Kakšen je vpliv diod na energetsko učinkovitost solarnih sistemov?

一, Korelacija osrednje funkcije in energetske učinkovitosti diod v sistemih sončne energije
1. Dioda proti povratnemu polnjenju: blokira povratni tok in varuje energetsko varnost
Sončne plošče so v bistvu polprevodniške naprave s PN spoji. Ponoči ali v deževnih dneh, ko je izhodna napetost fotonapetostnega niza nižja od napetosti enosmernega vodila, se lahko baterija ali omrežje izprazni nazaj v fotonapetostne komponente skozi pretvornik. Ta povratni tok ne le porablja shranjeno energijo, ampak tudi povzroča segrevanje komponent, pospešuje staranje materiala in vodi celo do toplotnega uhajanja. Dioda proti povratnemu polnjenju (znana tudi kot blokirna dioda) zaradi svoje enosmerne prevodnosti učinkovito blokira pot povratnega toka s prevajanjem v prednapetost in blokiranjem v povratni prednapetosti.

Vpliv na energetsko učinkovitost:

Nadzor izgube energije: Padec prevodne napetosti običajnih silicijevih -diod je približno 0,6 V. Če je izhodna napetost fotovoltaičnega niza 100 V, znaša izguba moči 0,6 %; Uporaba Schottky diod lahko zmanjša padec napetosti na 0,2-0,3V in zmanjša izgube za več kot 50%.
Podaljšana življenjska doba sistema: raziskave ameriškega Laboratorija za obnovljivo energijo (NREL) kažejo, da imajo fotonapetostni sistemi brez diod proti povratnemu polnjenju 47 % višjo stopnjo napak v 5 letih v primerjavi s standardnimi konfiguracijami, izgube energije pa se povečajo za 20 % -30 %.
2. Bypass dioda: Odpravite učinek vroče točke in izboljšajte stabilnost proizvodnje električne energije
Ko so nekatere sončne celice v fotonapetostnem modulu ovirane, poškodovane ali se delovanje poslabša, bo tok, ki ga ustvarijo neovirane celice, ves tekel skozi območje napake, kar bo povzročilo močno povišanje lokalne temperature (do 80 stopinj ali več) in oblikovalo "vročo točko". Vroče točke ne le pospešijo staranje baterijskih celic, ampak lahko povzročijo tudi varnostne nesreče, kot so vžig embalažnih materialov in kratki stiki v tokokrogih. Obvodna dioda je vzporedno povezana na obeh koncih baterijske celice. Ko se napetost na obeh koncih okvarjene baterijske celice obrne, dioda hitro prevaja, kar zagotavlja obvodni kanal z nizkim uporom za tok.

Vpliv na energetsko učinkovitost:

Izboljšanje učinkovitosti proizvodnje električne energije: glede na dejanske podatke o preskusih lahko namestitev segmentiranih obvodnih diod poveča učinkovitost proizvodnje električne energije komponent za 30 % -40 % pod delno zaščito. Na primer, letna izguba proizvodnje električne energije določene fotovoltaične elektrarne zaradi dreves se je zmanjšala z 8 % na 2,5 %.
Zmanjšanje tveganja okvare: fotonapetostni sistemi brez obvodnih diod so nagnjeni k poškodbam komponent zaradi toplotnih točkovnih učinkov, ki predstavljajo 20–30 %, letne izgube pri proizvodnji električne energije pa presegajo 5 %; Sistem standardne konfiguracije lahko nadzoruje stopnjo napak pod 5 %.
3. Izolacijska dioda: Optimizirajte strukturo polja za zmanjšanje porabe energije
V velikih fotonapetostnih elektrarnah je fotovoltaični niz običajno sestavljen iz več nizov vzporedno povezanih baterijskih paketov. Če pride do padca izhodne napetosti določenega sklopa baterij zaradi oviranja ali okvare, bo tok drugih visoko-napetostnih vej tekel v nasprotni smeri v nizko-napetostno vejo, kar bo povzročilo zmanjšanje skupne izhodne napetosti in ustvarilo "učinek soda". Izolacijske diode so zaporedno povezane v vsakem baterijskem paketu, da preprečijo povratni tok toka in zagotovijo neodvisno delovanje vsake veje.

Vpliv na energetsko učinkovitost:

Stabilna izhodna moč: Izolacijske diode lahko preprečijo skupni padec izhodne moči za 10 % -15 %, ki ga povzroči napaka enega niza.
Izboljšana razširljivost sistema: Z modularno zasnovo izolacijske diode podpirajo prilagodljivo povečanje ali zmanjšanje števila baterijskih paketov za izpolnjevanje potreb fotovoltaičnih elektrarn različnih velikosti.
2, Kvantitativni vpliv parametrov delovanja diode na energetsko učinkovitost
1. Padec prevodne napetosti in izguba moči
Padec prevodne napetosti (Vf) diode neposredno vpliva na učinkovitost pretvorbe energije v sistemu. Kot primer vzamemo fotovoltaični sistem z močjo 10 kW:

Dioda na osnovi silicija (Vf=0.6V): Letna izguba energije približno 300 kWh;
Schottkyjeva dioda (Vf=0.3V): Letna izguba energije je zmanjšana na 150 kWh, kar ustreza ustvarjanju 0,15 % več električne energije.
Smer optimizacije:

Izberite diode z ultra-nizkim padcem napetosti (kot so diode iz silicijevega karbida, Vf manj kot ali enako 0,2 V);
Zmanjšajte enakovreden upor z optimizacijo topologije vezja (kot je vzporedna povezava več diod).
2. Povratna napetostna upornost in zanesljivost sistema
Fotonapetostni sistemi morajo prenesti prehodne visoke napetosti (kot so udari strele in nihanja omrežja), povratna vzdržna napetost (VRRM) diod pa mora biti 1,5- do 2-krat višja od največje napetosti sistema. Če vzdržljiva napetost ni zadostna, lahko povzroči okvaro diode in sproži paralizo sistema.

primeru

Zaradi uporabe diod z nezadostno napetostno upornostjo v puščavski fotovoltaični elektrarni se je 30 % diod pokvarilo med napetostnimi skoki, ki so jih povzročili peščeni viharji, kar je povzročilo 40 % zmanjšanje izhodne moči niza;
Po prehodu na visoko{0}}napetostne diode se je stopnja napak sistema v ekstremnih vremenskih razmerah zmanjšala pod 5 %.
3. Odzivna hitrost in dinamična zmogljivost
V dinamičnih senčnih prizorih, kot sta gibanje oblakov in letenje ptic, se morajo diode hitro odzvati na spremembe napetosti, da preprečijo izgubo energije. Odzivni čas Schottky diod (v nanosekundah) je za tri velikostne rede hitrejši od navadnih diod (v mikrosekundah), kar omogoča hitrejši obvod okvarjenih baterijskih celic.

Podatkovna podpora:

V hitro spreminjajočih se scenarijih lahko Schottky diode zmanjšajo izgube pri proizvodnji električne energije za 0,3% -0,5%;
Po uporabi Schottky diod v porazdeljenem fotovoltaičnem projektu se je letna proizvodnja električne energije povečala za 1,2 %, vračilna doba naložbe pa se je skrajšala za 6 mesecev.
3, Razvoj diodne tehnologije in trend izboljšanja energetske učinkovitosti v sistemih sončne energije
1. Inovacija materialov: od-na osnovi silicija do polprevodnikov s široko pasovno vrzeljo
Tradicionalne diode-na osnovi silicija so omejene z materiali, zaradi česar je težko dodatno zmanjšati padec prevodne napetosti in izgube pri preklopu. Polprevodniki s širokim pasovnim razmakom (kot sta silicijev karbid in galijev nitrid) imajo značilnosti, kot sta visoko prebojno električno polje in visoka mobilnost elektronov, ki lahko dosežejo nižji padec prevodne napetosti (Vf manj kot ali enako 0,2 V) in višjo preklopno frekvenco (nivo MHz), kar znatno izboljša energetsko učinkovitost sistema.

Industrijske aplikacije:

Tesla Solar Roof uporablja diode iz silicijevega karbida, kar poveča učinkovitost sistema za 2 % v primerjavi s tradicionalnimi rešitvami;
Nemški pretvornik SMA vključuje diode iz galijevega nitrida, ki povečajo gostoto moči za 50 % in zmanjšajo izgubo energije za 30 %.
2. Integrirana zasnova: od diskretnih komponent do inteligentnih modulov
Z razvojem fotonapetostnih sistemov v smeri visoke-gostote in modularnosti je integrirana zasnova diod in napajalnih naprav (kot so MOSFET-ji in IGBT-ji) postala trend. Inteligentni napajalni modul (IPM) zmanjša parazitsko induktivnost, zmanjša izgube pri preklopu in izboljša splošno učinkovitost sistema z optimizacijo embalaže in tehnologijo termičnega upravljanja.

primeru

Razsmernik Huawei SUN2000 ima integriran diodni modul s sistemsko učinkovitostjo 98,7 %, kar je 1,2 % več kot rešitev z diskretno napravo;
Pretvornik Sunshine Power SG3125HV z inteligentno zasnovo modula dosega 99-odstotno učinkovitost sledenja MPPT in letno povečanje proizvodnje električne energije za 3-5 %.
3. Digitalni nadzor: od pasivne zaščite do aktivne optimizacije
Z združevanjem tehnologij interneta stvari (IoT) in umetne inteligence (AI) lahko diode dosežejo spremljanje stanja, napovedovanje napak in prilagodljivo prilagajanje. Na primer, s spremljanjem temperature, napetosti in toka diode v realnem-času lahko sistem dinamično optimizira strategijo obvoda, da prepreči izgubo energije zaradi napačnega delovanja.

Praksa:

Po uvedbi inteligentnega diodnega nadzornega sistema v veliki fotovoltaični elektrarni se je čas iskanja napake skrajšal z 2 ur na 5 minut, letni stroški vzdrževanja pa so se zmanjšali za 40 %;
Fotonapetostni sistem za shranjevanje energije Ningde Times optimizira strategijo nadzora diod prek algoritma umetne inteligence, s čimer poveča učinkovitost sistema za 0,8 % in zmanjša LCOE za 6 %.