Ako diódy pomáhajú pri riadení prúdu v distribuovaných energetických systémoch?

1, Fotovoltaický systém: dvojitá ochrana ochrany horúcich miest a rekuperácie energie
Ako základná jednotka distribuovanej energie čelia fotovoltaické moduly dvom veľkým výzvam v riadení prúdu: efekt horúceho bodu a nočný spätný prúd. Keď je komponent čiastočne upchatý alebo sa výkon batériových článkov zhorší, prúd generovaný voľnými batériovými článkami bude tiecť cez zablokovanú oblasť, čo spôsobí zvýšenie miestnej teploty nad 150 stupňov, vznik horúcich miest a spôsobenie vyhorenia komponentov alebo dokonca požiaru. Podľa štatistík majú fotovoltické systémy bez obtokových diód o 47 % vyššiu poruchovosť v priebehu 5 rokov v porovnaní so štandardnými konfiguračnými systémami a straty pri výrobe energie spôsobené efektmi horúceho bodu môžu dosiahnuť viac ako 5 % z celkovej výroby energie.

Úloha „hasiča“ v obtokových diódach:
Obtoková dióda prostredníctvom jednosmernej vodivosti automaticky vedie, keď sa objaví horúce miesto, a poskytuje nízkoodporový obtokový kanál pre chybný článok batérie, čím umožňuje prúdu obchádzať oblasť s vysokou-teplotou. Napríklad v súprave so 72 batériami, ak jedna batéria zaznamená náhly pokles výstupného prúdu na 1A v dôsledku prekážky, zatiaľ čo iné batérie môžu stále generovať prúd 8A, bez inštalácie bypass diódy je výstupný prúd celého balenia obmedzený na 1A, čo vedie k vážnemu plytvaniu energiou; Po nainštalovaní bypass diódy dióda zodpovedajúca chybnej jednotke vedie do 0,1 sekundy, čím sa vnútorný odpor zníži z megaohmov na miliohmy, čím sa zvýši účinnosť výroby elektrickej energie komponentu o 30% -40%. Prípadová štúdia distribuovanej fotovoltaickej elektrárne v Nemecku ukazuje, že po inštalácii segmentovaných bypass diód sa strata výroby elektrickej energie spôsobená pokryvom stromov znížila z priemerných 8 % ročne na 2,5 %.

Funkcia "gatekeeper" blokovacích diód:
Keď fotovoltaické moduly prestanú vyrábať elektrinu v noci alebo v extrémnych poveternostných podmienkach, ak nie sú nainštalované blokovacie diódy, prúd generovaný inými modulmi na výrobu energie bude tiecť späť cez negenerujúce moduly, čím sa vytvorí spätný prúd, čo vedie k strate energie (3 % -5 % dennej výroby energie) a k zrýchleniu starnutia článkov. Blokovacia dióda vytvára megaohmový odpor pri spätnom predpätí, úplne blokuje spätný prúd a zaisťuje, že prúd môže prúdiť iba v smere dopredu. Po prijatí vysokovýkonných blokovacích diód v distribuovanom fotovoltaickom projekte sa predpokladaná životnosť komponentov zvýšila z 20 rokov na 25 rokov a celkový príjem z výroby energie počas životného cyklu sa zvýšil o 18 %.

Inovácia materiálu zlepšuje účinnosť ochrany:
Tradičné diódy na báze kremíka- majú spätné výdržné napätie až 1 000 V a sú vhodné pre veľké fotovoltaické elektrárne; Schottkyho diódy sú veľmi obľúbené v distribuovanej fotovoltaike vďaka ich ultra-nízkemu poklesu napätia v priepustnom smere 0,3 V. Ak si vezmeme ako príklad 10 kW systém, použitie Schottkyho diód môže znížiť straty energie približne o 30 kWh za rok. Okrem toho grafénové diódy využívajú charakteristiky nulového pásma na dosiahnutie rýchlosti odozvy na nanosekundovej úrovni, ktorá je o tri rády rýchlejšia ako bežné diódy v rýchlosti odozvy na úrovni mikrosekúnd v dynamických tieňových scénach (ako je rýchly pohyb vrstiev oblakov), čo ďalej znižuje straty pri výrobe energie.

2, Systém veternej energie: Synergické zlepšenie harmonického potlačenia a ochrany meniča
Ako dôležitý doplnok k distribuovanej energii musia systémy veternej energie riešiť dve hlavné výzvy súčasného manažmentu: harmonické znečistenie a ochranu meniča. Výstup striedavého prúdu veterných turbín obsahuje veľké množstvo harmonických. Pri priamom pripojení k elektrickej sieti to spôsobí problémy ako kolísanie napätia a zníženie účinníka; Súčasne ako hlavná jednotka na premenu energie systému veternej energie budú spínacie prvky meniča (napríklad IGBT) generovať spätný obnovovací prúd, keď sú vypnuté. Ak sa nepotlačí včas, môže poškodiť zariadenia a spôsobiť zlyhanie systému.

Funkcia "filtra" diód pri harmonickom potlačení:
V procese usmerňovania meničov veternej energie prevádza usmerňovací mostík zložený z diód striedavý prúd na jednosmerný prúd, čím poskytuje stabilný vstup pre nasledujúce striedače. Optimalizáciou parametrov diódy, ako je pokles napätia vpred a čas spätného zotavenia, sa môže znížiť obsah harmonických počas usmerňovania. Napríklad pomocou usmerňovacieho mostíka s ultrarýchlymi diódami obnovy (reverzný čas obnovy<50ns) can reduce harmonic distortion by 15% and improve power quality compared to traditional diodes (reverse recovery time>200 ns).

Výhoda „rýchlej odozvy“ pri ochrane meniča:
Keď sú spínacie prvky meniča vypnuté, dióda funguje ako voľnobežný prvok, ktorý poskytuje voľnobežnú dráhu pre indukčný prúd, aby sa zabránilo spätnému toku prúdu a poškodeniu spínacích prvkov. Ak si vezmeme ako príklad diódy z karbidu kremíka (SiC), čas ich spätného zotavenia sa môže skrátiť na 15 ns, čo je 3 až 10-krát rýchlejšie ako pri diódach kremíka (50 až 200 ns), čím sa výrazne znížia spínacie straty a zlepší sa účinnosť systému. Po použití SiC diód v určitom meniči veternej energie sa účinnosť systému zvýšila z 96% na 98%, zatiaľ čo objem chladiča sa znížil o 40%, čo pomohlo znížiť celkovú hmotnosť stroja.

3, Systém skladovania energie: technologický prielom v rovnováhe vybíjania a spätnej ochrany
Ako „energetický nárazník“ distribuovanej energie musí súčasný manažment systémov skladovania energie vyvážiť nabíjanie a vybíjanie s ochranou proti spätnému chodu. Ak sú stavy každého článku batérie počas procesu nabíjania a vybíjania nekonzistentné (napríklad rozdiely v kapacite a vnútornom odpore), môže to viesť k prebitiu alebo nadmernému vybitiu niektorých článkov, urýchliť starnutie a spôsobiť bezpečnostné riziká; Súčasne, ak spätný prúd nie je účinne blokovaný počas pripojenia k sieti alebo vypnutia siete systému akumulácie energie, môže dôjsť k poškodeniu zariadenia a ovplyvneniu stability elektrickej siete.

Funkcia inteligentnej regulácie vyváženej diódy:
V systéme správy batérie vyvažovacia dióda monitoruje napätie každého článku batérie a počas nabíjania automaticky vedie obtokový kanál vysokonapäťového článku batérie, aby sa predišlo prebíjaniu. Počas vybíjania vytvorte doplnkový kanál pre nízkonapäťové články, aby ste zabránili nadmernému vybitiu. Napríklad po prijatí adaptívnych vyvažovacích diód v určitom systéme uchovávania energie lítiovej batérie sa konzistencia kapacity článku zvýšila o 20 % a životnosť cyklu sa predĺžila o 30 %.

Funkcia „jednosmernej izolácie“ diódy ochrany proti spätnému chodu:
Keď je systém skladovania energie pripojený k sieti, dióda ochrany proti spätnému chodu môže zabrániť tomu, aby poruchový prúd na strane siete prúdil späť do systému skladovania energie; Pri prevádzke mimo siete môže blokovať vplyv spätného prúdu na batériu na strane záťaže. Po prijatí reverzných ochranných diód v určitom projekte mikrosiete sa kolísanie napätia systému počas prepínania siete/vypínania siete znížilo o 50 % a poruchovosť sa znížila o 60 %.

4, Microgrid: neviditeľné prepojenie medzi-spoluprácou z viacerých zdrojov a synchronizáciou siete
Ako pokročilá forma aplikácie distribuovanej energie vyžadujú mikrosiete súčasnú správu, aby sa dosiahla spolupráca viacerých zdrojov a synchronizácia siete. V mikrosietiach existujú významné rozdiely vo výstupných charakteristikách rôznych zdrojov energie, ako je fotovoltaika, veterná energia a skladovanie energie. Ak to nie je efektívne koordinované, môže to viesť k problémom, ako sú súčasné konflikty a kolísanie moci; Zároveň musí synchronizácia mikrosietí s hlavnou sieťou spĺňať prísne podmienky, ako je napätie, frekvencia a fáza, inak môže spôsobiť poruchy siete.

Príspevok „zlepšenia účinnosti“ synchrónnych usmerňovacích diód:
V DC-DC konvertoroch mikrosietí môže technológia synchrónneho usmerňovania výrazne znížiť straty vo vedení nahradením tradičných diód MOSFET. Napríklad po použití synchrónneho rektifikačného meniča sa účinnosť mikrosiete zvýšila z 85 % na 95 %, pričom sa objem chladičov znížil o 30 % a zlepšila sa hustota výkonu systému.

Funkcia "synchrónnej koordinácie" fázových kontrolných diód:
V striedači mikrosiete pripojenom k ​​sieti fázová kontrolná dióda dynamicky upravuje fázu výstupného prúdu meniča monitorovaním fázy sieťového napätia, čím sa dosiahne synchronizácia s hlavnou sieťou. Po prijatí fázovo riadených diód v určitom projekte mikrosiete sa úspešnosť pripojenia k sieti zvýšila z 90 % na 98 % a čas pripojenia k sieti sa skrátil z 0,5 sekundy na 0,1 sekundy, čím sa výrazne zlepšila stabilita systému.