PVジャンクションボックスの冷間はんだ接合部はダイオード破壊と焼損を引き起こすのか？

製品紹介

モジュール工場の多くのプロセスエンジニアは同じことを言うでしょう。ジャンクションボックス側では、バスバーと銅ストリップをはんだ付けするだけなので、冷間はんだ付けでもダイオードが破壊したり焼損したりすることはありません。

一見もっともらしく聞こえますよね？しかし、彼らは重要な連鎖反応を一つ見落としています。順を追って説明しましょう。

まず、ジャンクションボックスにおける冷間はんだ付けとは正確には何でしょうか？

ジャンクションボックスの冷間はんだ付け（仮想はんだ付け）とは、内部の電気的接続がしっかりとはんだ付けされておらず、接触が不良な欠陥です。接合部が完全に開放されているわけではありません。接触面積が縮小するだけで、局所的な接触抵抗が急激に上昇します。この高抵抗点に電流が流れると、大量のジュール熱が発生し、局所温度が急速に上昇します。

技術パラメータ

ジャンクションボックスの冷間はんだ付けは通常、4つの箇所のいずれかに現れます：ダイオードリードと銅導体の接続部、バスバーと銅導体の接続部、引出線のはんだ付け点、および内部銅導体、錫ブロック、その他の導電モジュール間のはんだ付け点です。これら4つは2つのグループに分けられます： ダイオード分岐冷間はんだ （箇所1）と メインループ冷間はんだ （箇所2、3、4）。

技術的優位性

• ダイオード分岐のはんだ付け不良： 遮へいもホットスポットもない安定運転時には、この分岐に有効な動作電流が流れないため、接合部は発熱せずダイオードは正常なままです。しかし、一部のセルが遮へいされたり（鳥のふん、落ち葉、雪）、マイクロクラックや性能劣化が発生すると、バイパスダイオードが導通し長時間動作し続けます。大電流が高抵抗の低温はんだ接合部を流れ、接合部は激しく発熱し、ダイオード温度が急上昇します。ダイオードのジャンクション温度限界を超えると、バイパスダイオードは熱破壊を起こし、ジャンクションボックスが焼損することさえあります。

• 主回路のはんだ付け不良： モジュールは発電中ずっと全電流で動作するため、はんだ付け不良部は発熱し続けます。ジャンクションボックス内部の空間は狭く、その熱がバイパスダイオードを直接焼き、逆方向漏れ抵抗と過電流耐量を低下させます。さらに、遮へいとホットスポットが同時に発生すると、ダイオードに順方向バイアスがかかります。熱で軟化したダイオードが回路全体のバイパス電流を担うことになり、熱暴走を引き起こしやすく、最終的には完全な焼損と短絡に至ります。

製品応用

ダイオードが破壊され焼損すると、さらに進んで直流アークを発生させることがあり、温度は最大3000°Cに達します。これが最終的にジャンクションボックスを焼き、モジュール火災を引き起こす可能性があります。

そのため、PVプラントの運用中は、ジャンクションボックスの低温はんだ接合部を定期的に点検することが非常に重要です。赤外線サーモグラフィカメラでジャンクションボックス周辺をスキャンできます。はんだ付け不良や異常に高温のダイオードは、サーモ画像上で異常な高温スポットとして現れます。直ちに修理または交換すれば、故障の拡大を防ぎ、モジュールを安定して運転し続けることができます。

Ooitechの見解

これが本当に示しているのは、ジャンクションボックスの信頼性はプラントが稼働するずっと前に、まさにダイオードとバスバーの接合部がはんだ付けされる生産ライン上で決まるということです。ここでの弱いはんだ付けは今日故障するのではなく、数年後に最初の悪いホットスポットの下で故障します。だからこそ、モジュール設備でのはんだ品質管理は、どのセル技術にも劣らず重要です。当社のターンキーモジュールラインでは、ジャンクションボックスとバスバーのはんだ付けを後回しの作業ではなく厳格なチェックポイントとして扱っています。適切なモジュール組立とはんだ付けがどのように行われるかを見たい場合は、YouTubeチャンネル www.youtube.com/ooitech に実際の工場映像が多数あり、一見の価値があります。