چگونه دیودهای مناسب برای اینورترهای فتوولتائیک را انتخاب کنیم؟

一، نقش اصلی دیودها در اینورترهای فتوولتائیک
اینورترهای فتوولتائیک عمدتاً از مدارهای تقویت کننده، پل های اینورتر و مدارهای فیلتر تشکیل شده اند. عملکرد دیودها را می توان به سه دسته طبقه بندی کرد:
حفاظت ضد جریان برگشتی: در مدار تقویت کننده، دیودها و سلف ها برای جلوگیری از آسیب جریان برگشتی به لوله سوئیچ همکاری می کنند. به عنوان مثال، در مدار تقویت بوست، دیود بازیابی سریع باید ولتاژ 400 ولت و جریان 11 آمپر را تحمل کند تا از انتقال انرژی یک طرفه اطمینان حاصل شود.
پیشگیری و کنترل نقطه داغ: در یک اینورتر رشته ای، دیود بای پس موازی معکوس با رشته باتری متصل می شود. هنگامی که باتری خاصی مسدود می شود، دیود به اتصال کوتاه-باطری معیوب هدایت می شود و از مصرف انرژی توسط نقاط داغ جلوگیری می کند. داده‌های آزمایشی یک قطعه 280 واتی نشان می‌دهد که پس از پیکربندی یک دیود بای‌پس، دما در ناحیه نقطه داغ از 185 درجه به 65 درجه کاهش یافت و افت راندمان از 32٪ به 5٪ کاهش یافت.
چرخش آزاد پل اینورتر: در مدار اینورتر پل کامل، دیود چرخ آزاد یک مسیر آزاد برای جریان سلف فراهم می کند تا از آسیب دیدن ترانزیستور سوئیچینگ به دلیل افزایش ولتاژ جلوگیری کند. یک میکرو اینورتر خاص از دیود بازیابی سریع HER108 (زمان بازیابی 75 ثانیه) استفاده می کند که تلفات سوئیچینگ را تا 40 درصد کاهش می دهد.
2، هفت پارامتر اصلی برای انتخاب دیود
1. ولتاژ نامی (VRRM)
لازم است یک حاشیه 1.5-2 برابر حداکثر ولتاژ معکوس سیستم فتوولتائیک برآورده شود. با در نظر گرفتن 60 ماژول باتری به عنوان مثال، ولتاژ مدار باز (Voc) حدود 40 ولت است. با در نظر گرفتن ضریب دما (-0.38٪ / درجه) و تعداد اتصالات سری، حداکثر ولتاژ معکوس در ورودی اینورتر می تواند به 600 ولت برسد. بنابراین، دیودهایی با VRRM بزرگتر یا مساوی 800 ولت باید انتخاب شوند، مانند IDH10G120C5S (1200V/10A) Infineon.
2. جریان نامی (IF)
انتخاب باید بر اساس 1.2-1.5 برابر حداکثر جریان عملیاتی سیستم فتوولتائیک باشد. با در نظر گرفتن یک جزء 250 وات، جریان اتصال کوتاه (Isc) 8.5 آمپر است. پس از در نظر گرفتن حاشیه، دیودی با IF بزرگتر یا مساوی 12.75 آمپر باید انتخاب شود. یک میکرو اینورتر خاص از ماسفت STF20NM60D با دیود داخلی (IF{11}}A) استفاده می‌کند و آزمایش اضافه بار 200٪ را با موفقیت پشت سر می‌گذارد.
3. افت ولتاژ مثبت (VF)
به ازای هر کاهش 0.1 ولت در VF، راندمان قطعات 0.3٪ افزایش می یابد. استفاده از مواد نیمه هادی نسل سوم به طور قابل توجهی VF را کاهش می دهد:
دیود سیلیکون: VF ≈ 0.7 ولت (مانند 1N4007)
دیود بازیابی فوق سریع: VF ≈ 0.55 ولت (مانند MUR860)
دیود شاتکی کاربید سیلیکون (SiC): VF ≈ 0.35V (مانند C3D08060A)
پس از استفاده از دیودهای SiC در یک اینورتر متمرکز 500 کیلووات، تولید برق سالانه 2.1 درصد افزایش یافت که معادل 10500 کیلووات ساعت تولید برق اضافی در سال است.
4. زمان بازیابی معکوس (trr)
در برنامه‌های سوئیچ فرکانس بالا، TRR مستقیماً بر کارایی سیستم تأثیر می‌گذارد. دیودهای سیلیکونی سنتی می توانند به TRR چند صد نانوثانیه دست یابند، در حالی که دیودهای SiC می توانند آن را به کمتر از 10 ثانیه کوتاه کنند. داده‌های آزمایشی یک اینورتر سری مشخص نشان می‌دهد که جایگزینی دیودهای بازیابی سریع با دیودهای SiC، تلفات سوئیچینگ را تا 65 درصد کاهش می‌دهد و راندمان سیستم را تا 0.8 درصد بهبود می‌بخشد.
5. مقاومت حرارتی (Rth)
مقاومت حرارتی قابلیت اتلاف گرما را منعکس می کند و به طور مستقیم بر طول عمر دستگاه تأثیر می گذارد. یک اینورتر 20 کیلوواتی از دیودهای SiC بسته بندی شده در TO-247 (Rth{3}} درجه / W) استفاده می کند که دمای اتصال را تا 40 درجه کاهش می دهد و طول عمر مورد انتظار را تا سه برابر در مقایسه با دیودهای سیلیکونی بسته بندی شده در TO-220 (Rth=1.2 درجه / W) افزایش می دهد.
6. دمای کاری (Tj)
سیستم های فتوولتائیک اغلب با محیط های شدید از -40 درجه تا 85 درجه روبرو هستند. دمای اتصال کار دیودهای SiC می تواند به 200 درجه برسد، در حالی که دیودهای سیلیکونی معمولاً به 150 درجه محدود می شوند. پس از اتخاذ دیودهای دمای اتصال گسترده، نرخ شکست یک نیروگاه فتوولتائیک بیابانی از 0.8٪ در سال به 0.2٪ در سال کاهش یافت.
7. فرم بسته بندی
بر اساس فضای نصب و الزامات اتلاف گرما انتخاب کنید:
سیستم های توزیع شده کوچک: محصورسازی SMB/SMD (مانند SS14)
اینورتر رشته: پکیج TO-220/TO-247
اینورتر متمرکز: بسته بندی ماژول D2PAK/IPM
3، تمرین صنعت و موارد معمولی
1. راه حل فتوولتائیک هوشمند هوآوی
اینورتر Huawei SUN2000{1}}50KTL از یک ماژول هیبریدی SiC خود توسعه یافته استفاده می کند که دیودهای SiC 6 1200V/20A را یکپارچه می کند. داده های آزمایش واقعی نشان می دهد که:
حداکثر بازده 98.65%
راندمان اروپایی 98.4%
تضعیف برق 10 ساله<2%
این طرح برای نیروگاه فتوولتائیک 300 مگاواتی در Talatan، Qinghai، با PR (نسبت عملکرد) سیستم 84.7٪ اعمال شده است.
2. اینورتر رشته منبع تغذیه Sunshine
اینورتر SG125HV از فناوری "توپولوژی سه سطح + دیود SiC" با پارامترهای کلیدی زیر استفاده می کند:
محدوده ولتاژ ورودی: 500-1500 ولت
حداکثر راندمان 99%
کانال های MPPT: 12 کانال
پیکربندی دیود: هر MPPT مجهز به دیودهای بازیابی فوق سریع 2 600V/15A است.
این محصول دارای گواهی T Ü V Rheinland IEC 62109 بوده و به مدت 3 سال در یک نیروگاه 200 مگاواتی در برزیل بدون هیچ گونه سابقه خرابی دیود کار کرده است.
3. گوریوات میکرو اینورتر
میکرو اینورتر MID 1500-2000TL3-X از طراحی یکپارچه استفاده می کند:
چگالی توان: 1.2 کیلووات بر لیتر
پیکربندی دیود: 4 60دیودهای شاتکی V/10A (اندازه بسته SOD-123FL)
سطح حفاظت: IP67
این محصول دارای گواهینامه UL1741 بوده و به مدت 5 سال در یک پروژه پشت بام مسکونی در کالیفرنیا، ایالات متحده آمریکا با میزان خرابی دیود مورد بهره برداری قرار گرفته است.<0.01%.
4، تصورات غلط و راه حل در انتخاب
1. تصور غلط 1: نادیده گرفتن تأثیر ضریب دما
یک سازنده معکوس معین از دیودهای معمولی در پروژه‌های{0}}ارتفاع بالا استفاده می‌کند که منجر به دمای بیش از حد اتصال در تابستان می‌شود. راه حل:
دستگاه هایی با دمای گسترده با Tj بزرگتر یا مساوی 175 درجه انتخاب کنید
استفاده از شبیه سازی حرارتی برای بهینه سازی طراحی اتلاف حرارت
نظارت بر دما و حفاظت از کاهش دما را افزایش دهید
2. تصور غلط 2: پیگیری بیش از حد هزینه کم
یک پروژه توزیع شده خاص از دیودهای غیرخودرویی استفاده می کرد که منجر به نرخ شکست 15٪ در عرض 3 سال شد. راه حل:
دستگاه‌های دارای گواهی AEC{0}}Q101 را در اولویت قرار دهید
از تامین کنندگان بخواهید که رویه های تایید قطعه تولید PPAP را ارائه کنند
بازرسی 100% اشعه ایکس-مواد ورودی را اجرا کنید
3. تصور نادرست 3: نادیده گرفتن طرح انحرافی
یک اینورتر متمرکز در حین کار با بار کامل، گرمای بیش از حد دیود و آسیب دیدگی را تجربه کرد. راه حل:
طبق استاندارد IEC 60146-1-1 برای طراحی درجه بندی:
کاهش ولتاژ: 70% VRRM
درجه بندی فعلی: 60% IF
کاهش قدرت: 50% PDM