Čo je to antireverzná dióda v solárnom energetickom systéme?

一, Základná funkcia antireverznej diódy: „bezpečnostný ventil“ pre jednosmernú reguláciu prúdu
1. Zabráňte spätnému vybitiu batérie
Keď pole solárnych článkov prestane generovať elektrinu v daždi, v noci alebo pri poruche, napätie batérie môže byť vyššie ako napätie poľa batérií, čo spôsobí tok prúdu späť do solárneho panelu. Antireverzné diódy sú zapojené do série v obvode, využívajúc ich jednosmernú vodivosť, aby umožnili prúdeniu prúdu iba z dosky batérie do batérie, čím blokujú spätný tok. Napríklad v nezávislom fotovoltaickom systéme, ak nie sú nainštalované antireverzné diódy, batéria sa môže naďalej vybíjať cez solárny panel, čo nielen spôsobí plytvanie energiou, ale tiež spôsobí, že sa solárny panel zahrieva alebo dokonca vyhorí v dôsledku prúdového preťaženia, čím sa skráti životnosť zariadenia.
2. Potlačiť spätný tok prúdu medzi vetvami poľa
Vo veľkých fotovoltaických elektrárňach je batériové pole zvyčajne zložené z viacerých paralelných vetiev. Kvôli rozdielom v intenzite osvetlenia a výkonnosti komponentov medzi rôznymi vetvami nemusí byť výstupné napätie konzistentné. Prúd z vysokonapäťovej vetvy môže tiecť späť do nízkonapäťovej vetvy, čo spôsobí pokles celkového výstupného napätia a dokonca aj spustenie efektu „hot spot effect“ -, komponenty, ktoré sú ovplyvnené spätným prúdom, môžu byť poškodené v dôsledku lokálneho prehriatia. Antireverzné diódy sú zapojené do série v každej vetve, aby sa zabezpečilo, že prúd preteká len z vysokonapäťovej strany na nízkonapäťovú, čím sa zabráni vzájomnému rušeniu medzi vetvami. Napríklad 10MW fotovoltaická elektráreň zvýšila účinnosť systému o 3 % a ročnú výrobu energie o približne 300 000 kWh inštaláciou antireverzných diód v každej vetve.
3. Ochrana obtoku a zabránenie tepelnému úniku
Keď sú komponenty batérie zatienené alebo nesprávne fungujú, ich výstupné napätie môže prudko klesnúť a stať sa "záťažou" v obvode. V tomto bode vedú obtokové diódy zapojené paralelne na oboch koncoch súčiastky, skratujú chybnú súčiastku a umožňujú, aby prúd ďalej pretekal okolo súčiastky, čím sa zabráni poškodeniu iných normálnych súčiastok v dôsledku prepätia. Napríklad vo fotovoltaických elektrárňach v púštnych oblastiach môže pokrytie pieskom a prachom spôsobiť zníženie účinnosti výroby energie niektorých komponentov. Obtokové diódy môžu rýchlo izolovať chybné komponenty a zabrániť šíreniu tepelného úniku do celého poľa.
2, Kritériá výberu pre antireverzné diódy: umenie vyváženia výkonu a nákladov
1. Zhoda kľúčových parametrov
Maximálny dopredný prúd (IF): Musí byť väčší ako maximálny prevádzkový prúd systému. Napríklad v 100kW fotovoltaickom systéme, ak je maximálny prevádzkový prúd 200A, je potrebné zvoliť diódy s IF väčším alebo rovným 250A, aby sa zabezpečila bezpečnostná rezerva.
Reverzné špičkové napätie (VRRM): Musí byť väčšie ako maximálne spätné napätie systému. Vo vysokých-nadmorských výškach môže napätie solárneho panelu v dôsledku vysokej intenzity slnečného žiarenia dosiahnuť viac ako 1 000 V. V tomto čase je potrebné zvoliť diódy s VRRM väčším alebo rovným 1200 V.
Pozitívny pokles napätia (VF): priamo ovplyvňuje účinnosť systému. VF tradičných kremíkových usmerňovacích diód je asi 0,7 V, zatiaľ čo VF Schottkyho diód môže byť až 0,3 V. Vo veľkých elektrárňach môže použitie Schottkyho diód výrazne znížiť straty vo vedení a zvýšiť výrobu energie.
2. Optimalizácia materiálu a konštrukcie
Fast Recovery Diode (FRD): Vhodné pre vysoko-frekvenčné spínacie obvody, jej reverzný čas obnovy (trr) trvá len niekoľko desiatok nanosekúnd, čo môže znížiť straty pri prepínaní. Vo fotovoltaických invertoroch pripojených k sieti môže FRD zvýšiť účinnosť konverzie na viac ako 98 %.
Diódy z karbidu kremíka (SiC): vyznačujúce sa vysokým napäťovým odporom, nízkou stratou a odolnosťou voči vysokej teplote. V púštnom prostredí s vysokou-teplotou môže teplota spoja SiC diód dosiahnuť 175 stupňov , čo je o 50 % viac ako u tradičných kremíkových diód a výrazne predlžuje životnosť zariadenia.
Modulárny dizajn: Integrácia viacerých diód do rovnakého obalu môže zjednodušiť usporiadanie obvodu a znížiť parazitnú indukčnosť. Napríklad diódový modul MDK250A1600V uvedený na trh určitou značkou má 40% zníženie objemu v porovnaní s diskrétnymi komponentmi a 30% zvýšenie účinnosti inštalácie.
3, Typický scenár aplikácie: Úplné pokrytie od domácností až po priemyselné a komerčné sektory
1. Fotovoltický systém pre domácnosť
V malých strešných fotovoltaických systémoch sú antireverzné diódy zvyčajne integrované vo vnútri fotovoltaického regulátora. Napríklad istá značka 5kW regulátora pre domácnosť používa Schottkyho diódy, ktorých nízka VF charakteristika zvyšuje účinnosť systému o 1,5% a zvyšuje ročnú produkciu energie asi o 200 stupňov. Zabudovaná{5}}prepäťová ochranná funkcia ovládača zároveň môže zabrániť poruche diódy v dôsledku vysokého spätného napätia, čím sa predlžuje záručná doba na 5 rokov.
2. Priemyselné a komerčné fotovoltaické elektrárne
Vo veľkých pozemných elektrárňach sa antireverzné diódy široko používajú v kľúčových zariadeniach, ako sú zlučovače a invertory. Napríklad 20MW fotovoltaická elektráreň využíva kombinačnú skrinku s integrovanými diódovými modulmi, ktorá má úroveň ochrany IP67, ktorá dokáže odolať drsným prostrediam, ako je piesok a soľ, a má 60% zníženie poruchovosti v porovnaní s tradičnými konštrukciami. Monitorovaním teploty diódy v reálnom čase- môže systém navyše včas varovať pred možnými poruchami a vyhnúť sa neplánovaným odstávkam.
3. Špeciálne environmentálne aplikácie
V extrémne chladných oblastiach (ako je polárny kruh) môžu nízke teploty spôsobiť zvýšenie VF diódy, čo ovplyvní účinnosť systému. Nízkoteplotná Schottkyho dióda vyvinutá určitou značkou zvyšuje VF iba o 0,05 V v -40-stupňovom prostredí, čím zabezpečuje stabilnú prevádzku systému v extrémnych podmienkach. V pobrežných fotovoltaických platformách môžu diódové moduly s antikoróznym povlakom odolávať korózii morskou vodou a majú životnosť viac ako 25 rokov.
4, Priemyselné štandardy a budúce trendy: Iterácia technológie poháňa bezpečnostné inovácie
1. Národné normy a požiadavky na certifikáciu
Čínsky „Design Code for Photovoltaic Power Stations“ (GB 50797-2012) jasne stanovuje, že menovitý prúd antireverzných diód by nemal byť menší ako 1,25-násobok maximálneho prevádzkového prúdu systému a menovité napätie by nemalo byť menšie ako 1,5-násobok maximálneho napätia systému. Okrem toho musí výrobok prejsť medzinárodnými certifikáciami, ako sú T Ü V a UL, aby sa zabezpečil súlad s povinnými normami, ako je bezpečnosť a ochrana životného prostredia.
2. Trendy v oblasti inteligencie a integrácie
V budúcnosti sa budú antireverzné diódy vyvíjať smerom k inteligencii a integrácii. Napríklad zabudovaním teplotných snímačov a komunikačných modulov môžu diódy nahrávať svoj pracovný stav v reálnom{1}}čase do cloudu, čo umožňuje vzdialené monitorovanie a diagnostiku porúch. Súčasne môže integrovaný dizajn s napájacími zariadeniami, ako sú MOSFET a IGBT, ďalej znížiť veľkosť zariadenia a znížiť náklady na systém.
3. Prelomy v nových materiáloch a procesoch
S vyspelosťou polovodičových materiálov tretej{0}}generácie sa očakáva, že diódy z nitridu gália (GaN) budú vo fotovoltaickej oblasti široko používané. Jeho čas spätného zotavenia sa môže skrátiť na menej ako 10 nanosekúnd a strata spínania je znížená o 30 % v porovnaní s diódami SiC, čo poskytuje kľúčovú podporu pre efektívne fotovoltaické invertory.