Како диоде спречавају пражњење соларних ћелија ноћу?

1, Технички принцип: Једносмерна конструкција проводљивости енергетске баријере
Основна карактеристика диоде је њена једносмерна проводљивост - која дозвољава струји да тече само од аноде (А) до катоде (К) и показује стање високог отпора под обрнутим напоном. Ова карактеристика формира две кључне заштите у системима соларне енергије:
Механизам против обрнутог пуњења (блокирања).
Када је напон соларног панела ноћу нижи од напона батерије, без заштитних мера, струја ће формирати коло од батерије кроз панел, што ће резултирати губитком енергије батерије. Блокирајућа диода (као што је Шоткијева диода) повезана у серију између соларног панела и батерије се искључује под обрнутим напоном, блокирајући обрнути ток струје. На пример, у одређеном систему соларне енергије од 12В користе се СС14 Шотки диоде (издржи напон 40В, називна струја 1А), са падом напона унапред од само 0,2В и обрнутом струјом цурења<0.1 μ A, which can effectively prevent the backflow of 0.5A level current at night.
Заштита од ефекта вруће тачке
У делимично оклудираним сценама, заклоњене ћелије батерије постају оптерећене због своје неспособности да генеришу електричну енергију, а висок напон других нормалних ћелија може да доведе до њиховог преокретања квара, што доводи до локализованих високих температура (врућих тачака). Бипасс диода (као што је 1Н4007 исправљачка диода) повезана паралелно на оба краја батеријског модула води под обрнутим преднапоном да би кратко-спајала неисправну компоненту и избегла ефекат вруће тачке. Подаци теста одређеног типа 60 ћелијског батеријског модула показују да када бајпас диода није инсталирана, локална опструкција узрокује пораст температуре модула на 85 степени, док се након уградње температура контролише унутар 45 степени.
2, Сценарио апликације: Потпуна покривеност од независних система до архитектура повезаних са мрежом
Функција против пражњења диода пролази кроз комплетну примену система соларне енергије:
Независни фотонапонски систем
У независним системима као што су напајање и соларна улична расвета у удаљеним областима, блокирајуће диоде су последња линија одбране која спречава прекомерно пражњење батерије. На пример, пројекат соларног уличног осветљења у провинцији Ћингхај користи 18650 литијумских батерија (номинални напон 3,7 В), а контролер пуњења интегрише СС16 Шоткијеве диоде. У седам узастопних дана по кишном времену, напон батерије пада само за 0,3В, а време непрекидног напајања система се продужава за 40%.
фотонапонски систем{0}}повезан са мрежом
У великим земаљским електранама, блокирне диоде и уређаји против повратног тока раде заједно како би спречили да струја тече назад у фотонапонски низ током кварова на мрежи. Фотонапонска електрана од 50 МВ у Немачкој има модуларни дизајн, са 20 модула повезаних у серију и паралелно блокирајуће диоде. Када је електрична мрежа искључена, време одзива система је мање од 10 мс, чиме се ефикасно избегава оштећење опреме.
Мобилни енергетски систем
У динамичким сценаријима као што су дронови на соларни погон и фотонапонски уређаји монтирани на возила, диоде морају да се прилагоде тешким окружењима као што су вибрације и флуктуације температуре. НАСА Персеверанце ровер користи диоде ојачане радијацијом, са временом повратног опоравка мањим од 50нс у температурном опсегу од -120 степени до +80 степени, обезбеђујући стабилност управљања енергијом током марсовског дневног ноћног циклуса.
3, Избор уређаја: уметност балансирања перформанси и трошкова
Избор диода захтева свеобухватно разматрање електричних параметара, прилагодљивости околини и исплативости{0}}:
Оптимизација пада притиска напред (Вф)
Пад напона блокирајућих диода директно утиче на ефикасност система. Узимајући за пример фотонапонски систем од 100В, када се користе обичне силицијумске диоде (Вф=0.7В), дневни губитак достиже 0,7Вх; након преласка на Шоткијеве диоде (Вф=0.3В), губитак пада на 0,3Вх, чиме се штеди приближно 10,95кВх електричне енергије годишње. Тренутно су Шотки диоде од силицијум карбида (СиЦ) (Вф=0.15В) ушле у комерцијалну фазу, али њихова цена је 3-5 пута већа од уређаја на бази силицијума{11}}, што их чини погодним за сценарије високе вредности.
Редундантни дизајн обрнутог отпорног напона (Вр) и капацитета струје (Иф)
Опсег флуктуације радног напона фотонапонских система је обично ± 20%, а потребно је изабрати диоде са Вр већим или једнаким 1,5 пута највишег напона система. На пример, систем од 24В треба да користи уређаје са Вр већим или једнаким 40В. Што се тиче струјног капацитета, диоде за блокирање треба да издрже 1,2-1,5 пута већу струју кратког споја, док диоде за премошћивање морају да одговарају 1,1 пута максималној излазној струји компоненте.
Компензација температурне карактеристике
Параметри диоде значајно варирају са температуром. Узимајући 1Н5819 Шоткијеву диоду као пример, Вф=0.3В на 25 степени и расте на 0,5В на -40 степени, што отежава покретање на ниским температурама. Решење укључује: коришћење кола за компензацију температуре за динамичко подешавање напона преднапона или избор уређаја са оптимизованим нискотемпературним карактеристикама (као што је СТПС20Л45ЦТ).
4, Индустријска пракса: од стандардне конфигурације до интелигентне надоградње
Глобална фотонапонска индустрија је формирала стандардизовано решење за апликације диода и наставља да се развија у правцу интелигенције:
Тренд интегрисаног дизајна
Модерни фотонапонски модули углавном имају уграђене-бајпас диоде, са типичном конфигурацијом једне диоде повезане паралелно на сваких 18-24 батеријске ћелије. Најновији Хи-МО 6 модул компаније Лонги Греен Енерги усваја подељени дизајн од 6 јединица, интегришући 3 бајпас диоде, смањујући губитак снаге са 15% на мање од 5% под сенком.
Иновација интелигентних контролера
Нова генерација МППТ контролера интегрише програмабилно диодно аналогно коло и постиже нулти пад напона и анти-реверзно пуњење преко МОСФЕТ-а. Након усвајања ове технологије, Хуавеи СУН2000 серија претварача побољшала је ефикасност система за 1,2% и повећала годишњу производњу енергије за приближно 140 кВх/кВ.
Пробој у новим материјалима
Топлотна радијациона диода коју је развио Универзитет Новог Јужног Велса у Аустралији постиже ноћни опоравак енергије кроз производњу електричне енергије са температурном разликом. Подаци теста показују да под температурном разликом од 20 степени, излазна снага једне цеви достиже 64нВ/цм², обезбеђујући техничке резерве за будуће фотонапонске системе-у свим временским условима.