Kuinka valita aurinkosähköinverttereille sopivat diodit?

一, Diodien ydinrooli aurinkosähköinverttereissä
Aurinkosähköinvertterit koostuvat pääasiassa tehostuspiireistä, invertterisiltoja ja suodatuspiireistä. Diodien toiminnot voidaan luokitella kolmeen luokkaan:
Takaisinvirtaussuoja: Tehostuspiirissä diodit ja induktorit toimivat yhdessä estääkseen virran takaisinvirtauksen vahingoittamasta kytkinputkea. Esimerkiksi Boost-tehostuspiirissä nopean palautusdiodin on kestettävä 400 V:n jännite ja 11 A:n virta varmistaakseen yksisuuntaisen energiansiirron.
Kuuman pisteen esto ja ohjaus: Invertterissä ohitusdiodi on kytketty käänteisesti rinnakkain akkujonon kanssa. Kun tietty akku on tukossa, diodi johtaa oikosulkuun-viallisessa akussa välttäen energian kulutuksen kuumista kohdista. 280 W:n komponentin testitiedot osoittavat, että ohitusdiodin konfiguroinnin jälkeen kuuman pisteen alueen lämpötila laski 185 astetta 65 asteeseen ja hyötysuhde pieneni 32 %:sta 5 %:iin.
Invertterisillan vapaakierto: Täyssillan invertteripiirissä vapaakäyntidiodi tarjoaa vapaakäyntipolun induktorin virralle estääkseen kytkentätransistorin vaurioitumisen jännitepiikkien takia. Tietyssä mikroinvertterissä on HER108-pikapalautusdiodi (palautusaika 75ns), mikä vähentää kytkentähäviöitä 40 %.
2, Seitsemän ydinparametria diodin valinnassa
1. Nimellisjännite (VRRM)
On välttämätöntä saavuttaa marginaali, joka on 1,5-2 kertaa aurinkosähköjärjestelmän enimmäiskäänteisjännite. Esimerkkinä 60 akkumoduulia avoimen piirin jännite (Voc) on noin 40 V. Ottaen huomioon lämpötilakertoimen (-0,38%/aste) ja sarjakytkentöjen lukumäärän, maksimi paluujännite invertterin tulossa voi olla 600V. Siksi tulisi valita diodit, joiden VRRM on suurempi tai yhtä suuri kuin 800 V, kuten Infineonin IDH10G120C5S (1200V/10A).
2. Nimellisvirta (IF)
Valinnan tulee perustua 1,2-1,5 kertaa aurinkosähköjärjestelmän enimmäiskäyttövirtaan. Esimerkkinä 250 W:n komponentti{10}}oikosulkuvirta (Isc) on 8,5 A. Marginaalin huomioimisen jälkeen tulee valita diodi, jonka IF on suurempi tai yhtä suuri kuin 12,75 A. Tietty mikroinvertteri ottaa käyttöön STF20NM60D MOSFETin sisäänrakennetulla diodilla (IF=20A) ja läpäisee 200 % ylikuormitustestin.
3. Positiivinen jännitehäviö (VF)
Jokaista VF:n 0,1 V:n laskua kohden komponenttien hyötysuhde kasvaa 0,3 %. Kolmannen -sukupolven puolijohdemateriaalien käyttö vähentää merkittävästi VF:tä:
Piidiodi: VF ≈ 0,7 V (kuten 1N4007)
Erittäin nopea palautusdiodi: VF ≈ 0,55 V (kuten MUR{1}})
Piikarbidi (SiC) Schottky-diodi: VF ≈ 0,35 V (kuten C3D08060A)
SiC-diodien käyttöönoton jälkeen tietyssä 500 kW:n keskitetyssä invertterissä vuotuinen sähköntuotanto kasvoi 2,1 %, mikä vastaa 10 500 kWh:n lisäenergiantuotantoa vuodessa.
4. Käänteinen palautumisaika (trr)
Korkean{0}}taajuuden kytkinsovelluksissa TRR vaikuttaa suoraan järjestelmän tehokkuuteen. Perinteiset piidiodit voivat saavuttaa useiden satojen nanosekuntien TRR:n, kun taas SiC-diodit voivat lyhentää sen alle 10 n:iin. Tietyn sarjan invertterin testitiedot osoittavat, että nopean palautusdiodien korvaaminen SiC-diodeilla vähentää kytkentähäviöitä 65 % ja parantaa järjestelmän tehokkuutta 0,8 %.
5. Lämpövastus (Rth)
Lämmönvastus heijastaa lämmönpoistokykyä ja vaikuttaa suoraan laitteen käyttöikään. 20 kW:n invertteri käyttää SiC-diodeja, jotka on pakattu TO-247:ään (Rth=0.5 astetta /W), mikä laskee liitoksen lämpötilaa 40 astetta ja pidentää odotettua käyttöikää kolme kertaa verrattuna TO-220:een (Rth=1.2 astetta /W) pakattuihin piidiodeihin.
6. Käyttölämpötila (Tj)
Aurinkosähköjärjestelmät kohtaavat usein äärimmäisiä ympäristöjä -40 asteesta 85 asteeseen. SiC-diodien työliitoksen lämpötila voi olla 200 astetta, kun taas piidiodien lämpötila on yleensä rajoitettu 150 asteeseen. Leveiden liitosten lämpötiladiodien käyttöönoton jälkeen autiomaassa sijaitsevan aurinkosähkövoimalan vikaprosentti laski 0,8 prosentista 0,2 prosenttiin vuodessa.
7. Pakkauslomake
Valitse asennustilan ja lämmönpoistovaatimusten perusteella:
Pienet hajautetut järjestelmät: SMB/SMD-kapselointi (kuten SS14)
Jousiinvertteri: TO-220/TO-247 paketti
Keskitetty invertteri: D2PAK/IPM-moduulipakkaus
3, Teollisuuden käytäntö ja tyypilliset tapaukset
1. Huawein älykäs aurinkosähköratkaisu
Huawei SUN2000-50KTL-invertteri käyttää itse kehitettyä SiC-hybridimoduulia, joka sisältää 6 1200V/20A SiC-diodeja. Todelliset testitiedot osoittavat, että:
Suurin hyötysuhde 98,65 %
Euroopan tehokkuus 98,4 %
10 vuoden tehonvaimennus<2%
Tätä järjestelmää on sovellettu 300 MW:n aurinkosähkövoimalaitokseen Talatanissa, Qinghaissa, ja järjestelmän PR (suorituskykysuhde) on 84,7 %.
2. Sunshine-virtalähteen merkkijonoinvertteri
SG125HV-invertteri käyttää "kolmen-tason topologia+SiC-diodi" -tekniikkaa seuraavilla avainparametreilla:
Tulojännitealue: 500-1500V
Maksimi tehokkuus 99 %
MPPT-kanavat: 12 kanavaa
Diodikokoonpano: Jokainen MPPT on varustettu 2 600V/15A ultranopeilla palautusdiodilla
Tämä tuote on sertifioinut T Ü V Rheinland IEC 62109 ja se on toiminut 3 vuotta 200 MW:n voimalaitoksessa Brasiliassa ilman diodivikoja.
3. Guriwatt Micro Inverter
MID 1500-2000TL3-X -mikroinvertteri käyttää integroitua rakennetta:
Tehon tiheys: 1,2kW/L
Diodikokoonpano: 4 60V/10A Schottky-diodit (pakkauskoko SOD-123FL)
Suojaustaso: IP67
Tämä tuote on läpäissyt UL1741-sertifioinnin, ja se on ollut käytössä 5 vuotta asuinkattoprojektissa Kaliforniassa, USA:ssa, ja diodivikaprosentti on<0.01%.
4, Väärinkäsitykset ja ratkaisut valinnassa
1. Väärinkäsitys 1: Lämpötilakertoimen vaikutuksen huomiotta jättäminen
Eräs invertterivalmistaja käytti tavanomaisia ​​diodeja korkean{0}}korkeuden projekteissa, mikä johti kesällä liialliseen lämpötilaan. Ratkaisu:
Valitse leveät lämpötilalaitteet, joiden Tj on suurempi tai yhtä suuri kuin 175 astetta
Lämpösimuloinnin käyttö lämmönpoistosuunnittelun optimoimiseksi
Lisää lämpötilan valvontaa ja alentumissuojaa
2. Väärinkäsitys 2: Liiallinen alhaisten kustannusten tavoittelu
Tietyssä hajautetussa projektissa käytettiin muita kuin autoteollisuuden diodeja, mikä johti 15 prosentin vikaantumiseen 3 vuodessa. Ratkaisu:
Priorisoi AEC{0}}Q101-sertifioidut laitteet
Pyydä toimittajia toimittamaan PPAP-tuotannon osien hyväksymismenettelyt
Suorita saapuvan materiaalin 100-prosenttinen röntgentarkastus
3. Väärinkäsitys 3: Vähentämisen huomioimatta jättäminen
Keskitetty invertteri koki diodin ylikuumenemisen ja vaurioitumisen täydellä kuormalla. Ratkaisu:
IEC 60146-1-1 -standardin mukaan vähennyssuunnittelulle:
Jännitteen alennus: 70 % VRRM
Nykyinen vähennys: 60 % JOS
Tehon vähennys: 50 % PDM