Kakšna je ključna vloga diod pri zaporedni vezavi fotovoltaičnih nizov?

1, Tehnično načelo: enosmerna prevodnost postavlja funkcionalne temelje
Osnovna značilnost diode je enosmerna prevodnost, kar pomeni prevajanje naprej in prekinitev nazaj. Ta značilnost je določena s polprevodniško fizično strukturo PN-spojnice: ko se na PN-spoj uporabi napetost naprej, difuzija nosilca tvori tok; Pod povratno napetostjo se širina osiromašene plasti poveča in tok je skoraj enak nič. V fotovoltaičnih nizih diode s to lastnostjo dosegajo tri glavne funkcije:
Zaščita proti povratnemu toku
V slabih svetlobnih pogojih, kot so noč ali oblačni dnevi, fotovoltaične celice prenehajo proizvajati elektriko. Če sistem ni opremljen z diodami proti povratnemu toku, lahko tok iz baterije ali omrežja teče nazaj v fotonapetostni niz, kar povzroči segrevanje celic ali celo izgorevanje. Na primer, v sistemu za shranjevanje energije je blokirna dioda zaporedno povezana med fotovoltaični niz in baterijo. Ko je fotovoltaična napetost nižja od napetosti akumulatorja, se dioda samodejno izklopi, blokira povratni tok in zaščiti varnost komponent.
Zaviranje učinka vročih točk
Ko je določena celica v fotonapetostnem nizu ovirana ali poškodovana, se njen notranji upor močno poveča in postane "obremenitev" v serijskem vezju, ki porablja energijo, ki jo ustvarijo druge običajne celice, zaradi česar se lokalna temperatura dvigne nad 200 stopinj in tvori vročo točko. Vroče točke ne le pospešijo staranje materialov baterijskih celic, ampak lahko povzročijo tudi izgorevanje komponent, kot so razdelilne omarice in zadnje plošče. Obvodna dioda je priključena vzporedno na oba konca akumulatorskega niza. Ko se polarnost napetosti v območju vroče točke obrne, dioda vodi v smeri naprej, kar zagotavlja obvodno pot z nizkim uporom za tok, da se prepreči pregrevanje v območju napake, hkrati pa ohrani preostalo funkcijo proizvodnje električne energije.
Izolacija veje napake
V velikih fotonapetostnih elektrarnah je niz običajno sestavljen iz več serij baterijskih paketov, povezanih vzporedno. Če pride do padca izhodne napetosti določenega sklopa baterij zaradi ovire ali okvare, lahko tok drugih običajnih vej tvori zanko skozi nizko-napetostno vejo, kar povzroči izgubo energije. Izolacijske diode so zaporedno povezane z izhodnimi sponkami vsake baterije. Ko je napetost določene veje nenormalna, bo dioda prekinila obratno, da prepreči povratni tok toka in zagotovi normalno delovanje drugih vej.
2, Scenarij uporabe: Zaščita celotne verige od ravni komponente do ravni sistema
Uporaba diod poteka skozi celoten življenjski cikel zasnove, namestitve in delovanja fotovoltaičnih nizov, njihova vrednost pa je še posebej pomembna v naslednjih scenarijih:
Strešni fotovoltaični sistem
Strešni fotonapetostni nizi so dovzetni za ovire zaradi listja, snega, senc stavb in drugih dejavnikov, kar vodi do močnega padca učinkovitosti proizvodnje električne energije v lokalnih celicah. Če za primer vzamemo strešni fotonapetostni sistem z močjo 10 kW, če obvodne diode niso konfigurirane, lahko blokiranje posamezne celice povzroči več kot 30-odstotno izgubo moči za celoten modul; Po uporabi obvodnih diod se lahko izguba moči nadzoruje znotraj 5 %, s čimer se občutno izboljša proizvodnja električne energije sistema.
Kmetijska fotovoltaična elektrarna
V projektu "Kmetijska fotovoltaična komplementarna" lahko rast posevkov ovira fotovoltaične plošče, kmetijske dejavnosti, kot sta namakanje in gnojenje, pa lahko zlahka povzročijo obraščanje modulov. Obvodne diode se lahko hitro odzovejo na anomalije napetosti, ki jih povzročijo ovire ali umazanije, s čimer se izognejo dolgotrajnim -poškodbam komponent, ki jih povzročijo termični točkovni učinki. Na primer, kmetijska fotovoltaična elektrarna z močjo 50 MW je optimizirala postavitev obvodnih diod, zmanjšala stopnje okvar komponent za 40 % in povečala letno proizvodnjo električne energije za približno 8 milijonov kWh.
Puščavska fotovoltaična elektrarna
Pogosto kopičenje peska in prahu v puščavskih okoljih lahko povzroči nastanek lokalnih plasti umazanije na površinah komponent, kar povzroči vroče točke. Poleg tega lahko velika temperaturna razlika med dnevom in nočjo povzroči toplotno raztezanje in krčenje baterijskih celic, kar lahko vodi do skritih razpok. Sinergistična uporaba izolacijskih diod in obvodnih diod lahko izolira okvarjene veje in preusmeri tokove vročih točk, kar zmanjša tveganje izgorelosti komponent za več kot 90 %.
3, Industrijska praksa: razvoj od standardnih specifikacij do tehnoloških inovacij
Z obsežnim-razvojom fotonapetostne industrije se je uporaba diod razvila iz ene same funkcije v inteligenco in integracijo, industrijske norme in tehnični standardi pa se še naprej izboljšujejo
Mednarodni standardni sistem
IEC 62979:2017: opredeljuje "preskus toplotnega uhajanja" za obvodne diode, ki zahteva, da dioda zdrži 1,25-kratni -tok kratkega stika za 1 uro v okolju visoke temperature 90 stopinj in nato takoj preklopi v stanje obratne prednapetosti, da zagotovi, da temperatura spoja ne narašča še naprej.
IEC 61215: Predpisano je, da morajo diode opraviti preskuse okoljske prilagodljivosti, kot sta "preskus mokrega zmrzovanja" in "preskus toplotnega cikla", da se preveri njihova zanesljivost pri ekstremnih temperaturah v razponu od -40 stopinj do +85 stopinj.
Inovacije v materialih in procesih
Schottkyjeva dioda: z uporabo zlate polkontaktne karakteristike se prevodna napetost zmanjša na 0,2-0,4 V, kar zmanjša samosegrevanje za več kot 50 % v primerjavi s tradicionalnimi spojnimi diodami PN (0,6–0,8 V), primerno za scenarije pakiranja z visoko gostoto.
Diode iz silicijevega karbida (SiC): njihova temperaturna odpornost je bila izboljšana na več kot 200 stopinj, njihova življenjska doba pa je bila podaljšana na 20 let, kar lahko zadovolji potrebe v ekstremnih okoljih, kot so puščave in planote.
Inteligentna rekonstrukcijska dioda: dinamično prilagajanje prevodnega praga prek nadzora MCU, optimizacija učinkovitosti proizvodnje električne energije v pogojih zaščite, kot je samodejno zmanjšanje prevodne napetosti in zmanjšanje izgube moči, ko je delno zaščiten.
Trendi sistemske integracije
Integracija razvodnih omaric: Integracija obvodnih diod z razvodnimi omaricami in priključki za zmanjšanje količine in stroškov komponent. Na primer, pametna razdelilna omarica, ki jo je lansiralo določeno podjetje, vključuje temperaturne senzorje in diode, ki lahko spremljajo temperaturo spoja v realnem času in sprožijo opozorila, da se izognejo toplotnemu pobegu.
Postopek brez svinca: v skladu s standardi RoHS, zmanjšuje tveganja onesnaževanja okolja in spodbuja zeleno preobrazbo fotovoltaične industrije.
4, Gospodarske koristi in tržni obeti
Uporaba diod ne le poveča varnost fotovoltaičnih sistemov, ampak prinaša tudi pomembne gospodarske koristi. Kot primer vzamemo fotovoltaično elektrarno z močjo 100 MW:
Povečanje proizvodnje električne energije: Namestitev obvodnih diod lahko zmanjša izgubo električne energije zaradi vročih točk s 15 % na manj kot 3 %, s čimer se poveča letna proizvodnja električne energije za približno 12 milijonov kWh.
Zmanjšani stroški delovanja in vzdrževanja: Funkcija izolacije veje napak zmanjša pogostost zamenjave komponent, kar ima za posledico 20-30-odstotno zmanjšanje stroškov delovanja in vzdrževanja.
Skrajšana doba vračila naložbe: Ob celovitem povečanju proizvodnje električne energije in prihrankih stroškov, doba vračila naložbe traja le 2-3 leta.
Po napovedih industrije naj bi svetovno povpraševanje po fotonapetostnih obvodnih diodah do leta 2025 doseglo 3,6 milijarde enot in do leta 2026 preseglo 4 milijarde enot. Kot največja svetovna proizvajalka fotonapetostnih modulov je obseg izvoza Kitajske leta 2024 dosegel 238,8 GW, kar je spodbudilo nenehno širitev trga obvodnih diod. V prihodnosti se bodo z napredkom znanosti o materialih in tehnologije inteligentnega krmiljenja diode razvile v smeri višje zanesljivosti, nižjih izgub in večje inteligence, kar bo zagotovilo trdno podporo globalnemu energetskemu prehodu.