دیود ضد معکوس در سیستم انرژی خورشیدی چیست؟

一، عملکرد اصلی دیود ضد معکوس: یک "دریچه ایمنی" برای کنترل جریان یک طرفه
1. از تخلیه معکوس باتری جلوگیری کنید
هنگامی که آرایه سلول خورشیدی تولید برق را در شرایط بارانی، شبانه یا معیوب متوقف می کند، ولتاژ بسته باتری ممکن است بیشتر از ولتاژ آرایه باتری باشد و باعث شود جریان به پنل خورشیدی برگردد. دیودهای ضد معکوس به صورت سری در یک مدار متصل می شوند و از رسانایی یک جهته خود استفاده می کنند تا فقط جریان را از برد باتری به باتری بپیچد و جریان معکوس را مسدود کند. به عنوان مثال، در یک سیستم فتوولتائیک مستقل، اگر دیودهای ضد معکوس نصب نشده باشند، بسته باتری ممکن است از طریق پنل خورشیدی به تخلیه خود ادامه دهد، نه تنها باعث اتلاف انرژی می شود، بلکه باعث گرم شدن یا حتی سوختن پنل خورشیدی در اثر اضافه بار فعلی می شود و عمر تجهیزات را کوتاه می کند.
2. سرکوب جریان برگشتی بین شاخه های آرایه
در نیروگاه های فتوولتائیک بزرگ، آرایه باتری معمولا از چندین شاخه موازی تشکیل شده است. به دلیل تفاوت در شدت روشنایی و عملکرد اجزا در میان شاخه های مختلف، ولتاژ خروجی ممکن است سازگار نباشد. جریان از-شاخه ولتاژ بالا ممکن است به شاخه- ولتاژ پایین برگردد و باعث کاهش ولتاژ کلی خروجی شود و حتی باعث ایجاد "اثر نقطه داغ" شود - اجزایی که تحت تأثیر جریان برگشتی قرار می‌گیرند ممکن است به دلیل گرمای بیش از حد موضعی آسیب ببینند. دیودهای ضد معکوس به صورت سری در هر شاخه متصل می شوند تا اطمینان حاصل شود که جریان فقط از انتهای ولتاژ بالا به انتهای ولتاژ پایین جریان می یابد و از تداخل متقابل بین شاخه ها جلوگیری می کند. به عنوان مثال، یک نیروگاه فتوولتائیک 10 مگاواتی با نصب دیودهای ضد معکوس در هر شاخه، بازده سیستم را 3 درصد و تولید برق سالانه را تقریباً 300000 کیلووات ساعت افزایش داد.
3. حفاظت دور زدن و جلوگیری از فرار حرارتی
هنگامی که اجزای باتری سایه می اندازند یا عملکرد نادرست دارند، ولتاژ خروجی آنها ممکن است به شدت کاهش یابد و به یک "بار" در مدار تبدیل شود. در این مرحله، دیودهای بای پس به صورت موازی در هر دو انتهای قطعه متصل می‌شوند، قطعه معیوب را اتصال کوتاه می‌کنند و اجازه می‌دهند جریان در اطراف قطعه به جریان بیفتد و از آسیب به سایر اجزای عادی به دلیل اضافه ولتاژ جلوگیری شود. به عنوان مثال، در نیروگاه های فتوولتائیک در مناطق بیابانی، پوشش ماسه و گرد و غبار ممکن است باعث کاهش راندمان تولید برق برخی از قطعات شود. دیودهای بای پس می توانند به سرعت اجزای معیوب را ایزوله کنند و از انتشار جریان حرارتی به کل آرایه جلوگیری کنند.
2، معیارهای انتخاب برای دیودهای ضد معکوس: هنر متعادل کردن عملکرد و هزینه
1. تطبیق پارامترهای کلیدی
حداکثر جریان رو به جلو (IF): باید از حداکثر جریان عملیاتی سیستم بیشتر باشد. به عنوان مثال، در یک سیستم فتوولتائیک 100 کیلووات، اگر حداکثر جریان عملیاتی 200 آمپر باشد، دیودهایی با IF بزرگتر یا مساوی 250 آمپر باید برای رزرو حاشیه ایمنی انتخاب شوند.
ولتاژ پیک معکوس (VRRM): باید بیشتر از حداکثر ولتاژ معکوس سیستم باشد. در مناطق مرتفع-به دلیل شدت نور زیاد خورشید، ولتاژ مدار باز پنل خورشیدی ممکن است به بیش از 1000 ولت برسد. در این زمان، دیودهایی با VRRM بزرگتر یا مساوی 1200 ولت باید انتخاب شوند.
افت ولتاژ مثبت (VF): به طور مستقیم بر راندمان سیستم تأثیر می گذارد. VF دیودهای یکسو کننده سیلیکونی سنتی حدود 0.7 ولت است، در حالی که VF دیودهای شاتکی می تواند تا 0.3 ولت باشد. در نیروگاه های بزرگ با استفاده از دیودهای شاتکی می توان تلفات خطوط را به میزان قابل توجهی کاهش داد و تولید برق را افزایش داد.
2. بهینه سازی مصالح و سازه
دیود بازیابی سریع (FRD): مناسب برای مدارهای سوئیچینگ فرکانس بالا، زمان بازیابی معکوس آن (trr) تنها چند ده نانوثانیه طول می کشد، که می تواند تلفات سوئیچینگ را کاهش دهد. در اینورترهای فتوولتائیک متصل به شبکه، FRD می تواند راندمان تبدیل را تا بیش از 98٪ بهبود بخشد.
دیودهای کاربید سیلیکون (SiC): با مقاومت در برابر ولتاژ بالا، تلفات کم و مقاومت در برابر دمای بالا مشخص می شوند. در محیط‌های صحرایی با دمای بالا، دمای محل اتصال دیودهای SiC می‌تواند به 175 درجه برسد که 50 درصد بیشتر از دیودهای سیلیکونی سنتی است و به طور قابل توجهی عمر تجهیزات را افزایش می‌دهد.
طراحی مدولار: ادغام چندین دیود در یک بسته می تواند طرح مداری را ساده کرده و اندوکتانس انگلی را کاهش دهد. به عنوان مثال، ماژول دیود MDK250A1600V که توسط یک برند خاص راه اندازی شده است، 40 درصد کاهش حجم نسبت به قطعات گسسته و 30 درصد افزایش راندمان نصب دارد.
3، سناریوی کاربردی معمولی: پوشش کامل از بخش های خانگی تا صنعتی و تجاری
1. سیستم فتوولتائیک خانگی
در سیستم های فتوولتائیک سقفی کوچک، دیودهای ضد معکوس معمولاً در داخل کنترلر فتوولتائیک یکپارچه می شوند. به عنوان مثال، یک برند خاص از کنترل کننده های خانگی 5 کیلوواتی از دیودهای شاتکی استفاده می کند که ویژگی های VF پایین آنها راندمان سیستم را 1.5٪ افزایش می دهد و تولید برق سالانه را حدود 200 درجه افزایش می دهد. در عین حال، عملکرد داخلی کنترل کننده در برابر اضافه ولتاژ{5} می تواند از خراب شدن دیود به دلیل ولتاژ معکوس بالا جلوگیری کند و دوره گارانتی را تا 5 سال افزایش دهد.
2. نیروگاه های فتوولتائیک صنعتی و تجاری
در نیروگاه های زمینی بزرگ، دیودهای ضد معکوس به طور گسترده در تجهیزات کلیدی مانند جعبه های ترکیبی و اینورتر استفاده می شود. به عنوان مثال، یک نیروگاه فتوولتائیک 20 مگاواتی از جعبه ترکیبی با ماژول‌های دیود یکپارچه استفاده می‌کند که دارای سطح حفاظت IP67 است که می‌تواند در محیط‌های خشن مانند شن و ماسه و پاشش نمک مقاومت کند و نسبت به طرح‌های سنتی کاهش 60 درصدی در میزان شکست دارد. علاوه بر این، با نظارت بر دمای دیود در زمان واقعی، سیستم می‌تواند هشدارهای اولیه در مورد خطاهای احتمالی ارائه دهد و از خاموش شدن‌های برنامه‌ریزی نشده جلوگیری کند.
3. کاربردهای محیطی ویژه
در مناطق بسیار سرد (مانند دایره قطب شمال)، دمای پایین ممکن است باعث افزایش VF دیود شود و کارایی سیستم را تحت تاثیر قرار دهد. دیود شاتکی با دمای پایین- که توسط یک مارک خاص توسعه یافته است تنها VF را 0.05 ولت در محیط 40 درجه افزایش می دهد و عملکرد پایدار سیستم را در شرایط شدید تضمین می کند. در سکوهای فتوولتائیک دریایی، ماژول‌های دیود با پوشش‌های ضد خوردگی می‌توانند در برابر خوردگی آب دریا مقاومت کنند و عمری بیش از 25 سال دارند.
4، استانداردهای صنعت و روندهای آینده: تکرار فناوری باعث ارتقای امنیت می شود
1. استانداردهای ملی و الزامات صدور گواهینامه
"کد طراحی برای نیروگاه های فتوولتائیک" چین (GB 50797-2012) به وضوح تصریح می کند که جریان نامی دیودهای ضد معکوس نباید کمتر از 1.25 برابر حداکثر جریان عملیاتی سیستم باشد و ولتاژ نامی نباید کمتر از 1.5 برابر حداکثر ولتاژ سیستم باشد. علاوه بر این، برای اطمینان از انطباق با استانداردهای اجباری مانند ایمنی و حفاظت از محیط زیست، محصول باید گواهینامه های بین المللی مانند T Ü V و UL را دریافت کند.
2. روند در هوش و ادغام
در آینده، دیودهای ضد معکوس به سمت هوشمندی و یکپارچگی توسعه خواهند یافت. برای مثال، با تعبیه سنسورهای دما و ماژول‌های ارتباطی، دیودها می‌توانند وضعیت کار خود را در زمان واقعی{1}}در فضای ابری آپلود کنند و امکان نظارت از راه دور و تشخیص خطا را فراهم می‌کنند. در عین حال، طراحی یکپارچه با دستگاه های قدرت مانند MOSFET و IGBT می تواند اندازه تجهیزات و هزینه های سیستم را کاهش دهد.
3. پیشرفت در مواد و فرآیندهای جدید
با بلوغ مواد نیمه هادی نسل سوم، انتظار می رود دیودهای نیترید گالیوم (GaN) به طور گسترده در زمینه فتوولتائیک استفاده شوند. زمان بازیابی معکوس آن را می توان به کمتر از 10 نانوثانیه کاهش داد و اتلاف سوئیچینگ در مقایسه با دیودهای SiC 30 درصد کاهش می یابد و پشتیبانی کلیدی را برای اینورترهای فتوولتائیک کارآمد فراهم می کند.