تفاوت بین دیودهای معمولی و دیودهای شاتکی مورد استفاده در سیستم های فتوولتائیک چیست؟

一، تفاوت اساسی بین ساختار فیزیکی و اصل کار
1. دیود معمولی: مکانیسم نوترکیبی حامل اتصال PN
دیودهای معمولی مبتنی بر ساختار اتصال PN هستند که توسط نیمه هادی های نوع P-و-نوع N{1}}تشکیل شده است و مکانیسم هدایت آنها بر تزریق و ترکیب مجدد حامل های اقلیت متکی است. هنگامی که بایاس رو به جلو باشد، حفره‌های ناحیه P با الکترون‌های ناحیه N در لایه تخلیه دوباره ترکیب می‌شوند تا یک جریان تشکیل دهند. هنگامی که بایاس معکوس می شود، عرض لایه تخلیه افزایش می یابد تا یک حالت مقاومت بالا ایجاد شود. این ساختار منجر به ویژگی های زیر در دیودهای معمولی می شود:

افت ولتاژ رو به جلو بالا: مقدار معمولی برای دیودهای مبتنی بر سیلیکون 0.6-0.7V است، در حالی که برای دیودهای مبتنی بر ژرمانیوم حدود 0.2-0.3V است.
زمان بازیابی معکوس طولانی: نوترکیب حامل چند میکروثانیه طول می کشد و منجر به تلفات سوئیچ می شود
پایداری دمایی قوی: مشخصه ضریب دمای منفی اتصال PN باعث می شود عملکرد آن در محدوده -40 درجه تا 150 درجه پایدار باشد.
2. دیود شاتکی: حمل و نقل اکثر حامل در سد نیمه هادی فلزی
دیودهای شاتکی ساختار سدی شاتکی را اتخاذ می کنند که توسط فلزات (مانند آلومینیوم و تیتانیوم) و نیمه هادی ها (سیلیکون یا کاربید سیلیکون) تشکیل شده است، و مکانیسم هدایت آنها بر اساس اثر انتشار گرمایی حامل های اکثریت (الکترون ها) است. هنگامی که بایاس به سمت جلو حرکت می کند، الکترون ها از سد پتانسیل عبور می کنند تا جریان ایجاد کنند. وقتی بایاس معکوس می شود، تنها چند حامل شارژ جریان نشتی میکرو آمپر تولید می کنند. این ساختار مزایای منحصر به فردی به آن می دهد:

کاهش فشار مثبت: مقدار معمولی 0.15-0.4V، بر اساس کاربید سیلیکون می تواند کمتر از 1V باشد.
زمان بازیابی معکوس کوتاه: پاسخ سطح نانوثانیه، بدون اثر ذخیره سازی حامل
ظرفیت اتصال کوچک: ویژگی‌های فرکانس{0} عالی عالی، مناسب برای برنامه‌های سوئیچ سطح مگاهرتز
2، مقایسه کمی عملکرد الکتریکی
1. کاهش رسانایی و بهبود بهره وری
در اینورترهای فتوولتائیک، از دست دادن هدایت دیودها به طور مستقیم بر راندمان سیستم تأثیر می گذارد. به عنوان مثال جریان خروجی 20 آمپر را در نظر بگیرید:

دیود سیلیکونی معمولی (VF{0}}V): تلفات=20A × 0.7V=14W
دیود شاتکی (VF=0.3V): تلفات=20A × 0.3V=6W
راندمان 57٪ افزایش یافته است و اندازه رادیاتور را می توان تا 40٪ کاهش داد. در اینورترهای رشته ای، استفاده از دیودهای شاتکی می تواند تولید برق سالانه را 2-3 درصد افزایش دهد.
2. ویژگی های سوئیچ و برنامه های{1}}با فرکانس بالا
در فرآیند تبدیل DC{0}}زمان بازیابی معکوس دیودهای شاتکی (<10ns) is reduced by two orders of magnitude compared to ordinary diodes (>1 میکروثانیه). این باعث می شود:

اجرای سوئیچینگ ولتاژ صفر (ZVS) در مدار یکسوسازی سنکرون
تداخل نویز EMI را کاهش دهید
فرکانس سوئیچینگ را به سطح مگاهرتز افزایش دهید و حجم اجزای مغناطیسی را کاهش دهید
3. جریان نشتی معکوس و خطر فرار حرارتی
The reverse leakage current of Schottky diodes (10-100 μ A) is 2-3 orders of magnitude higher than that of ordinary diodes (nA level). In high temperature environments (>85 درجه)، جریان نشتی به طور تصاعدی افزایش می یابد، که ممکن است باعث شود:

افزایش دمای جعبه اتصال بیش از 150 درجه است که باعث پیری مواد می شود
دور زدن دیود حرارتی، اجزای سوزاندن
راندمان تولید برق 0.5-1٪ در درجه کاهش می یابد
3، سازگاری فنی برای سناریوهای کاربردی معمولی
1. سناریوی حفاظت از دور زدن
در ماژول های فتوولتائیک، دیودهای بای پس باید شرایط زیر را برآورده کنند:

پاسخ سریع: هنگامی که قطعه مسدود می شود، پاسخ نانوثانیه دیود شاتکی می تواند بلافاصله جریان را منحرف کند و از تشکیل نقاط داغ جلوگیری کند.
مصرف برق کم: با در نظر گرفتن یک قطعه 300 وات به عنوان مثال، افت هدایت دیودهای شاتکی در مقایسه با دیودهای معمولی 80٪ کاهش می یابد و دمای جعبه اتصال 50 درجه کاهش می یابد.
چالش قابلیت اطمینان: برای اطمینان از اینکه گرمای تولید شده توسط جریان نشتی معکوس می تواند به موقع در یک محیط 90 درجه دفع شود، لازم است آزمون فرار حرارتی IEC62979 را پشت سر بگذارید.
2. سناریوی یکسوسازی اینورتر
در اینورترهای رشته ای از دیودهای شاتکی برای موارد زیر استفاده می شود:

ورودی ضد جریان برگشتی: از تغذیه قطعات برق به شبکه در شب جلوگیری می کند
ادامه مدار تقویت: تبدیل انرژی کارآمد با ماسفت
تصحیح خروجی: جایگزینی دیودهای بازیابی سریع سنتی در توپولوژی بدون ترانسفورماتور، افزایش راندمان 1.5-2٪
3. سناریوی بهینه ساز هوشمند
در بهینه سازهای DC{0}DC، دیودهای شاتکی در ارتباط با ماسفت ها کار می کنند:

افت ولتاژ رسانایی کم: در جریان 30 آمپر، ترکیبی از ماسفت 2 متر Ω و دیود شاتکی را می توان برای کنترل دمای اتصال در 125 درجه استفاده کرد.
بهینه سازی صدا: در مقایسه با چندین دیود شاتکی متصل به موازات، طرح ماسفت سطح PCB را 30% کاهش می دهد.
تعادل هزینه: اگرچه هزینه یک لوله 20% افزایش می یابد، هزینه BOM سطح سیستم تا 15% کاهش می یابد.
4، اثربخشی هزینه و استراتژی انتخاب
1. مقایسه سرمایه گذاری اولیه
دیود معمولی: قیمت واحد
0.05−
0.2، مناسب برای ولتاژ پایین (<60V) and low current (<10A) scenarios
دیود شاتکی: قیمت واحد
0.2−
1.0, suitable for medium to high voltage (40-200V) and high current (>10 الف) سناریوها
راه حل ایده آل دیود: استفاده از ماسفت + کنترلر، قیمت واحد
1.5−
3.0، اما بهبود کارایی سیستم می تواند افزایش هزینه را جبران کند
2. هزینه چرخه عمر کامل
یک نیروگاه فتوولتائیک 100 کیلوواتی را به عنوان مثال در نظر بگیرید:

دیود معمولی: مصرف برق سالانه
1200 هزینه نگهداری
پانصد
دیود شاتکی: مصرف برق سالانه
480، هزینه نگهداری
دویست
کل هزینه 5 ساله: طرح معمولی
طرح شاتکی 8500vs
سه هزار و چهارصد
3. ماتریس تصمیم گیری انتخاب
پارامتر دیود معمولی دیود شاتکی طرح دیود ایده آل
ولتاژ کاری<60V 40-200V 40-1000V
جریان کار<10A>10A>30A
نیاز کارایی<95% 95-98%>98%
محدوده دمایی -40 درجه تا 150 درجه -40 درجه تا 125 درجه -40 درجه تا 105 درجه
حساسیت به هزینه بالا، متوسط ​​و کم است