Koja je uloga dioda u solarnim panelima?

一, Bypass dioda: "vatrogasac" efekta vruće točke
1. Destruktivni mehanizam efekta vruće točke
Kada su neke solarne ćelije u fotonaponskim modulima začepljene lišćem, prašinom ili sjenama, zapriječeno područje ne može proizvoditi električnu energiju i umjesto toga postaje opterećenje u krugu. U ovoj točki, struja koju generiraju neometane ćelije baterije je prisiljena teći kroz zaprečeno područje, uzrokujući naglo povećanje lokalne temperature (do 200 stupnjeva ili više), formirajući "vruću točku". Dugotrajni efekt vruće točke može uzrokovati izgaranje ćelija, starenje materijala za pakiranje, pa čak i požar, što je jedan od glavnih uzroka kvara fotonaponskog sustava.
2. Princip zaštite premosne diode
Premosna dioda spojena je obrnuto paralelno na oba kraja niza baterija, a njena radna logika je sljedeća:
Normalno stanje: Kada baterijska ćelija stvara električnu energiju, dioda je u obrnutom stanju prekida i nema utjecaja na krug;
Nenormalno stanje: kada određeni niz baterija doživi pad napona zbog začepljenja ili kvara, dioda stvara prednapon i provodi, kratko spajajući neispravan niz baterija i dopuštajući struji da zaobiđe oštećeno područje, osiguravajući da drugi normalni nizovi baterija nastave proizvoditi električnu energiju.
3. Optimizacijski dizajn u industrijskoj praksi
Konfiguracija količine diode: U teoriji, svaka baterijska ćelija trebala bi biti spojena paralelno s jednom diodom, ali zbog troškova i ograničenja pada napona, u praktičnom inženjeringu, jedna dioda se obično konfigurira na svakih 15-24 baterije. Na primjer, baterijski modul od 72 ćelije često koristi trodijelnu metodu "24+24+24", sa svake 24 ćelije povezane paralelno sa Schottky diodom (kao što je SB5100, otporni napon 100 V, struja 5 A).
Odabir materijala s niskim gubitkom: Schottky diode mogu smanjiti gubitak snage zbog značajno nižeg pada napona (0,1-0,2 V) u usporedbi s običnim silicijskim diodama (0,7 V). Izračunato pri struji od 10 A, godišnji gubitak snage Schottky dioda smanjen je za oko 5256 Wh u usporedbi sa silicijskim diodama (izračunato na temelju 5 sati sunčanja dnevno i 365 dana).
Trend integriranog dizajna: Moderni fotonaponski moduli integriraju premosne diode u razvodne kutije i postižu visokopouzdane veze putem automatiziranih procesa zavarivanja. Na primjer, pametna razvodna kutija vodećeg proizvođača koristi tehnologiju površinske montaže (SMT) za smanjenje kontaktnog otpora između diode i tiskane ploče ispod 0,5 m Ω i kontrolu porasta temperature unutar 10 stupnjeva.
2, Dioda protiv obrnutog punjenja: "jedno-smjerni ventil" za noćno pražnjenje
Nužnost sprječavanja obrnute naplate
U nedostatku svjetlosnih uvjeta (kao što je noću), napon solarne ploče može biti niži od napona baterije, uzrokujući povratni tok struje iz baterije u ploču, što dovodi do sljedećih problema:
Gubitak energije: Neispravna potrošnja baterije;
Zagrijavanje komponenti: Povratna struja uzrokuje porast temperature baterije, ubrzavajući starenje materijala za pakiranje;
Opasnost od požara: Dugotrajno obrnuto punjenje može uzrokovati pražnjenje luka unutar razvodne kutije, što može dovesti do požara.
2. Radni mehanizam diode protiv obrnutog punjenja
Dioda protiv obrnutog punjenja spojena je u seriju u smjeru prema naprijed na izlazni terminal ploče baterije. Njegova jednosmjerna vodljivost osigurava da struja može teći samo od ploče baterije do opterećenja ili baterije, potpuno blokirajući put obrnute struje. Na primjer, u neovisnom fotonaponskom sustavu, spajanje diode 1N5408 (podnosivi napon 800 V, struja 3 A) u seriju s izlaznim terminalom solarne ploče od 100 W može učinkovito spriječiti povratnu struju baterije od 24 V.
3. Evolucija industrijskih rješenja
Integracija kontrolera: moderni fotonaponski regulatori općenito imaju ugrađene-funkcije protiv obrnutog punjenja (kao što su MPPT kontroleri), koji postižu antireverzijsko punjenje bez gubitaka putem MOSFET preklopnih cijevi, poboljšavajući učinkovitost za više od 3% u usporedbi s tradicionalnim diodnim rješenjima.
Inovacija materijala: Schottky diode od silicij karbida (SiC) postupno zamjenjuju diode temeljene na siliciju-zbog svog ultra-niskog pada napona (0,3 V) i visoke temperaturne stabilnosti (temperatura spoja do 200 stupnjeva). Na primjer, SiC dioda protiv obrnutog punjenja određenog proizvođača još uvijek može održavati učinkovitost pretvorbe od 98% na 100 stupnjeva, što je 15% više od one silicijskih dioda.
3, Sveobuhvatne prednosti dioda u fotonaponskim sustavima
1. Poboljšanje učinkovitosti proizvodnje električne energije
Izbjegavanjem efekta vruće točke putem premosnih dioda, proizvodnja energije fotonaponskih modula može se povećati za 20% -30% u uvjetima djelomične opstrukcije. Uzimajući za primjer fotonaponsku elektranu od 1 MW, godišnja proizvodnja električne energije može se povećati za 180 000 do 270 000 kWh. Izračunato po cijeni od 0,5 juana/kWh, godišnji prihod može porasti za 90 000 do 135 000 juana.
2. Produženi životni vijek sustava
Dioda protiv obrnutog punjenja kontrolira porast temperature ploče baterije noću unutar 5 stupnjeva, smanjujući stopu starenja materijala za pakiranje (EVA) za 50% i produžujući životni vijek komponente s 25 godina na preko 30 godina.
3. Smanjite troškove rada i održavanja
Dizajn integrirane diode smanjuje učestalost ručnih pregleda. Na primjer, fotonaponska elektrana koja koristi inteligentnu razvodnu kutiju smanjuje stopu kvarova na vrućim točkama za 80% u usporedbi s tradicionalnim rješenjima i smanjuje prosječne godišnje troškove rada i održavanja za 0,02 juana/W.
4, Trendovi i izazovi u industriji
1. Pravac tehnološke nadogradnje
Inteligentna dioda: integracija temperaturnih senzora i pogonskih krugova za postizanje-praćenja u stvarnom vremenu i dinamičke prilagodbe temperature spoja diode;
Primjena materijala sa širokim pojasnim razmakom: GaN diode pružaju rješenja s ultra-niskim gubicima za visoko{1}}naponske fotonaponske sustave iznad 600 V zbog svoje pikosekundne brzine prebacivanja;
Modularni dizajn: Integracija dioda, osigurača i prenaponskih zaštitnika u minijaturne module za pojednostavljenje dizajna sustava i poboljšanje pouzdanosti.
2. Izazovi kontrole troškova
Unatoč izvrsnim performansama SiC dioda, njihova cijena je još uvijek 3-5 puta veća od cijene uređaja na bazi silicija. Industrija smanjuje troškove kroz sljedeće kanale:
Proizvodnja 8-inčnih pločica: smanjenje troškova SiC diodnih čipova za 40%;
Ubrzanje domaće zamjene: Kineski proizvođači postigli su 40% međunarodnog tržišnog udjela u području TVS dioda, a očekuje se da će stopa lokalizacije premosnih dioda premašiti 60% do 2025.