Hvernig koma díóður í veg fyrir að sólarsellur losni á nóttunni?

1, Tæknileg meginregla: Einátta leiðni byggingu orku hindrun
Kjarnaeinkenni díóða er einstefnuleiðni hennar - hún leyfir aðeins straumi að flæða frá rafskautinu (A) til bakskautsins (K) og sýnir mikla viðnámsstöðu við bakspennu. Þessi eiginleiki myndar tvær lykilvörn í sólarorkukerfum:
Andstæðingur öfughleðslu (blokkandi) vélbúnaður
Þegar spenna sólarplötunnar á nóttunni er lægri en rafhlöðunnar, án verndarráðstafana, mun straumurinn mynda hringrás frá rafhlöðunni í gegnum spjaldið, sem leiðir til orkutaps rafhlöðunnar. Lokadíóða (eins og Schottky díóða) sem er tengd í röð á milli sólarplötunnar og rafhlöðunnar slokknar við öfuga spennu og hindrar öfugt flæði straums. Sem dæmi má nefna að í ákveðnu 12V sólarorkukerfi eru notaðar SS14 Schottky díóður (þola 40V spennu, málstraumur 1A), með framspennufalli sem er aðeins 0,2V og öfugur lekastraumur<0.1 μ A, which can effectively prevent the backflow of 0.5A level current at night.
Vörn gegn heitum reitum
Í að hluta lokuðum senum verða huldu rafhlöðufrumurnar að álagi vegna vanhæfni þeirra til að framleiða rafmagn og háspenna annarra venjulegra frumna getur valdið því að þær snúi við bilun, sem leiðir til staðbundins hás hitastigs (heitir reitir). Hjáveitu díóðan (eins og 1N4007 afriðardíóða) sem er tengd samhliða í báðum endum rafhlöðueiningarinnar leiðir með öfugri hlutdrægni til að skammhlaupa- gallaða íhlutinn og forðast áhrif á heita blett. Prófunargögn ákveðinnar tegundar af 60 frumu rafhlöðueiningum sýna að þegar framhjáhlaupsdíóðan er ekki sett upp veldur staðbundin hindrun að hitastig einingarinnar hækkar í 85 gráður, en eftir uppsetningu er hitastiginu stjórnað innan 45 gráður.
2, Umsóknarsviðsmynd: Full umfjöllun frá sjálfstæðum kerfum til nettengdra arkitektúra
Afhleðsluvirkni díóða gengur í gegnum alla atburðarásarbeitingu sólarorkukerfa:
Sjálfstætt ljósakerfi
Í sjálfstæðum kerfum eins og aflgjafa og sólargötuljósum á afskekktum svæðum eru sperrandi díóðir síðasta varnarlínan til að koma í veg fyrir ofhleðslu rafhlöðunnar. Til dæmis notar sólargötuljósaverkefni í Qinghai héraði 18650 litíum rafhlöðupakka (nafnspenna 3,7V), og hleðslutýringin samþættir SS16 Schottky díóða. Í sjö samfelldum rigningardögum lækkar rafhlöðuspennan aðeins um 0,3V og samfelldur aflgjafatími kerfisins lengist um 40%.
nettengt-ljósakerfi
Í stórum rafstöðvum á jörðu niðri vinna hindrandi díóðir og bakflæðisvörn saman til að koma í veg fyrir að straumur flæði aftur inn í ljósvakakerfið við bilanir í neti. 50MW ljósaaflstöð í Þýskalandi tekur upp mátahönnun, með 20 einingum tengdum í röð og samhliða lokunardíóða. Þegar rafmagnsnetið er slökkt er viðbragðstími kerfisins innan við 10 ms, sem kemur í raun í veg fyrir skemmdir á búnaði.
Farsímaorkukerfi
Í kraftmiklum atburðarásum eins og sólarorkuknúnum drónum og ökutækjafestum ljósvögnum þurfa díóður að laga sig að erfiðu umhverfi eins og titringi og hitasveiflum. NASA Perseverance flakkarinn notar geislunarhertar díóða, með öfugan endurheimtartíma sem er innan við 50ns á hitabilinu -120 gráður til +80 gráður , sem tryggir stöðugleika í orkustjórnun á Mars-dagnæturlotunni.
3, Tækjaval: listin að koma jafnvægi á frammistöðu og kostnað
Val á díóðum krefst víðtækrar skoðunar á rafmagnsbreytum, umhverfisaðlögunarhæfni og kostnaðar-hagkvæmni:
Hagræðing á áframþrýstingsfalli (Vf)
Spennufall hindrandi díóða hefur bein áhrif á skilvirkni kerfisins. Með því að taka 100W ljósvakakerfi sem dæmi, þegar notaðar eru venjulegar kísildíóða (Vf=0.7V), nær daglegt tap 0,7Wh; eftir að skipt er yfir í Schottky díóða (Vf=0.3V) fer tapið niður í 0,3Wh og sparar um það bil 10,95kWh af rafmagni árlega. Eins og er, eru kísilkarbíð (SiC) Schottky díóður (Vf=0.15V) komnar á markaðinn, en kostnaður þeirra er 3-5 sinnum hærri en tæki sem byggjast á kísil-, sem gerir þær hentugar fyrir hágæða aðstæður.
Óþarfi hönnun á bakspennu (Vr) og straumgetu (If)
Sveiflusvið rekstrarspennu ljósvakerfa er venjulega ± 20% og velja þarf díóða með Vr Stærri en eða jafnt og 1,5 sinnum hæstu spennu kerfisins. Til dæmis ætti 24V kerfi að nota tæki með Vr Stærri en eða jafnt og 40V. Hvað varðar straumgetu, þá þurfa sperrandi díóður að þola 1,2-1,5 sinnum skammhlaupsstrauminn, en framhjáhlaupsdíóður þurfa að passa 1,1 sinnum við hámarksúttaksstraum íhlutarins.
Hitaeinkennisuppbót
Færibreytur díóðunnar eru verulega mismunandi eftir hitastigi. Ef 1N5819 Schottky díóðan er tekin sem dæmi, Vf=0.3V við 25 gráður og hækkar í 0,5V við -40 gráður, sem gerir það erfitt að ræsa við lágt hitastig. Lausnin felur í sér: að nota hitajöfnunarhringrás til að stilla hlutspennu á virkan hátt, eða velja tæki með fínstillta lághitaeiginleika (eins og STPS20L45CT).
4, Iðnaður Practice: Frá staðlaðri uppsetningu til greindar uppfærslu
Alheimsljósmyndaiðnaðurinn hefur myndað staðlaða lausn fyrir díóðaforrit og heldur áfram að þróast í átt að upplýsingaöflun:
Þróun samþættrar hönnunar
Nútíma ljósavirkjaeiningar eru almennt með innbyggðar-hjáveitu díóða, með dæmigerðri uppsetningu á einni díóðu sem er tengd samhliða á 18-24 rafhlöðurafrumum. Nýjasta Hi-MO 6 einingin frá Longi Green Energy tekur upp 6 eininga skipta hönnun, samþættir 3 framhjáhlaupsdíóða, sem dregur úr orkutapi úr 15% í minna en 5% undir skuggaskyggingu.
Nýsköpun greindar stýringar
Nýja kynslóð MPPT stjórnandi samþættir forritanlega díóða hliðræna hringrás og nær núllspennufalli og andstæðingur öfughleðslu í gegnum MOSFET. Eftir að hafa tekið upp þessa tækni, bættu Huawei SUN2000 röð invertarar skilvirkni kerfisins um 1,2% og jók árlega orkuframleiðslu um um það bil 140 kWh/kW.
Bylting í nýjum efnum
Varmageislunardíóðan, þróuð af háskólanum í Nýja Suður-Wales í Ástralíu, nær orkubata að nóttu til með orkuframleiðslu hitastigs. Prófunargögn sýna að ef hitastigsmunur er 20 gráður nær framleiðsla eins rörs 64nW/cm ², sem veitir tæknilegan varasjóð fyrir framtíðar-ljósljóskerfum í öllum veðri.