Kaip diodai neleidžia saulės elementams išsikrauti naktį?

1, Techninis principas: Vienakryptis laidumo energijos barjero konstrukcija
Diodo šerdies charakteristika yra vienakryptis laidumas -, jis leidžia tik srovei tekėti iš anodo (A) į katodą (K), o esant atvirkštinei įtampai, jis turi didelę varžą. Ši charakteristika sudaro dvi pagrindines saulės energijos sistemų apsaugos priemones:
Atbulinio įkrovimo (blokavimo) mechanizmas
Kai saulės baterijos įtampa naktį yra žemesnė nei baterijos, be apsaugos priemonių srovė sudarys grandinę iš baterijos per skydą, todėl akumuliatoriaus energija bus prarasta. Blokavimo diodas (pvz., Schottky diodas), nuosekliai sujungtas tarp saulės baterijos ir akumuliatoriaus, nutrūksta esant atvirkštinei įtampai, blokuodamas atvirkštinį srovės srautą. Pavyzdžiui, tam tikroje 12V saulės energijos sistemoje naudojami SS14 Schottky diodai (atlaiko įtampą 40V, vardinė srovė 1A), kurių tiesioginis įtampos kritimas yra tik 0,2V ir atvirkštinė nuotėkio srovė.<0.1 μ A, which can effectively prevent the backflow of 0.5A level current at night.
Apsauga nuo karšto taško efekto
Iš dalies užkimštuose scenose uždengtos baterijos elementai tampa apkrovomis dėl nesugebėjimo generuoti elektros, o kitų normalių elementų aukšta įtampa gali sukelti jų gedimą, o tai gali sukelti vietinę aukštą temperatūrą (karštąsias vietas). Apėjimo diodas (pvz., 1N4007 lygintuvo diodas), prijungtas lygiagrečiai abiejuose akumuliatoriaus modulio galuose, veikia esant atvirkštiniam poslinkiui, kad sutrumpėtų sugedęs komponentas ir išvengtų karštojo taško efekto. Tam tikro tipo 60 elementų baterijos modulio bandymo duomenys rodo, kad neįdiegus aplinkkelio diodo dėl vietinės kliūties modulio temperatūra pakyla iki 85 laipsnių, o sumontavus temperatūra reguliuojama 45 laipsnių ribose.
2, taikymo scenarijus: visa aprėptis nuo nepriklausomų sistemų iki tinklo prijungtų architektūrų
Diodų anti-iškrovos funkcija veikia per visą saulės energijos sistemų scenarijų:
Nepriklausoma fotovoltinė sistema
Nepriklausomose sistemose, tokiose kaip maitinimo šaltinis ir saulės gatvių apšvietimas atokiose vietovėse, blokuojantys diodai yra paskutinė apsaugos linija, apsauganti nuo akumuliatoriaus perkrovimo. Pavyzdžiui, saulės gatvių apšvietimo projekte Činghajaus provincijoje naudojama 18 650 ličio baterijų (nominali įtampa 3,7 V), o įkrovimo valdiklyje integruoti SS16 Schottky diodai. Septynias dienas iš eilės esant lietingam orui akumuliatoriaus įtampa nukrenta tik 0,3 V, o sistemos nuolatinio maitinimo laikas pailgėja 40%.
tinkle{0}}prijungta fotovoltinė sistema
Didelėse antžeminėse elektrinėse blokavimo diodai ir priešpriešinio srauto įtaisai veikia kartu, kad tinklo gedimų metu srovė netekėtų atgal į fotovoltinę masyvą. 50 MW fotovoltinė elektrinė Vokietijoje pritaikyta moduliniam dizainui, 20 modulių, sujungtų nuosekliai, ir lygiagrečiai blokuojančius diodus. Kai elektros tinklas yra atjungtas, sistemos atsako laikas yra mažesnis nei 10 ms, todėl veiksmingai išvengiama įrangos sugadinimo.
Mobili energetikos sistema
Dinamiškuose scenarijuose, pavyzdžiui, saulės energija varomuose dronams ir transporto priemonėse sumontuotuose fotovoltiniuose įrenginiuose, diodai turi prisitaikyti prie atšiaurių aplinkos sąlygų, tokių kaip vibracija ir temperatūros svyravimai. NASA Perseverance rover naudoja spinduliuotę atsparius diodus, kurių atvirkštinio atsigavimo laikas yra mažesnis nei 50 n temperatūrų diapazone nuo -120 laipsnių iki +80 laipsnio, užtikrinant energijos valdymo stabilumą Marso dienos nakties ciklo metu.
3, Įrenginio pasirinkimas: našumo ir sąnaudų subalansavimo menas
Renkantis diodus reikia visapusiškai atsižvelgti į elektrinius parametrus, prisitaikymą prie aplinkos ir ekonomiškumo{0}}efektyvumą:
Priekinio slėgio kritimo optimizavimas (Vf)
Blokavimo diodų įtampos kritimas tiesiogiai veikia sistemos efektyvumą. Kaip pavyzdį paėmus 100 W fotovoltinę sistemą, naudojant paprastus silicio diodus (Vf=0.7V), paros nuostoliai siekia 0,7Wh; perėjus prie Šotkio diodų (Vf=0.3V), nuostoliai sumažėja iki 0,3 Wh, kasmet sutaupoma maždaug 10,95 kWh elektros energijos. Šiuo metu silicio karbido (SiC) Schottky diodai (Vf=0.15V) pradėjo prekybą, tačiau jų kaina yra 3-5 kartus didesnė nei silicio{11}}pagrįstų įrenginių, todėl jie tinka didelės vertės scenarijams.
Perteklinė atvirkštinio atsparumo įtampa (Vr) ir srovės talpa (jei)
Fotovoltinių sistemų darbinės įtampos svyravimų diapazonas paprastai yra ± 20%, o reikia pasirinkti diodus, kurių Vr didesnė nei 1,5 karto aukščiausia sistemos įtampa. Pavyzdžiui, 24 V sistemoje turėtų būti naudojami įrenginiai, kurių Vr didesnis nei 40 V arba lygus. Kalbant apie srovės galingumą, blokuojantys diodai turi atlaikyti 1,2-1,5 karto didesnę už trumpojo jungimo srovę, o apėjimo diodai turi atitikti 1,1 karto didesnę nei maksimali komponento išėjimo srovė.
Temperatūros charakteristikų kompensavimas
Diodo parametrai labai skiriasi priklausomai nuo temperatūros. Pavyzdžiui, 1N5819 Schottky diodas, Vf=0.3V esant 25 laipsniams ir pakyla iki 0,5 V prie -40 laipsnių, todėl sunku paleisti esant žemai temperatūrai. Sprendimas apima: temperatūros kompensavimo grandinės naudojimą, kad būtų galima dinamiškai reguliuoti poslinkio įtampą, arba įrenginių su optimizuotomis žemos temperatūros charakteristikomis (pvz., STPS20L45CT) parinkimas.
4, Pramonės praktika: nuo standartinės konfigūracijos iki pažangaus atnaujinimo
Pasaulinė fotoelektros pramonė sukūrė standartizuotą diodų pritaikymo sprendimą ir toliau tobulėja link intelektualumo:
Integruoto dizaino tendencija
Šiuolaikiniai fotovoltiniai moduliai paprastai turi įtaisytuosius{0}}apėjimo diodus, kurių tipinė konfigūracija yra vienas diodas, prijungtas lygiagrečiai kas 18-24 baterijų elementus. Naujausias „Longi Green Energy“ Hi-MO 6 modulis turi 6 vienetų padalintą dizainą, kuriame yra 3 aplinkkelio diodai, todėl galios praradimas sumažinamas nuo 15% iki mažiau nei 5% esant šešėliniam šešėliui.
Išmaniųjų valdiklių naujovės
Naujos kartos MPPT valdiklis integruoja programuojamą diodų analoginę grandinę ir pasiekia nulinį įtampos kritimą bei anti-reversinį įkrovimą per MOSFET. Pritaikius šią technologiją, „Huawei SUN2000“ serijos keitikliai pagerino sistemos efektyvumą 1,2%, o metinę energijos gamybą padidino maždaug 140 kWh/kW.
Naujų medžiagų proveržis
Šiluminės spinduliuotės diodas, kurį sukūrė Naujojo Pietų Velso universitetas Australijoje, užtikrina nakties energijos atgavimą per temperatūros skirtumo energijos generavimą. Bandymų duomenys rodo, kad esant 20 laipsnių temperatūrų skirtumui, vieno vamzdžio išėjimo galia pasiekia 64 nW/cm², o tai suteikia techninių rezervų būsimoms -orų fotovoltinėms sistemoms.