Jak diody brání vybíjení solárních článků v noci?

1, Technický princip: Jednosměrná vodivostní konstrukce energetické bariéry
Základní charakteristikou diody je její jednosměrná vodivost -, umožňuje pouze tok proudu z anody (A) ke katodě (K) a při zpětném napětí vykazuje vysoký odpor. Tato vlastnost tvoří dvě klíčové ochrany v solárních energetických systémech:
Mechanismus proti zpětnému nabíjení (blokování).
Když je napětí solárního panelu v noci nižší než napětí baterie, bez ochranných opatření, proud vytvoří obvod z baterie skrz panel, což má za následek ztrátu energie baterie. Blokovací dioda (jako je Schottkyho dioda) zapojená do série mezi solárním panelem a baterií se pod zpětným napětím vypne a zablokuje zpětný tok proudu. Například v určitém 12V solárním energetickém systému jsou použity Schottkyho diody SS14 (odolné napětí 40V, jmenovitý proud 1A) s propustným úbytkem napětí pouze 0,2V a zpětným únikovým proudem<0.1 μ A, which can effectively prevent the backflow of 0.5A level current at night.
Ochrana před efektem hot spot
V částečně zakrytých scénách se zakryté bateriové články stanou zátěží kvůli jejich neschopnosti generovat elektřinu a vysoké napětí jiných normálních článků může způsobit jejich obrácený rozklad, což má za následek lokalizované vysoké teploty (horká místa). Přemosťovací dioda (jako je usměrňovací dioda 1N4007) zapojená paralelně na obou koncích bateriového modulu vede pod zpětným předpětím ke zkratování- vadné součásti a zabránění efektu horkého bodu. Testovací data určitého typu 60článkového bateriového modulu ukazují, že když není nainstalována bypass dioda, místní překážka způsobí zvýšení teploty modulu na 85 stupňů, zatímco po instalaci je teplota regulována v rozsahu 45 stupňů.
2, Aplikační scénář: Úplné pokrytí od nezávislých systémů až po architektury připojené k síti
Funkce proti vybití diod probíhá v plném scénáři aplikace solárních energetických systémů:
Nezávislý fotovoltaický systém
V nezávislých systémech, jako je napájení a solární pouliční osvětlení v odlehlých oblastech, jsou blokovací diody poslední obrannou linií, která zabraňuje nadměrnému vybití baterie. Například projekt solárního pouličního osvětlení v provincii Qinghai používá 18650 lithiových baterií (nominální napětí 3,7 V) a regulátor nabíjení integruje diody SS16 Schottky. V sedmi po sobě jdoucích dnech deštivého počasí klesne napětí baterie pouze o 0,3 V a doba nepřetržitého napájení systému se prodlouží o 40 %.
fotovoltaický systém připojený k síti-
Ve velkých pozemních elektrárnách spolupracují blokovací diody a zařízení proti zpětnému toku, aby zabránily zpětnému toku proudu do fotovoltaického pole během výpadků sítě. 50MW fotovoltaická elektrárna v Německu využívá modulární konstrukci s 20 moduly zapojenými do série a paralelními blokovacími diodami. Když je síť odpojena, doba odezvy systému je kratší než 10 ms, což účinně zabraňuje poškození zařízení.
Mobilní energetický systém
V dynamických scénářích, jako jsou solární drony a fotovoltaika namontovaná ve vozidle, se diody musí přizpůsobit drsnému prostředí, jako jsou vibrace a kolísání teploty. Rover NASA Perseverance používá radiaci odolné diody s dobou zpětného zotavení méně než 50 ns v teplotním rozsahu -120 stupňů až+80 stupňů, což zajišťuje stabilitu hospodaření s energií během cyklu marťanského dne a noci.
3, Výběr zařízení: umění vyvážit výkon a náklady
Výběr diod vyžaduje komplexní zvážení elektrických parametrů, přizpůsobivosti prostředí a nákladové-efektivnosti:
Optimalizace poklesu tlaku vpřed (Vf)
Pokles napětí blokovacích diod přímo ovlivňuje účinnost systému. Vezmeme-li jako příklad 100W fotovoltaický systém, při použití běžných křemíkových diod (Vf=0.7V) dosahuje denní ztráta 0,7Wh; po přechodu na Schottkyho diody (Vf{4}}V) poklesne ztráta na 0,3Wh, což ročně ušetří přibližně 10,95kWh elektrické energie. V současné době vstoupily do komerční fáze Schottkyho diody (Vf=0.15V) z karbidu křemíku (SiC), ale jejich cena je 3-5krát vyšší než cena zařízení na bázi-křemíku, takže jsou vhodné pro scénáře s vysokou hodnotou.
Redundantní konstrukce zpětného výdržného napětí (Vr) a proudové kapacity (If)
Rozsah kolísání provozního napětí fotovoltaických systémů je obvykle ± 20 % a je třeba volit diody s Vr větším nebo rovným 1,5 násobku nejvyššího napětí systému. Například 24V systém by měl používat zařízení s Vr větším nebo rovným 40V. Pokud jde o proudovou kapacitu, blokovací diody musí odolat 1,2-1,5násobku zkratového proudu, zatímco bypass diody musí odpovídat 1,1násobku maximálního výstupního proudu součásti.
Kompenzace teplotní charakteristiky
Parametry diody se výrazně mění s teplotou. Vezměme si jako příklad Schottkyho diodu 1N5819, Vf=0.3V při 25 stupních a stoupá na 0,5 V při -40 stupních, což ztěžuje startování při nízkých teplotách. Řešení zahrnuje: použití obvodu pro kompenzaci teploty pro dynamickou úpravu předpětí nebo výběr zařízení s optimalizovanými nízkoteplotními charakteristikami (jako je STPS20L45CT).
4, Oborová praxe: Od standardní konfigurace k inteligentnímu upgradu
Globální fotovoltaický průmysl vytvořil standardizované řešení pro aplikace diod a nadále se vyvíjí směrem k inteligenci:
Trend integrovaného designu
Moderní fotovoltaické moduly mají obecně vestavěné-bypass diody s typickou konfigurací jedné diody připojené paralelně na každých 18-24 článků baterie. Nejnovější modul Hi-MO 6 od Longi Green Energy využívá 6-jednotkový dělený design, integruje 3 bypass diody, čímž snižuje ztrátu energie z 15 % na méně než 5 % pod stínováním.
Inovace inteligentních ovladačů
Nová generace MPPT regulátoru integruje programovatelný diodový analogový obvod a dosahuje nulového poklesu napětí a antireverzního nabíjení prostřednictvím MOSFET. Po přijetí této technologie zlepšily invertory řady Huawei SUN2000 účinnost systému o 1,2 % a zvýšily roční výrobu energie o přibližně 140 kWh/kW.
Průlom v nových materiálech
Dioda tepelného záření vyvinutá University of New South Wales v Austrálii dosahuje noční rekuperace energie prostřednictvím výroby elektrické energie s rozdílem teplot. Testovací údaje ukazují, že při teplotním rozdílu 20 stupňů dosahuje výstupní výkon jedné trubice 64 nW/cm², což poskytuje technické rezervy pro budoucí -fotovoltaické systémy za každého počasí.