هنگام انتخاب دیودهای خورشیدی باید روی چه پارامترهایی تمرکز کرد؟

一، پارامترهای عملکرد الکتریکی: شاخص های اصلی که کارایی انرژی و ایمنی سیستم را تعیین می کنند
1. افت ولتاژ رو به جلو (Vf) و افت هدایت
افت ولتاژ رو به جلو به افت ولتاژ یک دیود در طول هدایت به جلو اشاره دارد که مستقیماً بر راندمان تبدیل انرژی یک سیستم فتوولتائیک تأثیر می گذارد. با در نظر گرفتن آرایه فتوولتائیک 1000 وات به عنوان مثال، اگر از یک دیود با Vf=0.5V استفاده شود، تلفات هدایت 5 وات است (0.5٪ از توان خروجی را به خود اختصاص می دهد). اگر مدل فوق-کم تلفات با Vf=0.3V انتخاب شود، تلفات را می توان به 3 وات کاهش داد، و صرفه جویی در انرژی سالانه می تواند از 20 کیلووات ساعت تجاوز کند (محاسبه شده بر اساس میانگین تولید برق روزانه 5 ساعت).

روندهای صنعت:

دیودهای کاربید سیلیکون (SiC) با ویژگی های Vf پایین (0.2{1}}0.3V) به تدریج جایگزین دیودهای سنتی مبتنی بر سیلیکون می شوند و به طور گسترده در نیروگاه های بزرگ زمینی استفاده می شوند.
بر اساس داده‌های یک سازنده اینورتر فتوولتائیک خاص، استفاده از دیودهای SiC باعث افزایش راندمان سیستم تا 0.8٪ و کاهش LCOE (هزینه یکسان شده برق) تا 3.2٪ شد.
2. زمان بازیابی معکوس (Trr) و از دست دادن فرکانس بالا-
در کنترل MPPT (ردیابی نقطه حداکثر توان) آرایه های فتوولتائیک، دیودها باید به طور مکرر حالت روشن/خاموش را تغییر دهند. زمان بازیابی معکوس طولانی می تواند منجر به افزایش قابل توجه تلفات سوئیچ و حتی ایجاد تداخل الکترومغناطیسی (EMI) شود. برای مثال، در فرکانس سوئیچینگ 10 کیلوهرتز، افت دیود Trr=100ns 40% بیشتر از مدل Trr=50ns است.

پیشنهاد انتخاب:

اولویت باید به دیودهای بازیابی سریع (FRD) یا دیودهای بازیابی فوق سریع (SRD) با Trr کمتر یا مساوی 50 ثانیه داده شود، به ویژه برای کاربردهای فرکانس بالا مانند اینورترهای رشته ای مناسب است.
مطالعه موردی یک نیروگاه فتوولتائیک 50 مگاواتی نشان می‌دهد که با بهینه‌سازی پارامترهای Trr دیود، می‌توان تولید برق سالانه سیستم را 1.2 درصد افزایش داد که معادل کاهش انتشار کربن به میزان 800 تن است.
3. ولتاژ شکست معکوس (Vbr) و حاشیه ایمنی
ولتاژ شکست معکوس حداکثر ولتاژ معکوسی است که یک دیود می تواند تحمل کند، که باید از ولتاژ مدار باز (Voc) آرایه فتوولتائیک بیشتر باشد و یک حاشیه ایمنی باقی بگذارد. برای مثال، برای آرایه‌ای با Voc{1}}V، دیودهایی با Vbr بزرگتر یا مساوی 800 ولت باید انتخاب شوند تا با شرایط عملیاتی شدید مانند نوسانات ولتاژ و برخورد صاعقه مقابله کنند.

استانداردهای صنعتی:

استاندارد IEC 62109 ایجاب می کند که دیود Vbr باید بزرگتر یا مساوی 1.25 برابر آرایه Voc باشد و باید یک تست چرخه دما از -40 درجه تا+85 درجه را پشت سر بگذارد.
به دلیل استفاده از دیودهایی با Vbr ناکافی در یک پروژه فتوولتائیک توزیع شده، 30 درصد از قطعات پس از برخورد صاعقه آسیب دیدند که منجر به خسارات اقتصادی مستقیم بیش از 500000 یوان شد.
4. جریان نامی (If) و طراحی حرارتی
جریان نامی باید حداکثر جریان خروجی آرایه فتوولتائیک را پوشش دهد و ضریب کاهش دما را در نظر بگیرد. به عنوان مثال، در یک محیط 50 درجه، جریان نامی یک دیود باید 20٪ -30٪ در مقایسه با 25 درجه کاهش یابد. علاوه بر این، عملکرد اتلاف گرما باید از طریق پارامتر مقاومت حرارتی (R θ JA) ارزیابی شود تا از تخریب عملکرد ناشی از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.

طرح مدیریت حرارتی:

با استفاده از بسترهای مسی یا سینک های حرارتی برای کاهش مقاومت حرارتی، یک سیستم فتوولتائیک خانگی طراحی اتلاف حرارت خود را بهینه کرد و دمای محل اتصال دیود را 15 درجه کاهش داد و طول عمر آن را تا سه برابر افزایش داد.
توصیه می شود دیودهای نصب سطحی با R θ JA کمتر یا مساوی 10 درجه / وات را انتخاب کنید که برای سناریوهای میکرو اینورتر با فضای محدود مناسب هستند.
2، پارامترهای سازگاری محیطی: یک "سپر محافظ" برای مقابله با شرایط کاری شدید
1. محدوده دمای کاری (Tj)
سیستم‌های فتوولتائیک اغلب با محدوده دمایی شدید از -40 درجه تا{1} درجه مواجه هستند و دیودها باید عملکرد پایدار را در این محدوده حفظ کنند. به عنوان مثال، داده‌های اندازه‌گیری شده از یک نیروگاه فتوولتائیک بیابانی نشان می‌دهد که دیودهای سنتی Vf را 15% در دماهای بالا افزایش می‌دهند که منجر به اتلاف سالانه 2.1% در تولید برق می‌شود. تلفات مدل‌های بازه دمای وسیع (55- درجه تا{6}} درجه) تنها 0.3 درصد است.

نوآوری مواد:

دیودهای نیترید گالیوم (GaN) به دلیل ویژگی‌های باند گپ بالا، یک انتخاب ایده‌آل برای کاربردهای{0}در دمای بالا هستند. پس از استفاده از دیودهای GaN در یک سیستم فتوولتائیک نصب شده روی خودرو، راندمان در 60 درجه 5 درصد افزایش یافت.
2. مقاومت در برابر تشعشع (TID)
برای کاربردهای فتوولتائیک فضایی یا{0}}در ارتفاع بالا، دیودها باید توانایی مقاومت در برابر تشعشعات دوز یونیزه کل (TID) را داشته باشند. به عنوان مثال، دیودهای درجه هوافضا باید آزمایش تشعشع 100 کراد (Si) را پشت سر بگذارند تا اطمینان حاصل شود که عملکرد آنها در طی 10 سال در محیط فضا کاهش نمی یابد.

پسوند برنامه زمینی:

نیروگاه فتوولتائیک Qinghai Tibet Plateau با انتخاب مدل‌های مقاوم در برابر تشعشع، نرخ تضعیف ماژول را از 0.8٪ در سال به 0.3٪ در سال کاهش داده است و در طول چرخه عمر 25 ساله خود، 12٪ الکتریسیته اضافی تولید می کند.
3. سطح حفاظت (IP)
دیودهای نصب شده در فضای باز باید ضد گرد و غبار و ضد آب باشند و IP65 و بالاتر می تواند در برابر طوفان باران، شن و گرد و غبار و سایر محیط های خشن مقاومت کند. مطالعه موردی یک نیروگاه فتوولتائیک ساحلی نشان می‌دهد که دیودهای IP67 دارای نرخ عبور 100٪ در آزمایش اسپری نمک هستند، در حالی که دیودهای IP65 دارای نرخ شکست 15٪ هستند.

3، شاخص قابلیت اطمینان: عامل کلیدی تعیین کننده هزینه چرخه عمر یک سیستم
1. نرخ شکست (FIT) و MTBF
شکست در زمان (FIT) به تعداد خرابی هایی اشاره دارد که هر 1 میلیارد ساعت اتفاق می افتد و MTBF (میانگین زمان بین شکست ها) متقابل آن است. به عنوان مثال، یک دیود با FIT{2}} دارای MTBF 100000 ساعت (تقریباً 11.4 سال) است که بسیار بالاتر از طول عمر طراحی 25 ساله برای سیستم های فتوولتائیک است.

داده های صنعت:

بر اساس آمار یک سازنده خاص، سیستم های فتوولتائیک با استفاده از دیودهای درجه یک خودرو دارای نرخ خرابی تنها 0.2٪ در عرض 5 سال هستند، در حالی که مدل های معمولی درجه صنعتی دارای نرخ خرابی 3.5٪ هستند.
2. سطح حفاظت ESD
تخلیه الکترواستاتیک بدن انسان (ESD) ممکن است به دیودها آسیب برساند، بنابراین لازم است مدلی انتخاب شود که HBM (مدل بدن انسان) بیشتر یا مساوی 8 کیلو ولت و CDM (مدل شارژ دستگاه) بیشتر یا مساوی نیازهای 2 کیلو ولت را داشته باشد. بر اساس آزمایش واقعی در خط تولید ماژول فتوولتائیک، میزان نقص دیودهای بدون حفاظت ESD به 5٪ رسید، در حالی که مدل حفاظتی تنها 0.1٪ بود.

3. صدور گواهینامه و انطباق با استانداردها
برای اطمینان از انطباق با مقررات ایمنی مانند IEC 62109 و IEC 61730، اولویت باید به محصولاتی داده شود که گواهینامه های بین المللی مانند UL، T Ü V، CE و غیره را دریافت کرده اند.

4، تجزیه و تحلیل سود هزینه: "قاعده طلایی" برای متعادل کردن عملکرد و سرمایه گذاری
1. هزینه تدارکات اولیه در مقابل هزینه چرخه عمر کامل
اگرچه قیمت واحد دیودهای SiC 3-5 برابر مدل‌های مبتنی بر سیلیکون است، بهبود بازده انرژی آنها می‌تواند هزینه‌های اضافی را جبران کند. به عنوان مثال، پس از استفاده از دیودهای SiC در یک نیروگاه 100 مگاواتی، سرمایه گذاری اولیه 8 میلیون یوان افزایش یافت، اما در هزینه برق 120 میلیون یوان در یک چرخه عمر 25 ساله صرفه جویی شد و IRR (نرخ بازگشت داخلی) 2.3 واحد درصد افزایش یافت.

2. تعادل بین استانداردسازی و سفارشی سازی
محصولات استاندارد می‌توانند هزینه‌های خرید و موجودی را کاهش دهند، اما مدل‌های سفارشی‌شده بهتر می‌توانند با نیازهای سناریوی خاص مطابقت داشته باشند. به عنوان مثال، یک تولید کننده میکرو اینورتر معین با سفارشی سازی دیودهای کم مشخصات و فشرده سازی ضخامت محصول از 8 میلی متر به 3 میلی متر، با موفقیت وارد بازار ژاپن با فضای محدود شد.

3. ثبات زنجیره تامین
تامین کنندگانی را با ظرفیت تولید کافی و چرخه های تحویل کوتاه انتخاب کنید تا از تاخیرهای پروژه ناشی از کمبود موجودی جلوگیری کنید. یک شرکت جهانی فتوولتائیک TOP5 چرخه تحویل را از 12 هفته به 4 هفته کوتاه کرده و با ایجاد یک توافقنامه استراتژیک موجودی با تولید کنندگان دیود، استفاده از ظرفیت سالانه را 15 درصد افزایش داده است.

5، مورد صنعت: حکمت عملی در انتخاب پارامتر
مورد 1: "کمپین دمای بالا" برای نیروگاه های فتوولتائیک بیابانی
یک نیروگاه برق بیابانی 500 مگاواتی در خاورمیانه با چالش دمای بالای 60 درجه روبروست. دیودهای مبتنی بر{3} سیلیکون سنتی افزایش Vf و افزایش Trr را در دماهای بالا تجربه می‌کنند که منجر به کاهش 1.8 درصدی راندمان سیستم می‌شود. با تغییر به دیودهای GaN (Vf=0.25V، Trr=30ns)، راندمان به 98.5% بهبود یافت و تولید برق سالانه 28 میلیون کیلووات ساعت افزایش یافت.

مورد 2: "انقلاب ضد خوردگی" فتوولتائیک های فراساحلی
پروژه فتوولتائیک دریایی جیانگ سو رودونگ از دیودهای سطح حفاظت IP68، همراه با فناوری پوشش نانو، برای دستیابی به نرخ شکست صفر ظرف 5 سال در محیطی با غلظت اسپری نمک بیش از 5 برابر سطح معمولی استفاده می کند، در حالی که مدل سنتی دارای نرخ شکست سالانه 8٪ است.

مورد 3: بهینه سازی هزینه فتوولتائیک خانگی
سیستم فتوولتائیک یک خانواده خاص از دیودهای سطحی با Vf=0.3V و R θ JA=8 درجه / W استفاده می‌کند تا هزینه‌های اتلاف گرما را تا ۳۰ درصد کاهش دهد و در عین حال کارایی را حفظ کند و دوره بازپرداخت سرمایه‌گذاری سیستم را به ۶ سال کاهش دهد.