Jaka jest rola diod w panelach słonecznych?

一, Dioda obejściowa: „strażak” efektu gorącego punktu
1. Niszczący mechanizm efektu gorącego punktu
Kiedy niektóre ogniwa słoneczne w modułach fotowoltaicznych są zasłonięte przez liście, kurz lub cień, zasłonięty obszar nie może wytwarzać energii elektrycznej i zamiast tego staje się obciążeniem w obwodzie. W tym momencie prąd generowany przez niezakłócone ogniwa akumulatora jest zmuszony przepływać przez zablokowany obszar, powodując gwałtowny wzrost lokalnej temperatury (do 200 stopni lub więcej), tworząc „gorący punkt”. Długotrwały efekt gorącego punktu może powodować wypalenie ogniw, starzenie się materiałów opakowaniowych, a nawet pożar, co jest jedną z głównych przyczyn awarii systemów fotowoltaicznych.
2. Zasada ochrony diody bocznikującej
Dioda obejściowa jest podłączona odwrotnie równolegle na obu końcach ciągu akumulatorów, a jej logika działania jest następująca:
Stan normalny: Gdy ogniwo akumulatora wytwarza prąd, dioda znajduje się w stanie odcięcia wstecznego i nie ma wpływu na obwód;
Stan nienormalny: Kiedy w pewnym ciągu akumulatorów nastąpi spadek napięcia z powodu przeszkody lub nieprawidłowego działania, dioda tworzy polaryzację w kierunku przewodzenia i przewodzi, powodując zwarcie wadliwego ciągu akumulatorów i umożliwiając przepływ prądu przez uszkodzony obszar, zapewniając, że inne normalne ciągi akumulatorów nadal wytwarzają energię elektryczną.
3. Projektowanie optymalizacyjne w praktyce przemysłowej
Konfiguracja ilości diod: Teoretycznie każde ogniwo akumulatora powinno być połączone równolegle z jedną diodą, ale ze względu na koszty i ograniczenia spadków napięcia, w praktyce, jedna dioda jest zwykle konfigurowana na 15-24 ogniwa akumulatora. Na przykład 72-ogniwowy moduł baterii często wykorzystuje trzyczęściową metodę „24+24+24”, w której każde 24 ogniwa są połączone równolegle diodą Schottky'ego (taką jak SB5100, napięcie wytrzymywane 100 V, prąd 5 A).
Wybór materiału o niskiej stracie: Diody Schottky'ego mogą zmniejszyć straty mocy ze względu na znacznie niższy spadek napięcia przewodzenia (0,1-0,2 V) w porównaniu ze zwykłymi diodami krzemowymi (0,7 V). Obliczona przy prądzie 10A roczna strata mocy diod Schottky'ego jest zmniejszona o około 5256Wh w porównaniu do diod krzemowych (obliczona na podstawie 5 godzin nasłonecznienia dziennie i 365 dni).
Zintegrowany trend w projektowaniu: Nowoczesne moduły fotowoltaiczne integrują diody bocznikowe w skrzynkach przyłączeniowych i zapewniają wysoką niezawodność połączeń dzięki zautomatyzowanym procesom spawania. Na przykład inteligentna puszka przyłączeniowa wiodącego producenta wykorzystuje technologię montażu powierzchniowego (SMT), aby zmniejszyć rezystancję styku między diodą a płytką drukowaną do wartości poniżej 0,5 m Ω i kontrolować wzrost temperatury w zakresie 10 stopni.
2, Dioda zapobiegająca ładowaniu wstecznemu: „zawór-jednokierunkowy” do rozładowywania w nocy
Konieczność zapobiegania odwrotnemu ładowaniu
W przypadku braku warunków oświetleniowych (np. w nocy) napięcie panelu słonecznego może być niższe niż napięcie akumulatora, co powoduje przepływ prądu z akumulatora do panelu, co prowadzi do następujących problemów:
Strata energii: Nieprawidłowe zużycie energii akumulatora;
Ogrzewanie komponentów: Prąd wsteczny powoduje wzrost temperatury płyty akumulatorowej, przyspieszając starzenie się materiału opakowaniowego;
Ryzyko pożaru: Długotrwałe ładowanie wsteczne może spowodować wyładowanie łuku wewnątrz skrzynki przyłączeniowej, co może prowadzić do pożaru.
2. Mechanizm działania diody zapobiegającej ładowaniu wstecznemu
Dioda zapobiegająca ładowaniu wstecznemu jest podłączona szeregowo w kierunku do przodu do zacisku wyjściowego płytki akumulatora. Jego jednokierunkowa przewodność zapewnia, że ​​prąd może przepływać wyłącznie z płytki akumulatora do obciążenia lub akumulatora, całkowicie blokując ścieżkę prądu wstecznego. Przykładowo w niezależnej instalacji fotowoltaicznej podłączenie diody 1N5408 (wytrzymuje napięcie 800V, prąd 3A) szeregowo z zaciskiem wyjściowym panelu słonecznego o mocy 100W może skutecznie zapobiec przepływowi zwrotnemu prądu z akumulatora 24V.
3. Ewolucja rozwiązań branżowych
Integracja sterowników: nowoczesne sterowniki fotowoltaiczne zazwyczaj mają wbudowane-funkcje zapobiegające ładowaniu wstecznemu (takie jak kontrolery MPPT), które umożliwiają bezstratne ładowanie zapobiegające ładowaniu zwrotnemu za pośrednictwem lamp przełączających MOSFET, poprawiając wydajność o ponad 3% w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami diodowymi.
Innowacje materiałowe: diody Schottky'ego z węglika krzemu (SiC) stopniowo zastępują diody-krzemowe ze względu na ich bardzo-niski spadek napięcia w przewodzie (0,3 V) i wysoką stabilność temperaturową (temperatura złącza do 200 stopni). Na przykład dioda SiC zapobiegająca ładowaniu wstecznemu pewnego producenta może nadal utrzymywać sprawność konwersji na poziomie 98% przy 100 stopniach, czyli o 15% wyższą niż diody krzemowe.
3, Kompleksowe zalety diod w systemach fotowoltaicznych
1. Poprawa efektywności wytwarzania energii
Unikając efektu gorącego punktu poprzez diody obejściowe, wytwarzanie energii przez moduły fotowoltaiczne można zwiększyć o 20% -30% w warunkach częściowego utrudnienia. Biorąc za przykład elektrownię fotowoltaiczną o mocy 1 MW, roczna produkcja energii może wzrosnąć od 180 000 do 270 000 kWh. W przeliczeniu na cenę 0,5 juana/kWh roczny przychód może wzrosnąć od 90 000 do 135 000 juanów.
2. Wydłużona żywotność systemu
Dioda zapobiegająca odwrotnemu ładowaniu kontroluje wzrost temperatury płyty akumulatora w nocy w zakresie 5 stopni, zmniejszając tempo starzenia się materiału opakowaniowego (EVA) o 50% i wydłużając żywotność komponentu z 25 lat do ponad 30 lat.
3. Zmniejsz koszty eksploatacji i konserwacji
Zintegrowana konstrukcja diody zmniejsza częstotliwość ręcznych kontroli. Na przykład elektrownia fotowoltaiczna wykorzystująca inteligentną skrzynkę przyłączeniową zmniejsza wskaźnik awaryjności gorących punktów o 80% w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami i zmniejsza średni roczny koszt eksploatacji i konserwacji o 0,02 juana/W.
4, Trendy i wyzwania branżowe
1. Kierunek modernizacji technologicznej
Inteligentna dioda: integrująca czujniki temperatury i obwody sterujące w celu monitorowania-w czasie rzeczywistym i dynamicznej regulacji temperatury złącza diody;
Zastosowanie materiałów o szerokim pasmie wzbronionym: diody GaN zapewniają rozwiązania o ultra-niskich stratach w systemach fotowoltaicznych wysokiego-napięcia powyżej 600 V ze względu na ich pikosekundową prędkość przełączania;
Konstrukcja modułowa: Integracja diod, bezpieczników i zabezpieczeń przeciwprzepięciowych w miniaturowe moduły w celu uproszczenia projektowania systemu i poprawy niezawodności.
2. Wyzwania związane z kontrolą kosztów
Pomimo doskonałej wydajności diod SiC, ich koszt jest nadal 3-5 razy większy niż w przypadku urządzeń na bazie krzemu. Branża redukuje koszty poprzez następujące kanały:
Produkcja płytek 8-calowych: obniżenie kosztów chipów diodowych SiC o 40%;
Przyspieszenie krajowej substytucji: chińscy producenci osiągnęli 40% udziału w rynku międzynarodowym w dziedzinie diod TVS i oczekuje się, że do 2025 r. wskaźnik lokalizacji diod bocznikowych przekroczy 60%.