Kako izbrati diode primerne za fotovoltaične pretvornike?

一, Glavna vloga diod v fotovoltaičnih pretvornikih
Fotovoltaični pretvorniki so v glavnem sestavljeni iz ojačevalnih vezij, pretvorniških mostov in filtrirnih vezij. Funkcije diod lahko razvrstimo v tri kategorije:
Zaščita proti povratnemu toku: V ojačevalnem vezju diode in induktorji sodelujejo, da preprečijo, da bi povratni tok toka poškodoval stikalno cev. Na primer, v ojačevalnem vezju Boost mora dioda za hitro obnovitev vzdržati napetost 400 V in tok 11 A, da zagotovi enosmerni prenos energije.
Preprečevanje in nadzor vročih točk: V nizu pretvornikov je obvodna dioda priključena obratno vzporedno z baterijskim nizom. Ko je določena baterija blokirana, dioda vodi v kratek-sklop pokvarjene baterije, s čimer se izognete porabi energije zaradi vročih točk. Testni podatki 280 W komponente kažejo, da se je po konfiguraciji obvodne diode temperatura v območju vroče točke znižala s 185 stopinj na 65 stopinj, izguba učinkovitosti pa se je zmanjšala z 32 % na 5 %.
Prosti tek inverterskega mostu: V celotnem mostičnem inverterskem vezju dioda s prostim tekom zagotavlja pot prostega teka za induktorski tok, da se prepreči poškodba preklopnega tranzistorja zaradi napetostnih konic. Določen mikro pretvornik uporablja diodo za hitro obnovitev HER108 (čas obnovitve 75 ns), ki zmanjša izgube pri preklopu za 40 %.
2, Sedem osnovnih parametrov za izbiro diode
1. Nazivna napetost (VRRM)
Treba je doseči mejo 1,5-2-kratnika največje povratne napetosti fotovoltaičnega sistema. Če za primer vzamemo 60 baterijskih modulov, je napetost odprtega tokokroga (Voc) približno 40 V. Glede na temperaturni koeficient (-0,38%/ stopinjo) in število serijskih povezav lahko največja povratna napetost na vhodu pretvornika doseže 600V. Zato je treba izbrati diode z VRRM, večjim ali enakim 800 V, kot je Infineonova IDH10G120C5S (1200 V/10 A).
2. Nazivni tok (IF)
Izbira mora temeljiti na 1,2-1,5-kratniku največjega delovnega toka fotovoltaičnega sistema. Če za primer vzamemo komponento z močjo 250 W, je tok-kratkega stika (Isc) 8,5 A. Po upoštevanju rezerve je treba izbrati diodo z IF večjim ali enakim 12,75 A. Določen mikro pretvornik uporablja STF20NM60D MOSFET z vgrajeno diodo (IF=20A) in uspešno prestane 200-odstotni preskus preobremenitve.
3. Pozitivni padec napetosti (VF)
Za vsako zmanjšanje VF za 0,1 V se učinkovitost komponente poveča za 0,3 %. Uporaba polprevodniških materialov tretje-generacije bistveno zmanjša VF:
Silicijeva dioda: VF ≈ 0,7 V (kot je 1N4007)
Ultra hitra obnovitvena dioda: VF ≈ 0,55 V (kot je MUR860)
Schottkyjeva dioda iz silicijevega karbida (SiC): VF ≈ 0,35 V (kot je C3D08060A)
Po uporabi SiC diod v določenem 500kW centraliziranem pretvorniku se je letna proizvodnja električne energije povečala za 2,1%, kar je enako dodatnih 10500kWh električne energije na leto.
4. Povratni čas obnovitve (trr)
V aplikacijah z visokofrekvenčnim stikalom TRR neposredno vpliva na učinkovitost sistema. Tradicionalne silicijeve diode lahko dosežejo TRR nekaj sto nanosekund, medtem ko ga lahko diode SiC skrajšajo na manj kot 10 ns. Testni podatki določenega serijskega pretvornika kažejo, da zamenjava diod za hitro obnovitev z diodami SiC zmanjša izgube pri preklopu za 65 % in izboljša učinkovitost sistema za 0,8 %.
5. Toplotna upornost (Rth)
Toplotna odpornost odraža sposobnost odvajanja toplote in neposredno vpliva na življenjsko dobo naprave. Pretvornik z močjo 20 kW uporablja SiC diode, pakirane v TO-247 (Rth=0.5 stopinj/W), kar zniža temperaturo spoja za 40 stopinj in podaljša pričakovano življenjsko dobo za trikrat v primerjavi s silicijevimi diodami, pakiranimi v TO-220 (Rth=1.2 stopinj/W).
6. Delovna temperatura (Tj)
Fotovoltaični sistemi se pogosto soočajo z ekstremnimi okolji, ki segajo od -40 stopinj do 85 stopinj. Delovna temperatura spoja diod SiC lahko doseže 200 stopinj, medtem ko so silicijeve diode običajno omejene na 150 stopinj. Po uvedbi temperaturnih diod s širokim spojem se je stopnja napak puščavske fotovoltaične elektrarne zmanjšala z 0,8 %/leto na 0,2 %/leto.
7. Oblika pakiranja
Izberite glede na prostor namestitve in zahteve glede odvajanja toplote:
Majhni porazdeljeni sistemi: enkapsulacija SMB/SMD (kot je SS14)
Inverter nizov: paket TO-220/TO-247
Centralizirani pretvornik: embalaža modula D2PAK/IPM
3, Industrijska praksa in tipični primeri
1. Huaweijeva inteligentna fotovoltaična rešitev
Razsmernik Huawei SUN2000-50KTL uporablja samorazvit SiC hibridni modul, ki vključuje 6 1200V/20A SiC diode. Dejanski testni podatki kažejo, da:
Največja učinkovitost 98,65 %
Evropska učinkovitost 98,4 %
10-letno dušenje moči<2%
Ta shema je bila uporabljena za 300 MW fotovoltaično elektrarno v Talatanu, Qinghai, s sistemskim PR (razmerjem zmogljivosti) 84,7 %.
2. Napajalni pretvornik Sunshine
Pretvornik SG125HV uporablja tehnologijo "tri-topologija + SiC dioda" z naslednjimi ključnimi parametri:
Razpon vhodne napetosti: 500-1500V
Največja učinkovitost 99%
MPPT kanali: 12 kanalov
Konfiguracija diod: Vsak MPPT je opremljen z 2 600V/15A diodami za ultra hitro obnovitev
Ta izdelek je certificiral T Ü V Rheinland IEC 62109 in je deloval 3 leta v elektrarni z močjo 200 MW v Braziliji brez zapisov o okvarah diod.
3. Guriwatt Micro Inverter
Mikro pretvornik MID 1500-2000TL3-X ima integrirano zasnovo:
Gostota moči: 1,2kW/L
Konfiguracija diode: 4 60V/10A Schottky diode (velikost paketa SOD-123FL)
Stopnja zaščite: IP67
Ta izdelek ima certifikat UL1741 in deluje že 5 let v projektu stanovanjske strehe v Kaliforniji, ZDA, s stopnjo napak diode<0.01%.
4, Napačne predstave in rešitve pri selekciji
1. Zmota 1: Zanemarjanje vpliva temperaturnega koeficienta
Določen proizvajalec razsmernikov je uporabil običajne diode v -projektih na visoki nadmorski višini, kar je povzročilo previsoko temperaturo spoja poleti. rešitev:
Izberite širokotemperaturne naprave s Tj, ki je večji ali enak 175 stopinj
Uporaba toplotne simulacije za optimizacijo zasnove odvajanja toplote
Povečajte nadzor temperature in zaščito pred zmanjšanjem moči
2. Zmota 2: Pretirano stremljenje k nizkim cenam
V določenem porazdeljenem projektu so bile uporabljene diode, ki niso avtomobilske, kar je povzročilo 15-odstotno stopnjo napak v 3 letih. rešitev:
Dajte prednost napravam s certifikatom AEC-Q101
Od dobaviteljev zahtevajte, da zagotovijo postopke odobritve proizvodnih delov PPAP
Izvedite 100-odstotno rentgensko-inšpekcijo vhodnih materialov
3. Napačna predstava 3: Ignoriranje zasnove znižanja vrednosti
Centralizirani pretvornik je med delovanjem s polno obremenitvijo doživel pregrevanje diode in poškodbo. rešitev:
V skladu s standardom IEC 60146-1-1 za načrtovanje zmanjšanja moči:
Zmanjšanje napetosti: 70 % VRRM
Trenutna znižana vrednost: 60 % IF
Zmanjšanje moči: 50 % PDM