Kāpēc saules paneļiem ir nepieciešamas apvada diodes?

一, Karstā punkta efekts: fotoelektrisko sistēmu "neredzamais slepkava".
1. Karstā punkta efekta veidošanās mehānisms
Ja viens vai saules bateriju grupa saules baterijā nevar radīt elektrību šķēršļu (piemēram, lapu, putnu mēslu, ēku ēnu), piesārņojuma vai bojājumu dēļ, tā iekšējā pretestība strauji palielināsies, kļūstot par "slodzi" virknes ķēdē. Šajā brīdī citu normāli funkcionējošu akumulatora elementu radītā strāva turpinās iet caur bojāto zonu, izraisot vietējās temperatūras strauju paaugstināšanos virs 200 grādiem, veidojot "karsto punktu". Šī augstā temperatūra ne tikai paātrina akumulatora elementu materiālu novecošanos, bet arī var izraisīt tādu sastāvdaļu kā sadales kārbu un aizmugures plātņu izdegšanu un pat ugunsgrēku.
2. Karstā punkta efekta ķēdes reakcija
Jaudas zudumi: saules bateriju enerģijas ražošanas efektivitāte karstā punkta zonā tiek samazināta līdz nullei, un tā patērēs citu parasto saules bateriju enerģiju, kā rezultātā visa komponenta izejas jauda samazināsies par 10–30%.
Materiāla noārdīšanās: Augsta temperatūra izraisa EVA plēves, aizmugures plātnes un citu materiālu sadalīšanos, izdalot kaitīgas gāzes un saīsinot komponentu kalpošanas laiku.
Sistēmas avārijas risks: lielās fotoelektriskās elektrostacijās karstā punkta efekts var izraisīt kaskādes atteices, kā rezultātā var tikt izslēgts viss bloks.
2, apvada diode: labākais risinājums karstā punkta efektam
1. Darbības princips: "Inteliģentais šunts" strāvai
Apvedceļa diode parasti ir savienota apgriezti paralēli abos akumulatora virknes galos, un tās galvenā funkcija ir panākt inteliģentu strāvas ceļa pārslēgšanu, izmantojot dinamisku vadīšanu un atslēgšanu:
Normāls darba stāvoklis: kad visi akumulatora elementi ģenerē elektroenerģiju normāli, diode ir apgrieztā izslēgšanas stāvoklī un neietekmē ķēdi.
Bojājuma stāvoklis: ja virkne akumulatora elementu ir aizsprostota vai bojāta, izraisot apgrieztā nobīdes sprieguma pārsniegšanu slieksni, diode vada uz priekšu, radot īssavienojumu bojājuma zonā un liekot strāvai apiet bojātās akumulatora šūnas un plūst uz slodzi caur diodi.
Atkopšanas stāvoklis: pēc šķēršļa noņemšanas vai kļūmes novēršanas diode automātiski atgriežas izslēgšanas stāvoklī un komponents atsāk normālu enerģijas ražošanu.
2. Galvenie tehniskie parametri
Uz priekšu vadītspējas spriegums: pateicoties zelta puskontakta raksturlielumam, Šotkija diožu vadītspējas spriegums ir samazināts līdz 0,2–0,4 V, kas ir daudz zemāks nekā PN savienojuma diožu 0,6–0,8 V, kas var ievērojami samazināt pašsildīšanu.
Reversā pārrāvuma spriegums: tam ir jābūt lielākam par 1,2 reizēm par akumulatora virknes atvērtās ķēdes spriegumu, lai novērstu augsta sprieguma pārrāvumu.
Termiskās pretestības koeficients: zemas termiskās pretestības dizains (piemēram, keramikas iepakojums) var paātrināt siltuma izkliedi un izvairīties no diodes atteices augstas temperatūras dēļ.
Reakcijas ātrums: Šotkija diožu pārslēgšanas reakcijas laiks ir mazāks par 10 ns, kas var ātri reaģēt uz termiskā punkta pārejošiem triecieniem.
3. Tipiski pielietojuma scenāriji
Jumta fotoelektriskā sistēma: bieži šķēršļi, ko izraisa lapas, sniegs uc
Lauksaimniecības fotoelementu spēkstacija: ražas augšana var traucēt saules paneļiem, un diodes var uzturēt elektroenerģijas ražošanas nepārtrauktību.
Tuksneša fotoelektriskā spēkstacija: putekļu uzkrāšanās var viegli izraisīt karstos punktus, un diodes var aizsargāt komponentus no augstas temperatūras bojājumiem.
3, nozares standarti un testēšanas standarti: apvedceļa diožu uzticamības nodrošināšana
1. Starptautisko standartu sistēma
IEC 62979:2017: definē apvada diodēm "termiskās palaišanas testu", kurā ir nepieciešams, lai diode 1 stundu izturētu 1,25 reizes par īsslēguma strāvu 90 grādu augstā temperatūrā, un pēc tam nekavējoties jāpārslēdzas uz apgrieztās nobīdes stāvokli, lai nodrošinātu, ka savienojuma temperatūra neturpina paaugstināties.
IEC 61215: ir noteikts, ka diodēm ir jāveic vides pielāgošanās testi, piemēram, "slapjā sasalšanas tests" un "termiskā cikla tests", lai pārbaudītu to uzticamību ekstremālās temperatūrās no -40 grādiem līdz +85 grādiem.
2. Bojājumu režīmi un aizsardzības pasākumi
Kļūmes iemesli: diodes sabrukums, ko izraisa augsta temperatūra un liela strāva, termiska noplūde, ko izraisa apgrieztā noplūdes strāva, un lodēšanas savienojuma atdalīšanās, ko izraisa mehānisks spriegums.
Aizsardzības plāns:
Liekais dizains: Sadales kārbā ir pievienotas paralēlās rezerves diodes, kas automātiski pārslēdzas, kad galvenā diode sabojājas.
Inteliģenta uzraudzība: reāllaika diodes savienojuma temperatūras uzraudzība, izmantojot temperatūras sensorus, iedarbinot brīdinājumus vai automātiskus strāvas padeves pārtraukumus.
Materiāla jauninājums: izmantojot silīcija karbīda (SiC) diodes, temperatūras izturība ir uzlabota līdz vairāk nekā 200 grādiem, un kalpošanas laiks ir pagarināts līdz 20 gadiem.
4, tirgus tendence: no pasīvās aizsardzības līdz aktīvai optimizācijai
1. Sprādzienbīstams pieprasījuma pieaugums
Saskaņā ar nozares prognozēm paredzams, ka globālais pieprasījums pēc fotoelementu apvaddiodēm līdz 2025. gadam sasniegs 3,6 miljardus vienību un līdz 2026. gadam pārsniegs 4 miljardus vienību. Ķīnas, kas ir pasaulē lielākā fotoelementu moduļu ražotāja, eksporta apjoms 2024. gadā sasniedza 238,8 GW, veicinot nepārtrauktu tirgus diodes paplašināšanos.
2. Tehniskās iterācijas virziens
Inteliģenta rekonstrukcijas diode: kontrolē MCU, dinamiski pielāgojiet diodes vadītspējas slieksni, lai optimizētu elektroenerģijas ražošanas efektivitāti ekranēšanas apstākļos.
Integrēts dizains: integrētas diodes ar sadales kārbām un savienotājiem, lai samazinātu komponentu apjomu un izmaksas.
Bezsvina process: atbilst RoHS standartiem, samazinot vides piesārņojuma risku.
3. Izmaksu un ieguvumu analīze
Kā piemēru ņemot 100MW fotoelektrisko spēkstaciju, apvada diožu konfigurēšana var samazināt siltuma punktu radītos jaudas zudumus no 15% līdz mazāk nekā 3%, palielināt ikgadējo elektroenerģijas ražošanu par aptuveni 12 miljoniem kWh, un atmaksāšanās periods ir tikai 2–3 gadi.