Kakšna je vloga diod v solarnih panelih?

一, Bypass dioda: "gasilec" učinka vroče točke
1. Destruktivni mehanizem učinka vročih točk
Ko nekatere sončne celice v fotonapetostnih modulih ovirajo listi, prah ali sence, ovirano območje ne more proizvajati električne energije in namesto tega postane obremenitev v tokokrogu. Na tej točki je tok, ki ga ustvarijo neovirane baterijske celice, prisiljen teči skozi ovirano območje, kar povzroči močno povišanje lokalne temperature (do 200 stopinj ali več), kar tvori "vročo točko". Dolgoročni učinek vroče točke lahko povzroči izgorelost celic, staranje embalažnih materialov in celo požar, ki je eden glavnih vzrokov za okvaro fotovoltaičnega sistema.
2. Zaščitni princip bypass diode
Obvodna dioda je priključena obratno vzporedno na obeh koncih baterijskega niza in njena delovna logika je naslednja:
Normalno stanje: Ko baterijska celica proizvaja elektriko, je dioda v obratnem izklopnem stanju in nima vpliva na vezje;
Nenormalno stanje: Ko določen baterijski niz doživi padec napetosti zaradi ovire ali okvare, dioda ustvari prednapetost in vodi, sklene okvarjen baterijski niz in omogoči, da tok obide poškodovano območje, kar zagotavlja, da drugi normalni akumulatorski nizi še naprej proizvajajo elektriko.
3. Optimizacijsko načrtovanje v industrijski praksi
Konfiguracija količine diod: Teoretično bi morala biti vsaka baterijska celica povezana vzporedno z eno diodo, vendar je zaradi stroškov in omejitev padca napetosti v praktičnem inženirstvu ena dioda običajno konfigurirana na vsakih 15–24 baterijskih celic. Na primer, 72-celični baterijski modul pogosto uporablja tridelno metodo "24+24+24", pri čemer je vsaka 24 celic vzporedno povezana s Schottky diodo (kot je SB5100, vzdržljiva napetost 100 V, tok 5 A).
Izbira materiala z nizkimi izgubami: Schottky diode lahko zmanjšajo izgubo moči zaradi znatno nižjega padca napetosti naprej (0,1–0,2 V) v primerjavi z navadnimi silicijevimi diodami (0,7 V). Izračunano pri toku 10 A, je letna izguba moči Schottky diod zmanjšana za približno 5256 Wh v primerjavi s silicijevimi diodami (izračunano na podlagi 5 ur sonca na dan in 365 dni).
Trend integriranega oblikovanja: Sodobni fotovoltaični moduli integrirajo obvodne diode v razdelilne omarice in dosegajo visoko zanesljive povezave z avtomatiziranimi postopki varjenja. Na primer, pametna razdelilna omarica vodilnega proizvajalca uporablja tehnologijo površinske montaže (SMT), da zmanjša kontaktni upor med diodo in tiskanim vezjem pod 0,5 m Ω in nadzoruje dvig temperature znotraj 10 stopinj.
2, dioda proti povratnemu polnjenju: "eno{1}}smerni ventil" za nočno praznjenje
Potreba po preprečevanju obrnjenega zaračunavanja
V odsotnosti svetlobnih pogojev (na primer ponoči) je lahko napetost sončne plošče nižja od napetosti baterije, zaradi česar tok teče nazaj iz baterije v ploščo, kar vodi do naslednjih težav:
Izguba energije: neveljavna poraba baterije;
Segrevanje komponent: povratni tok povzroči dvig temperature plošče baterije, kar pospeši staranje embalažnega materiala;
Nevarnost požara: Dolgotrajno povratno polnjenje lahko povzroči praznjenje obloka v razdelilni omarici, kar povzroči požar.
2. Delovni mehanizem diode proti povratnemu polnjenju
Dioda proti povratnemu polnjenju je zaporedno povezana v smeri naprej na izhodni priključek plošče akumulatorja. Njegova enosmerna prevodnost zagotavlja, da lahko tok teče le od plošče akumulatorja do bremena ali akumulatorja in popolnoma blokira povratno pot toka. Na primer, v neodvisnem fotovoltaičnem sistemu lahko zaporedno povezovanje diode 1N5408 (vzdržna napetost 800 V, tok 3 A) z izhodno sponko solarne plošče 100 W učinkovito prepreči povratni tok 24 V baterije.
3. Razvoj industrijskih rešitev
Integracija krmilnika: Sodobni fotonapetostni krmilniki imajo na splošno vgrajene-funkcije proti povratnemu polnjenju (kot so krmilniki MPPT), ki prek preklopnih cevi MOSFET dosežejo proti povratnemu polnjenju brez izgub, kar izboljša učinkovitost za več kot 3 % v primerjavi s tradicionalnimi diodnimi rešitvami.
Inovacija materiala: Schottky diode iz silicijevega karbida (SiC) postopoma nadomeščajo silicijeve -diode zaradi ultra-nizkega padca napetosti (0,3 V) in visoke temperaturne stabilnosti (spojna temperatura do 200 stopinj). Na primer, dioda proti povratnemu polnjenju SiC določenega proizvajalca lahko še vedno ohrani učinkovitost pretvorbe 98 % pri 100 stopinjah, kar je 15 % več kot pri silicijevih diodah.
3, Celovite prednosti diod v fotovoltaičnih sistemih
1. Izboljšanje učinkovitosti proizvodnje električne energije
Z izogibanjem učinku vroče točke z obvodnimi diodami se lahko proizvodnja energije fotonapetostnih modulov poveča za 20% -30% v pogojih delne ovire. Če za primer vzamemo fotovoltaično elektrarno z močjo 1 MW, se lahko letna proizvodnja električne energije poveča za 180000 do 270000 kWh. Preračunano po ceni 0,5 juana/kWh se lahko letni prihodek poveča za 90000 do 135000 juanov.
2. Podaljšana življenjska doba sistema
Dioda proti povratnemu polnjenju nadzoruje dvig temperature plošče baterije ponoči za 5 stopinj, zmanjša stopnjo staranja embalažnega materiala (EVA) za 50 % in podaljša življenjsko dobo komponente s 25 let na več kot 30 let.
3. Zmanjšajte stroške delovanja in vzdrževanja
Integrirana zasnova diode zmanjša pogostost ročnih pregledov. Na primer, fotovoltaična elektrarna, ki uporablja inteligentno razvodno omarico, zmanjša stopnjo napak na vročih točkah za 80 % v primerjavi s tradicionalnimi rešitvami in zmanjša povprečne letne stroške delovanja in vzdrževanja za 0,02 juana/W.
4, Trendi in izzivi v industriji
1. Smer tehnološke nadgradnje
Inteligentna dioda: integracija temperaturnih senzorjev in pogonskih vezij za doseganje-nadzora v realnem času in dinamične prilagoditve temperature spoja diod;
Uporaba materialov s širokim pasovnim razmakom: GaN diode zagotavljajo rešitve z ultra-nizkimi izgubami za visoko{1}}napetostne fotovoltaične sisteme nad 600 V zaradi svoje pikosekundne preklopne hitrosti;
Modularna zasnova: Integracija diod, varovalk in prenapetostnih zaščit v miniaturne module za poenostavitev zasnove sistema in izboljšanje zanesljivosti.
2. Izzivi obvladovanja stroškov
Kljub odličnemu delovanju SiC diod je njihova cena še vedno 3-5-krat večja kot pri napravah na osnovi silicija. Industrija znižuje stroške prek naslednjih kanalov:
Proizvodnja 8-palčnih rezin: znižanje stroškov diodnih čipov SiC za 40 %;
Pospeševanje domače zamenjave: Kitajski proizvajalci so dosegli 40-odstotni mednarodni tržni delež na področju TVS diod in pričakuje se, da bo stopnja lokalizacije obvodnih diod do leta 2025 presegla 60 %.