匯流排會倒灌到電壓較低的組件，嚴重的情況會發生組件間環流，產生熱斑損壞組件。匯流箱原理圖如圖 1 所示。
利用二極管的單向導通功能，在每一回路中正向串聯一個二極管，可起到阻止不同組串間的環流、倒灌等現象。但由於二極管在工作過程中會產生一定的壓降，約0． 7 V，對應的功率損耗約為 2% ，故匯流箱設計時要充分考慮其散熱問題。通過西北地區大規模地面電站的運行對比分析，同一地區的地面電站匯流箱中有二極管要比無二極管的電站發電量高約 0． 3% ～ 0． 5% 。 另外，在進行組串電壓檢測時，有二極管較無二極管要方便得多。由於增加二極管的投資成本可通過系統多發電量進行回收，故在光伏匯流箱中增加防反二極管是有必要的。
光伏專用防反二極管的選型至關重要，如果選擇不好，會增加匯流箱的故障率，影響光伏電站的安全、經濟和穩定運行，常規型號有GJMK26A 、GJMK55A 、GJMA26A、GJMA55A等。
對於晶硅組件，組串電流較大（ 約 8 A） ，推薦採用模塊型帶散熱基板的二極管，並安裝於專用的散熱器上，保證散熱器與外界能及時進行熱量交換，避免選用螺栓型二極管。薄膜電池組件由於其電流值較小（ 約 1 A） ，推薦採用軸線型二極管。二極管為非線性的半導體器件，工作穩定性受工作溫度影響較大，其結溫只能在 150 ℃ 以下，正中午時匯流箱的內部溫度可能高達 80 ℃ 以上，會嚴重降低器件的工作電流值。
二極管的額 定 電 流——在指定的管殼溫度TC和散熱條件下，由於其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值是按照電流的發熱效應來定義的，因此使用時應按有效值相等的原則來選取電流定額，並應留有一定的裕量。當用在頻率較高的場合時，開關損耗造成的發熱往往不能忽略；當採用反向漏電流較大的功率二極管時，其斷態損耗造成的發熱效應也不小。考慮到匯流箱工作環境溫度等因素，綜合考慮匯流箱防反二極管的電流值選擇，一般選用 5 倍餘量，即晶硅組件工作電流在 8 A，二極管的額定電流選擇為 50 A 左右。對於反相電壓，應不低於光伏組件標準測試條件下光伏組件開路電壓 Uoc（ STC）的 2 倍。實際工程應用中，由於組件串聯後的 Uoc在 800 V 左右，因此二極管的反向耐壓至少選擇1600V以上。
由於光伏系統所發電能為持續的直流電，因此二極管的功率損耗只要考慮其靜態導通損耗即可。另外，由於匯流箱安裝在室外，且受到密封性能較好、陽光直射等外界因素影響，二極管的實際工作環境溫度較高，推薦採用模塊化的二極管，避免採用老式螺栓型二極管，主要考慮其散熱面積的大小。實際工程中，出現過螺栓二極管由於溫度過高而將二極管引線燒斷的情況。
3.經濟性分析
匯流箱成本增加的部分主要是二極管及配套的散熱器。每個二極管約50元，每個匯流箱使用16 個，共計 800 元； 配套散熱器約200元，成本總增加1000元。10兆瓦級光伏電站共用 16路匯流箱，約 140 臺，總計增加成本約 14 萬元。
以西北某地區10兆瓦級地面光伏電站為例，按照有 /無防反二極管發電量差異 0.3% 考慮，電站日平均滿發電量為5kWh。年多發電量54 750 kWh，上網電價按 1 元 / kWh 計算，年多收益 5． 5 萬多元，匯流箱所增成本在 2． 5 年便可通過多發電量回收，其餘 22． 5 年（ 電站設計壽命為25 年） 累計增收 123 萬元。
4.結 語
通過對近年來承建的兆瓦級以上電站運行數據分析，匯流箱增加二極管後，電站的整體發電量有所增加，匯流箱所增加的成本可通過發電量的增加來補償。一般來說，2.5 年左右可收回匯流箱增量投資，經濟效果顯著； 同時，電站正常運行及維護更加方便。可見，在光伏電站所用匯流箱中增設防反二極管是非常有必要的。