Miten diodit auttavat virranhallinnassa hajautetuissa energiajärjestelmissä?

1, aurinkosähköjärjestelmä: kaksoissuojaus kuumapistesuojaukselle ja energian talteenotolle
Hajautetun energian ydinyksikkönä aurinkosähkömoduuleilla on kaksi suurta haastetta virranhallinnassa: hot spot -ilmiö ja yöaikainen vastavirta. Kun komponentti on osittain tukkeutunut tai akkukennojen suorituskyky heikkenee, esteettömän akkukennojen tuottama virta kulkee kaikki esteen läpi, jolloin paikallinen lämpötila nousee yli 150 astetta, muodostaen kuumia kohtia ja aiheuttaa komponenttien palamisen tai jopa tulipalon. Tilastojen mukaan aurinkosähköjärjestelmissä, joissa ei ole ohitusdiodeja, on 47 % korkeampi vikasuhde 5 vuodessa verrattuna standardikokoonpanojärjestelmiin, ja hot spot -ilmiöiden aiheuttama sähköntuotannon menetys voi olla yli 5 % kokonaissähköntuotannosta.

"Palomiehen" rooli ohitusdiodeissa:
Ohitusdiodi johtaa yksisuuntaisen johtavuuden kautta automaattisesti kuuman pisteen ilmaantuessa ja tarjoaa matalaresistanssin ohituskanavan vialliselle akkukennolle, jolloin virta voi ohittaa korkean lämpötilan{0}}alueen. Esimerkiksi 72 akun pakkauksessa, jos yhden akun lähtövirta putoaa äkillisesti 1A:iin tukoksen vuoksi, kun taas muut akut voivat silti tuottaa 8A virtaa ilman ohitusdiodia, koko paketin lähtövirta rajoitetaan 1A:iin, mikä johtaa vakavaan energiahukkaa; Ohitusdiodin asennuksen jälkeen viallista yksikköä vastaava diodi johtaa 0,1 sekunnissa, mikä pienentää sisäisen resistanssin megaohmeista milliohmeihin, mikä lisää komponentin sähköntuotannon hyötysuhdetta 30% -40%. Hajautetun aurinkosähkövoimalaitoksen tapaustutkimus Saksassa osoittaa, että segmentoitujen ohitusdiodien asentamisen jälkeen puiden peittävyyden aiheuttama sähköntuotannon menetys väheni keskimäärin 8 prosentista vuodessa 2,5 prosenttiin.

Estodiodien "portinvartija"-toiminto:
Kun aurinkosähkömoduulit lakkaavat tuottamasta sähköä yöllä tai äärimmäisissä sääolosuhteissa, jos estodiodeja ei ole asennettu, muiden sähköntuottomoduulien tuottama virta virtaa takaisin ei-generoivien moduulien läpi muodostaen käänteisvirran, mikä johtaa energiahäviöön (3 % -5 % päivittäisestä sähköntuotannosta) ja kiihdyttää solujen ikääntymistä. Estodiodi muodostaa megaohmin resistanssin käänteisen esijännityksen aikana, mikä estää täysin käänteisen virran ja varmistaa, että virta voi kulkea vain eteenpäin. Tehokkaiden estodiodien käyttöönoton jälkeen hajautetussa aurinkosähköprojektissa komponenttien odotettu käyttöikä on pidennetty 20 vuodesta 25 vuoteen, ja sähköntuotannon kokonaistulot elinkaaren aikana ovat kasvaneet 18 %.

Materiaaliinnovaatiot parantavat suojauksen tehokkuutta:
Perinteisten pii{0}}diodien käänteinen kestojännite on jopa 1000 V, ja ne sopivat suuriin aurinkosähkövoimaloihin. Schottky-diodit ovat erittäin suosittuja hajautetuissa aurinkosähköissä niiden erittäin matalan 0,3 V:n jännitehäviön vuoksi. Esimerkkinä 10 kW:n järjestelmästä Schottky-diodien käyttö voi vähentää energiahukkaa noin 30 kWh vuodessa. Lisäksi grafeenidiodit hyödyntävät nollakaistan ominaisuuksia saavuttaakseen nanosekunnin tason vastenopeuden, joka on kolme suuruusluokkaa nopeampi kuin tavalliset diodit mikrosekunnin tason vastenopeudella dynaamisissa varjokohtauksissa (kuten pilvikerrosten nopeassa liikkeessä), mikä vähentää entisestään sähköntuotannon häviöitä.

2, tuulivoimajärjestelmä: harmonisen vaimennuksen ja muuntimen suojauksen synergistinen parantaminen
Tärkeänä hajautetun energian lisänä tuulivoimajärjestelmien on vastattava kahteen suureen haasteeseen nykyisessä hallinnassa: harmoninen saaste ja invertterisuojaus. Tuuliturbiinien vaihtovirtateho sisältää suuren määrän yliaaltoja. Jos se liitetään suoraan sähköverkkoon, se aiheuttaa ongelmia, kuten jännitteen vaihteluita ja tehokertoimen laskua; Samaan aikaan tuulivoimajärjestelmän ydinvoiman muuntoyksikkönä invertterin kytkinelementit (kuten IGBT) muodostavat käänteisen palautusvirran, kun se sammutetaan. Jos sitä ei tukahduta ajoissa, se voi vahingoittaa laitteita ja aiheuttaa järjestelmävirheitä.

Diodien "suodatin" -toiminto harmonisessa vaimennustilassa:
Tuulivoimamuuntimien tasasuuntausprosessissa diodeista koostuva tasasuuntaussilta muuntaa vaihtovirran tasavirraksi, mikä tarjoaa vakaan tulon seuraaville inverttereille. Optimoimalla diodiparametreja, kuten myötäjännitehäviö ja käänteinen palautumisaika, voidaan vähentää tasasuuntauksen aikana esiintyvää harmonista sisältöä. Esimerkiksi käyttämällä tasasuuntaussiltaa ultranopeilla palautusdiodeilla (käänteinen palautumisaika<50ns) can reduce harmonic distortion by 15% and improve power quality compared to traditional diodes (reverse recovery time>200ns).

"Nopean vasteen" etu invertterin suojauksessa:
Kun vaihtosuuntaajan kytkinelementit kytketään pois päältä, diodi toimii vapaasti pyörivänä elementtinä, joka tarjoaa vapaan kiertotien induktorivirralle virran takaisinvirtauksen ja kytkinelementtien vaurioitumisen estämiseksi. Esimerkkinä piikarbidi (SiC) -diodit voidaan lyhentää 15 n:iin, mikä on 3-10 kertaa nopeampi kuin piidiodeissa (50-200 n), mikä vähentää merkittävästi kytkentähäviöitä ja parantaa järjestelmän tehokkuutta. SiC-diodien käyttöönoton jälkeen tietyssä tuulivoiman invertterissä järjestelmän hyötysuhde nousi 96 %:sta 98 ​​%:iin, kun taas jäähdytyselementin tilavuus pieneni 40 %, mikä auttoi vähentämään koneen kokonaispainoa.

3, energian varastointijärjestelmä: tekninen läpimurto varauksen purkaustasapainossa ja käänteissuojauksessa
Hajautetun energian "energiapuskurina" energian varastointijärjestelmien nykyisen hallinnan on tasapainotettava lataus ja purkaminen käänteissuojauksen kanssa. Akun lataus- ja purkuprosessin aikana, jos kunkin akkukennon tilat ovat epäjohdonmukaisia ​​(kuten kapasiteetin ja sisäisen resistanssin erot), se voi johtaa joidenkin kennojen ylilataukseen tai ylipurkuun, nopeuttaa ikääntymistä ja aiheuttaa turvallisuusriskejä; Samanaikaisesti, jos käänteisvirtaa ei esty tehokkaasti verkkoon liitetyn tai energian varastointijärjestelmän verkkokytkennän aikana, se voi vahingoittaa laitteita ja vaikuttaa sähköverkon vakauteen.

Tasapainotetun diodin älykäs säätötoiminto:
Akunhallintajärjestelmässä tasapainotusdiodi tarkkailee kunkin akkukennon jännitettä ja ohjaa automaattisesti korkeajännitteisen akkukennon ohituskanavaa latauksen aikana ylilatauksen estämiseksi. Johda lisäkanava pieni-jännitekennoille purkauksen aikana ylipurkauksen estämiseksi. Kun esimerkiksi otettiin käyttöön mukautuvat tasapainotusdiodit tietyssä litiumakkuenergian varastointijärjestelmässä, kennokapasiteetin tasaisuus kasvoi 20 % ja syklin käyttöikä pidentyi 30 %.

Käänteisen suojadiodin "yksisuuntainen eristys" -toiminto:
Kun energian varastointijärjestelmä on kytketty verkkoon, käänteissuojadiodi voi estää verkkopuolen vikavirran virtaamisen takaisin energian varastointijärjestelmään; Kun verkkoa käytetään, se voi estää käänteisen virran vaikutuksen akkupakkaukseen kuormituspuolella. Kun käänteissuojadiodit otettiin käyttöön tietyssä mikrogrid-projektissa, järjestelmän jännitteen vaihtelua verkko/off-verkkokytkennän aikana pienennettiin 50 % ja vikaprosenttia 60 %.

4, Microgrid: näkymätön linkki usean-lähteen yhteistyön ja verkkosynkronoinnin välillä
Hajautetun energian kehittyneenä sovellusmuotona mikroverkot vaativat nykyistä hallintaa usean lähteen yhteistyön ja verkkosynkronoinnin saavuttamiseksi. Mikroverkoissa eri energialähteiden, kuten aurinkosähkön, tuulivoiman ja energian varastoinnin, lähtöominaisuuksissa on merkittäviä eroja. Jos sitä ei koordinoida tehokkaasti, se voi johtaa ongelmiin, kuten nykyisiin konflikteihin ja voimanvaihteluihin; Samanaikaisesti mikroverkkojen synkronoinnin kantaverkkoon tulee täyttää tiukat ehdot, kuten jännite, taajuus ja vaihe, muuten se voi aiheuttaa verkkovikoja.

Synkronisten tasasuuntausdiodien "tehokkuuden parantamisen" panos:
Mikroverkkojen DC-DC-muuntimissa synkroninen tasasuuntaustekniikka voi vähentää merkittävästi johtavuushäviöitä korvaamalla perinteiset diodit MOSFETeillä. Esimerkiksi synkronisen tasasuuntausmuuntimen käyttöönoton jälkeen mikroverkon hyötysuhde nousi 85 %:sta 95 %:iin, samalla kun jäähdytyselementtien tilavuus pieneni 30 % ja järjestelmän tehotiheys parani.

Vaiheohjausdiodien "synkroninen koordinointi" -toiminto:
Mikroverkon verkkoon kytketyssä invertterissä vaiheensäätödiodi säätää dynaamisesti invertterin lähtövirran vaihetta valvomalla verkkojännitteen vaihetta, jolloin saadaan synkronointi kantaverkon kanssa. Kun vaiheohjatut diodit otettiin käyttöön tietyssä mikrogrid-projektissa, verkkoyhteyden onnistumisprosentti nousi 90 %:sta 98 ​​%:iin ja verkkoliitäntäaika lyheni 0,5 sekunnista 0,1 sekuntiin, mikä paransi merkittävästi järjestelmän vakautta.