چگونه دیودها به مدیریت فعلی در سیستم های انرژی توزیع شده کمک می کنند؟

1، سیستم فتوولتائیک: حفاظت دوگانه حفاظت از نقطه داغ و بازیابی انرژی
ماژول های فتوولتائیک به عنوان واحد اصلی انرژی توزیع شده با دو چالش عمده در مدیریت جریان روبرو هستند: اثر نقطه داغ و جریان معکوس شبانه. هنگامی که یک قطعه تا حدی مسدود شود یا عملکرد سلول‌های باتری بدتر شود، جریان تولید شده توسط سلول‌های باتری بدون مانع تماماً از ناحیه مسدود شده عبور می‌کند و باعث می‌شود دمای محلی به بالای 150 درجه برسد، نقاط داغ تشکیل شود و باعث فرسودگی قطعات یا حتی آتش‌سوزی شود. طبق آمار، سیستم‌های فتوولتائیک بدون دیودهای بای‌پس، در مدت 5 سال نسبت به سیستم‌های پیکربندی استاندارد، 47 درصد از خرابی بالاتری دارند و تلفات تولید برق ناشی از اثرات نقطه داغ می‌تواند به بیش از 5 درصد از کل تولید برق برسد.

نقش "آتش نشان" در دیودهای بای پس:
دیود بای پس، از طریق رسانایی یک جهته، به طور خودکار هنگام وقوع یک نقطه داغ هدایت می‌شود و یک کانال بای پس با مقاومت کم برای سلول باتری معیوب ایجاد می‌کند و به جریان اجازه می‌دهد از ناحیه دمای بالا- عبور کند. به عنوان مثال، در یک بسته 72 باتری، اگر یکی از باتری ها به دلیل انسداد، افت ناگهانی جریان خروجی به 1 آمپر را تجربه کند، در حالی که باتری های دیگر همچنان می توانند جریان 8 آمپری تولید کنند، بدون نصب دیود بای پس، جریان خروجی کل بسته به 1 آمپر محدود می شود که منجر به اتلاف انرژی جدی می شود. پس از نصب دیود بای پس، دیود مربوط به واحد معیوب در عرض 0.1 ثانیه هدایت می شود و مقاومت داخلی را از مگا اهم به میلی اهم کاهش می دهد و در نتیجه راندمان تولید برق قطعه را 30٪ -40٪ افزایش می دهد. مطالعه موردی یک نیروگاه فتوولتائیک توزیع شده در آلمان نشان می دهد که پس از نصب دیودهای بای پس قطعه بندی شده، اتلاف تولید برق ناشی از پوشش درختان از میانگین 8 درصد در سال به 2.5 درصد کاهش یافته است.

عملکرد "دروازه بان" مسدود کردن دیودها:
هنگامی که ماژول‌های فتوولتائیک تولید برق را در شب یا در شرایط آب و هوایی شدید متوقف می‌کنند، اگر دیودهای مسدودکننده نصب نشده باشند، جریان تولید شده توسط سایر ماژول‌های مولد برق از طریق ماژول‌های غیر مولد برمی‌گردد و جریان معکوس ایجاد می‌کند و در نتیجه اتلاف انرژی (3% -5% از تولید برق روزانه) و تسریع پیری سلول را به همراه خواهد داشت. یک دیود مسدود کننده هنگام بایاس معکوس یک مقاومت مگااهمی ایجاد می کند، جریان معکوس را کاملا مسدود می کند و اطمینان می دهد که جریان فقط می تواند در جهت جلو جریان یابد. پس از استفاده از دیودهای مسدود کننده با کارایی بالا در یک پروژه فتوولتائیک توزیع شده، طول عمر مورد انتظار قطعات از 20 سال به 25 سال افزایش یافته است و درآمد کل چرخه عمر تولید برق 18٪ افزایش یافته است.

نوآوری مواد باعث بهبود کارایی حفاظت می شود:
دیودهای سنتی مبتنی بر سیلیکون{0}} دارای ولتاژ مقاومت معکوس تا 1000 ولت هستند و برای نیروگاه های فتوولتائیک بزرگ مناسب هستند. دیودهای شاتکی در فتوولتائیک های توزیع شده به دلیل افت ولتاژ فوق العاده پایین 0.3 ولتی بسیار محبوب هستند. با در نظر گرفتن یک سیستم 10 کیلووات به عنوان مثال، استفاده از دیودهای شاتکی می تواند اتلاف انرژی را تا حدود 30 کیلووات ساعت در سال کاهش دهد. علاوه بر این، دیودهای گرافن از ویژگی‌های فاصله باند صفر برای دستیابی به سرعت پاسخگویی در سطح نانوثانیه استفاده می‌کنند که سه مرتبه سریع‌تر از دیودهای معمولی در سرعت پاسخ سطح میکروثانیه در صحنه‌های سایه پویا (مانند حرکت سریع لایه‌های ابر) است که تلفات تولید برق را کاهش می‌دهد.

2، سیستم قدرت بادی: تقویت هم افزایی سرکوب هارمونیک و محافظت از مبدل
به عنوان یک مکمل مهم برای انرژی توزیع شده، سیستم های قدرت بادی باید به دو چالش عمده در مدیریت فعلی بپردازند: آلودگی هارمونیک و حفاظت از اینورتر. توان خروجی AC توسط توربین های بادی حاوی مقدار زیادی هارمونیک است. در صورت اتصال مستقیم به شبکه برق، مشکلاتی مانند نوسانات ولتاژ و کاهش ضریب توان ایجاد می شود. در عین حال، به عنوان واحد تبدیل توان هسته سیستم برق بادی، عناصر سوئیچینگ اینورتر (مانند IGBT) هنگام خاموش شدن جریان بازیابی معکوس تولید می کنند. اگر به موقع سرکوب نشود، ممکن است به دستگاه ها آسیب برساند و باعث خرابی سیستم شود.

عملکرد "فیلتر" دیودها در سرکوب هارمونیک:
در فرآیند یکسوسازی مبدل‌های برق بادی، یک پل یکسوکننده متشکل از دیودها، توان AC را به برق DC تبدیل می‌کند و ورودی پایداری را برای اینورترهای بعدی فراهم می‌کند. با بهینه سازی پارامترهای دیود مانند افت ولتاژ رو به جلو و زمان بازیابی معکوس، می توان محتوای هارمونیک را در طول یکسوسازی کاهش داد. به عنوان مثال، استفاده از یک پل یکسو کننده با دیودهای بازیابی فوق سریع (زمان بازیابی معکوس<50ns) can reduce harmonic distortion by 15% and improve power quality compared to traditional diodes (reverse recovery time>200 ثانیه).

مزیت "پاسخ سریع" در حفاظت از اینورتر:
هنگامی که عناصر سوئیچینگ اینورتر خاموش می شوند، دیود به عنوان یک عنصر چرخ آزاد عمل می کند و یک مسیر چرخش آزاد برای جریان سلف فراهم می کند تا از جریان برگشتی و آسیب به عناصر سوئیچینگ جلوگیری کند. با در نظر گرفتن دیودهای کاربید سیلیکون (SiC) به عنوان مثال، زمان بازیابی معکوس آنها را می توان به 15 ثانیه کوتاه کرد، که 3-10 برابر سریعتر از دیودهای سیلیکون (50-200ns) است، که به طور قابل توجهی تلفات سوئیچینگ را کاهش می دهد و کارایی سیستم را بهبود می بخشد. پس از استفاده از دیودهای SiC در یک معکوس کننده قدرت باد خاص، راندمان سیستم از 96٪ به 98٪ افزایش یافت در حالی که حجم هیت سینک تا 40٪ کاهش یافت که به کاهش وزن کلی دستگاه کمک کرد.

3، سیستم ذخیره انرژی: پیشرفت تکنولوژیکی در تعادل تخلیه شارژ و حفاظت معکوس
مدیریت فعلی سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، به‌عنوان «بافر انرژی» انرژی توزیع‌شده، باید شارژ و تخلیه را با حفاظت معکوس متعادل کند. در طول فرآیند شارژ و دشارژ یک بسته باتری، اگر حالت‌های هر سلول باتری ناسازگار باشد (مانند تفاوت در ظرفیت و مقاومت داخلی)، می‌تواند منجر به شارژ یا تخلیه بیش از حد برخی از سلول‌ها، تسریع پیری و ایجاد خطرات ایمنی شود. در عین حال، اگر جریان معکوس به طور مؤثری در حین سوئیچینگ شبکه متصل یا خاموش سیستم ذخیره انرژی مسدود نشود، ممکن است به تجهیزات آسیب برساند و بر پایداری شبکه برق تأثیر بگذارد.

عملکرد تنظیم هوشمند دیود متعادل:
در سیستم مدیریت باتری، دیود متعادل کننده ولتاژ هر سلول باتری را نظارت می کند و به طور خودکار کانال بای پس سلول باتری ولتاژ بالا را در طول شارژ هدایت می کند تا از شارژ بیش از حد جلوگیری کند. برای جلوگیری از تخلیه بیش از حد، یک کانال تکمیلی برای سلول‌های ولتاژ پایین-در حین تخلیه ایجاد کنید. به عنوان مثال، پس از اتخاذ دیودهای متعادل کننده تطبیقی ​​در یک سیستم ذخیره انرژی باتری لیتیومی خاص، ثبات ظرفیت سلول تا 20٪ افزایش یافته و عمر چرخه 30٪ افزایش یافته است.

عملکرد "ایزوله یک طرفه" دیود حفاظت معکوس:
هنگامی که سیستم ذخیره انرژی به شبکه متصل است، دیود حفاظت معکوس می تواند از برگشت جریان خطا در سمت شبکه به سیستم ذخیره انرژی جلوگیری کند. هنگامی که خارج از شبکه کار می کند، می تواند تاثیر جریان معکوس را بر روی بسته باتری در سمت بار مسدود کند. پس از استفاده از دیودهای حفاظت معکوس در یک پروژه ریزشبکه خاص، نوسانات ولتاژ سیستم در حین سوئیچینگ شبکه برق/خاموش تا 50 درصد کاهش یافت و میزان شکست تا 60 درصد کاهش یافت.

4، ریزشبکه: پیوند نامرئی بین همکاری چند منبع- و همگام سازی شبکه
ریزشبکه‌ها به‌عنوان یک فرم کاربردی پیشرفته انرژی توزیع‌شده، برای دستیابی به همکاری چند منبع- و همگام‌سازی شبکه، به مدیریت فعلی نیاز دارند. در ریزشبکه ها، تفاوت های قابل توجهی در ویژگی های خروجی منابع مختلف انرژی مانند فتوولتائیک، نیروی باد و ذخیره انرژی وجود دارد. اگر به طور مؤثر هماهنگ نباشد، ممکن است منجر به مشکلاتی مانند درگیری‌های فعلی و نوسانات قدرت شود. در عین حال، همگام سازی ریزشبکه ها با شبکه اصلی باید شرایط سخت گیرانه ای مانند ولتاژ، فرکانس و فاز را داشته باشد، در غیر این صورت ممکن است باعث خرابی شبکه شود.

سهم "بهبود کارایی" دیودهای یکسو کننده سنکرون:
در مبدل‌های DC{0}DC ریزشبکه‌ها، فناوری یکسوسازی همزمان می‌تواند با جایگزینی دیودهای سنتی با MOSFET، تلفات هدایت را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. به عنوان مثال، پس از اتخاذ یک مبدل باک اصلاح همزمان، راندمان یک ریزشبکه از 85٪ به 95٪ افزایش یافت، در حالی که حجم هیت سینک ها را 30٪ کاهش داد و چگالی توان سیستم را بهبود بخشید.

عملکرد "هماهنگی سنکرون" دیودهای کنترل فاز:
در اینورتر متصل به شبکه ریزشبکه، دیود کنترل فاز به صورت دینامیکی فاز جریان خروجی اینورتر را با نظارت بر فاز ولتاژ شبکه تنظیم می کند و به همگام سازی با شبکه اصلی دست می یابد. پس از اتخاذ دیودهای کنترل شده فاز در یک پروژه ریزشبکه خاص، میزان موفقیت اتصال به شبکه از 90% به 98% افزایش یافت و زمان اتصال به شبکه از 0.5 ثانیه به 0.1 ثانیه کاهش یافت که به طور قابل توجهی پایداری سیستم را بهبود بخشید.