Kokią įtaką saulės energijos sistemų energijos vartojimo efektyvumui daro diodai?
Palik žinutę
一, pagrindinė diodų funkcija ir energijos vartojimo efektyvumo koreliacija saulės energijos sistemose
1. Priešpriešinio įkrovimo diodas: blokuoja atvirkštinę srovę ir užtikrina energijos saugumą
Saulės baterijos iš esmės yra puslaidininkiniai įtaisai su PN jungtimis. Naktį arba lietingomis dienomis, kai fotovoltinės matricos išėjimo įtampa yra mažesnė už nuolatinės srovės magistralės įtampą, baterija arba tinklas gali iškrauti atgal į fotovoltinius komponentus per keitiklį. Ši atvirkštinė srovė ne tik sunaudoja sukauptą energiją, bet ir sukelia komponentų kaitinimą, pagreitina medžiagų senėjimą ir netgi sukelia terminį nutekėjimą. Priešpriešinio įkrovimo diodas (taip pat žinomas kaip blokuojantis diodas) efektyviai blokuoja atvirkštinį srovės kelią, vesdamas į priekį ir blokuodamas atvirkštinį dėl savo vienkrypčio laidumo.
Energijos vartojimo efektyvumo poveikis:
Energijos nuostolių valdymas: įprastų silicio{0}}diodų laidumo įtampos kritimas yra apie 0,6 V. Jei fotovoltinės matricos išėjimo įtampa yra 100 V, galios nuostoliai sudaro 0,6 %; Naudojant Schottky diodus galima sumažinti įtampos kritimą iki 0,2-0,3 V ir sumažinti nuostolius daugiau nei 50%.
Pailginta sistemos eksploatavimo trukmė: JAV atsinaujinančios energijos laboratorijos (NREL) tyrimai rodo, kad fotovoltinės sistemos be priešpriešinio įkrovimo diodų turi 47 % didesnį gedimų dažnį per 5 metus, palyginti su standartinėmis konfigūracijomis, o energijos nuostoliai padidėja 20–30 %.
2. Apėjimo diodas: išspręskite karštojo taško efektą ir pagerinkite energijos gamybos stabilumą
Kai kai kurie saulės elementai fotovoltiniame modulyje yra užblokuoti, sugadinti arba pablogėja jų veikimas, netrukdomų elementų generuojama srovė tekės per gedimo sritį, todėl smarkiai padidės vietinė temperatūra (iki 80 laipsnių ar daugiau) ir susidarys „karšta vieta“. Karštosios vietos ne tik pagreitina akumuliatoriaus elementų senėjimą, bet ir gali sukelti saugos nelaimingų atsitikimų, tokių kaip pakavimo medžiagų degimas ir trumpieji jungimai grandinėse. Apėjimo diodas yra prijungtas lygiagrečiai abiejuose akumuliatoriaus elemento galuose. Kai įtampa abiejuose sugedusio akumuliatoriaus elemento galuose pasikeičia, diodas greitai veda, suteikdamas mažos varžos apėjimo kanalą srovei.
Energijos vartojimo efektyvumo poveikis:
Energijos gamybos efektyvumo didinimas: Remiantis faktiniais bandymų duomenimis, segmentuotų aplinkkelio diodų įrengimas gali padidinti komponentų energijos gamybos efektyvumą 30–40 %, kai yra dalinis ekranavimas. Pavyzdžiui, tam tikros fotovoltinės elektrinės metiniai energijos gamybos nuostoliai dėl medžių dangos sumažėjo nuo 8% iki 2,5%.
Gedimo rizikos sumažinimas: fotovoltinės sistemos be apėjimo diodų yra linkusios į komponentų pažeidimus dėl šiluminio taško poveikio, kuris sudaro 20% -30%, o metiniai energijos gamybos nuostoliai viršija 5%; Standartinė konfigūracijos sistema gali kontroliuoti gedimų dažnį, mažesnį nei 5%.
3. Izoliavimo diodas: optimizuokite masyvo struktūrą, kad sumažintumėte energijos sąnaudas
Didelėse fotovoltinėse elektrinėse fotovoltinė matrica paprastai susideda iš kelių lygiagrečiai sujungtų baterijų blokų serijų. Jei tam tikros baterijų paketų eilutės išėjimo įtampa sumažėja dėl kliūčių ar gedimo, kitų aukštos{1}}įtampos šakų srovė tekės priešinga kryptimi į žemos{2}}įtampos šaką, todėl bendra išėjimo įtampa sumažės ir susidaro „statinės efektas“. Izoliavimo diodai yra nuosekliai sujungti kiekviename akumuliatoriaus bloke, kad būtų išvengta srovės atbulinės eigos ir būtų užtikrintas nepriklausomas kiekvienos šakos veikimas.
Energijos vartojimo efektyvumo poveikis:
Stabili išėjimo galia: izoliaciniai diodai gali užkirsti kelią bendram išėjimo galios sumažėjimui 10–15 % dėl vienos stygos gedimo.
Patobulintas sistemos mastelio keitimas: dėl modulinės konstrukcijos izoliaciniai diodai leidžia lanksčiai padidinti arba sumažinti baterijų blokų skaičių, kad atitiktų įvairaus masto fotovoltinių elektrinių poreikius.
2, Diodų veikimo parametrų kiekybinė įtaka energijos vartojimo efektyvumui
1. Laidumo įtampos kritimas ir galios praradimas
Diodo laidumo įtampos kritimas (Vf) tiesiogiai veikia sistemos energijos konversijos efektyvumą. Pavyzdžiui, 10 kW fotovoltinės sistemos pavyzdys:
Silicio diodas (Vf{0}}V): metinis energijos nuostolis apie 300 kWh;
Šotkio diodas (Vf{0}}V): metiniai energijos nuostoliai sumažinami iki 150 kWh, o tai atitinka 0,15 % daugiau elektros energijos.
Optimizavimo kryptis:
Pasirinkite itin-žemos tiesioginės įtampos kritimo diodus (pvz., silicio karbido diodus, Vf Mažiau nei 0,2 V arba lygu jai);
Sumažinkite lygiavertę varžą optimizuodami grandinės topologiją (pvz., lygiagretų kelių diodų prijungimą).
2. Atvirkštinė įtampos varža ir sistemos patikimumas
Fotovoltinės sistemos turi atlaikyti trumpalaikę aukštą įtampą (pvz., žaibo smūgius ir tinklo svyravimus), o diodų atvirkštinė atsparumo įtampa (VRRM) turi būti 1,5–2 kartus didesnė už maksimalią sistemos įtampą. Jei atsparumo įtampa yra nepakankama, tai gali sukelti diodo gedimą ir sukelti sistemos paralyžių.
atvejis
Dėl nepakankamos įtampos varžos diodų naudojimo dykumos fotovoltinėje elektrinėje per smėlio audrų sukeltus įtampos šuolius sugedo 30 % diodų, todėl masyvo išėjimo galia sumažėjo 40 %;
Perėjus prie aukštos{0}}tampos diodų, sistemos gedimų dažnis ekstremaliomis oro sąlygomis sumažėjo iki mažiau nei 5 %.
3. Reagavimo greitis ir dinamiškas veikimas
Dinamiškose šešėlių scenose, tokiose kaip debesų sluoksnio judėjimas ir paukščių skraidymas, diodai turi greitai reaguoti į įtampos pokyčius, kad būtų išvengta energijos praradimo. Schottky diodų reakcijos laikas (nanosekundėmis) yra trimis dydžiais greitesnis nei įprastų diodų (mikrosekundėmis), todėl galima laiku apeiti sugedusius akumuliatoriaus elementus.
Duomenų palaikymas:
Sparčiai besikeičiančiais šešėliniais scenarijais Schottky diodai gali sumažinti energijos gamybos nuostolius 0,3–0,5 %;
Pritaikius Schottky diodus paskirstytame fotovoltinės energijos projekte, metinė elektros energijos gamyba padidėjo 1,2%, o investicijų atsipirkimo laikotarpis sutrumpėjo 6 mėnesiais.
3, Diodų technologijos raida ir saulės energijos sistemų energijos vartojimo efektyvumo didinimo tendencija
1. Medžiagų naujovės: nuo silicio{1}}pagrįstų iki plačios juostos puslaidininkių
Tradicinius silicio{0}diodus riboja medžiagos, todėl sunku dar labiau sumažinti laidumo įtampos kritimą ir perjungimo nuostolius. Plataus dažnio juostos puslaidininkiai (pvz., silicio karbidas ir galio nitridas) pasižymi tokiomis savybėmis kaip didelis elektrinis laukas ir didelis elektronų mobilumas, dėl kurių galima pasiekti mažesnį laidumo įtampos kritimą (Vf Mažiau arba lygų 0,2 V) ir didesnį perjungimo dažnį (MHz lygis), o tai žymiai pagerina sistemos energijos vartojimo efektyvumą.
Pramonės pritaikymas:
Tesla Solar Roof naudoja silicio karbido diodus, todėl sistemos efektyvumas padidėja 2%, lyginant su tradiciniais sprendimais;
Vokiškas SMA inverteris integruoja galio nitrido diodus, padidindamas galios tankį 50% ir sumažindamas energijos nuostolius 30%.
2. Integruotas dizainas: nuo atskirų komponentų iki intelektualių modulių
Tobulėjant fotovoltinėms sistemoms didelio{0}}tankio ir modulių kryptimis, integruotas diodų ir maitinimo įrenginių (tokių kaip MOSFET ir IGBT) dizainas tapo tendencija. Išmanusis galios modulis (IPM) sumažina parazitinį induktyvumą, sumažina perjungimo nuostolius ir pagerina bendrą sistemos efektyvumą optimizuojant pakuotę ir šilumos valdymo technologiją.
atvejis
Huawei SUN2000 keitiklis turi integruotą diodų modulį, kurio sistemos efektyvumas yra 98,7%, o tai yra 1,2% didesnis nei atskiro įrenginio sprendimas;
Sunshine Power SG3125HV keitiklis pasiekia 99% MPPT sekimo efektyvumą ir metinį energijos gamybos padidėjimą 3% -5% dėl intelektualaus modulio dizaino.
3. Skaitmeninis valdymas: nuo pasyvios apsaugos iki aktyvaus optimizavimo
Sujungus daiktų interneto (IoT) ir dirbtinio intelekto (AI) technologijas, diodais galima stebėti būseną, numatyti gedimus ir prisitaikyti. Pavyzdžiui, realiuoju laiku stebėdama diodo temperatūrą, įtampą ir srovę, sistema gali dinamiškai optimizuoti apėjimo strategiją, kad išvengtų energijos praradimo dėl netinkamo veikimo.
Praktika:
Didelėje fotovoltinėje elektrinėje įdiegus išmaniąją diodų stebėjimo sistemą, gedimo nustatymo laikas sutrumpėjo nuo 2 valandų iki 5 minučių, o metinės priežiūros išlaidos sumažėjo 40 %;
„Ningde Times“ fotovoltinė energijos kaupimo sistema optimizuoja diodų valdymo strategiją naudodama AI algoritmą, padidindama sistemos efektyvumą 0,8 % ir sumažindama LCOE 6 %.
