Hogyan akadályozzák meg a diódák a napelemek éjszakai kisülését?

1, Műszaki elv: Energiagát egyirányú vezetőképességű építése
A dióda magjellemzője az egyirányú vezetőképesség -, csak az anódról (A) a katódra (K) enged áramot, és fordított feszültség mellett nagy ellenállást mutat. Ez a jellemző két kulcsfontosságú védelmet jelent a napenergia rendszerekben:
Fordított töltésgátló (blokkoló) mechanizmus
Ha a napelem feszültsége éjszaka alacsonyabb, mint az akkumulátoré, védelmi intézkedések nélkül az áram áramkört képez az akkumulátorból a panelen keresztül, ami az akkumulátor energiaveszteségét eredményezi. A napelem és az akkumulátor közé sorba kapcsolt blokkoló dióda (például Schottky dióda) fordított feszültség hatására lekapcsol, blokkolva az áram fordított áramlását. Például egy bizonyos 12 V-os napelemes rendszerben SS14 Schottky-diódákat használnak (40 V feszültségálló, 1 A névleges áram), amelyek előremenő feszültségesése mindössze 0,2 V és fordított szivárgási áram.<0.1 μ A, which can effectively prevent the backflow of 0.5A level current at night.
Hot spot hatás elleni védelem
Részben elzárt jelenetekben a takart akkumulátorcellák terhelésekké válnak, mivel nem képesek elektromos áramot termelni, és a többi normál cella magas feszültsége megfordíthatja a bontást, ami lokálisan magas hőmérsékletet (forró pontokat) eredményezhet. Az akkumulátormodul mindkét végén párhuzamosan csatlakoztatott bypass dióda (például az 1N4007 egyenirányító dióda) fordított előfeszítés mellett vezet, hogy rövidre zárja a hibás alkatrészt, és elkerülje a hot spot hatást. Egy bizonyos típusú 60 cellás akkumulátormodul vizsgálati adatai azt mutatják, hogy ha a bypass dióda nincs felszerelve, a helyi akadály miatt a modul hőmérséklete 85 fokra emelkedik, míg a telepítés után a hőmérsékletet 45 fokon belül szabályozzák.
2, Alkalmazási forgatókönyv: Teljes lefedettség a független rendszerektől a hálózatra csatlakoztatott architektúrákig
A diódák kisülésgátló funkciója a napelemes rendszerek teljes forgatókönyv-alkalmazásán keresztül fut:
Független fotovoltaikus rendszer
Az olyan független rendszerekben, mint az áramellátás és a napelemes utcai lámpák távoli területeken, a blokkoló diódák jelentik az utolsó védelmi vonalat az akkumulátor túlmerülésének megakadályozására. Például egy Qinghai tartományban működő napelemes utcai világítási projekt 18 650 lítium akkumulátorcsomagot használ (névleges feszültség 3,7 V), a töltésvezérlő pedig SS16 Schottky diódákat integrál. Hét egymást követő esős napon az akkumulátor feszültsége csak 0,3 V-tal csökken, és a rendszer folyamatos tápellátási ideje 40%-kal meghosszabbodik.
hálózathoz{0}}csatlakozott fotovoltaikus rendszer
A nagy földi erőművekben a blokkoló diódák és a visszaáramlást gátló eszközök együtt működnek, hogy megakadályozzák az áram visszaáramlását a fotovoltaikus tömbbe a hálózat meghibásodása esetén. Egy 50 MW-os németországi fotovoltaikus erőmű moduláris felépítésű, 20 sorba kapcsolt modullal és párhuzamosan blokkoló diódákkal. Ha az elektromos hálózat ki van kapcsolva, a rendszer válaszideje kevesebb, mint 10 ms, hatékonyan elkerülve a berendezés károsodását.
Mobil energiarendszer
A dinamikus forgatókönyvekben, mint például a napenergiával működő drónok és a járműre szerelt fotovoltaik, a diódáknak alkalmazkodniuk kell a zord környezetekhez, például a vibrációhoz és a hőmérséklet-ingadozásokhoz. A NASA Perseverance rover sugárzásálló diódákat használ, amelyek fordított helyreállítási ideje kevesebb, mint 50 n a -120 fok és +80 fok közötti hőmérsékleti tartományban, így biztosítva az energiagazdálkodás stabilitását a marsi nappali éjszakai ciklus során.
3, Eszközválasztás: a teljesítmény és a költség egyensúlyának művészete
A diódák kiválasztása megköveteli az elektromos paraméterek, a környezeti alkalmazkodóképesség és a költséghatékonyság átfogó figyelembevételét{0}}:
Az előremenő nyomásesés (Vf) optimalizálása
A blokkoló diódák feszültségesése közvetlenül befolyásolja a rendszer hatékonyságát. Példaként egy 100 W-os fotovoltaikus rendszert véve közönséges szilíciumdiódák (Vf=0.7V) használata esetén a napi veszteség eléri a 0,7 Wh-t; Schottky-diódákra (Vf=0.3V) való váltás után a veszteség 0,3 Wh-ra csökken, így évente körülbelül 10,95 kWh áramot takarít meg. Jelenleg a szilícium-karbid (SiC) Schottky-diódák (Vf=0.15V) kereskedelmi stádiumba léptek, de költségük 3-ötszöröse a szilícium{11}}alapú eszközökének, így alkalmasak nagy értékű forgatókönyvekre.
A fordított ellenállási feszültség (Vr) és az áramkapacitás (If) redundáns kialakítása
A fotovoltaikus rendszerek üzemi feszültségének ingadozási tartománya általában ± 20%, és a rendszer legmagasabb feszültségének 1,5-szeresénél nagyobb vagy azzal egyenlő Vr diódákat kell kiválasztani. Például egy 24 V-os rendszernek 40 V-nál nagyobb vagy azzal egyenlő Vr-vel rendelkező eszközöket kell használnia. Ami az áramkapacitást illeti, a blokkoló diódáknak a rövidzárlati áram 1,2-1,5-szeresét, míg a bypass diódáknak az alkatrész maximális kimeneti áramának 1,1-szeresét kell ellenállniuk.
Hőmérséklet karakterisztika kompenzáció
A dióda paraméterei jelentősen változnak a hőmérséklet függvényében. Példaként az 1N5819 Schottky-diódát véve Vf=0.3V 25 fokon, és 0,5 V-ra emelkedik -40 fokon, ami megnehezíti az indítást alacsony hőmérsékleten. A megoldás a következőket tartalmazza: hőmérséklet-kompenzációs áramkör használata az előfeszítési feszültség dinamikus beállításához, vagy optimalizált alacsony hőmérsékleti jellemzőkkel rendelkező eszközök kiválasztása (például STPS20L45CT).
4, Ipari gyakorlat: a szabványos konfigurációtól az intelligens frissítésig
A globális fotovoltaikus ipar szabványosított megoldást alakított ki a dióda alkalmazásokhoz, és folyamatosan fejlődik az intelligencia felé:
Az integrált tervezés trendje
A modern fotovoltaikus modulok általában beépített{0}}bypass-diódákkal rendelkeznek, és jellemzően egy dióda van párhuzamosan csatlakoztatva minden 18-24 akkumulátorcellánként. A Longi Green Energy legújabb Hi-MO 6 modulja 6 egységből álló osztott kialakítást alkalmaz, 3 bypass diódát integrálva, így 15%-ról kevesebb mint 5%-ra csökkenti az áramveszteséget az árnyékolás alatt.
Az intelligens vezérlők innovációja
Az új generációs MPPT vezérlő programozható dióda analóg áramkört tartalmaz, és nulla feszültségesést és ellentétes töltést biztosít a MOSFET-en keresztül. A technológia bevezetése után a Huawei SUN2000 sorozatú inverterek 1,2%-kal javították a rendszer hatékonyságát, és körülbelül 140 kWh/kW-tal növelték az éves energiatermelést.
Áttörés az új anyagokban
Az ausztráliai Új-Dél-Wales Egyetem által kifejlesztett hősugárzási dióda éjszakai energia-visszanyerést valósít meg a hőmérséklet-különbségből származó energiatermelés révén. A vizsgálati adatok azt mutatják, hogy 20 fokos hőmérséklet-különbség mellett egyetlen cső kimeneti teljesítménye eléri a 64 nW/cm²-t, ami műszaki tartalékot biztosít a jövőbeli -időjárási fotovoltaikus rendszerek számára.