Làm thế nào để điốt ngăn pin mặt trời phóng điện vào ban đêm?

1, Nguyên lý kỹ thuật: Xây dựng hàng rào năng lượng dẫn điện một chiều
Đặc điểm cốt lõi của điốt là độ dẫn điện một chiều - nó chỉ cho phép dòng điện chạy từ cực dương (A) đến cực âm (K) và thể hiện trạng thái điện trở cao dưới điện áp ngược. Đặc tính này tạo thành hai biện pháp bảo vệ chính trong hệ thống năng lượng mặt trời:
Cơ chế chống sạc ngược (chặn)
Khi điện áp của tấm pin năng lượng mặt trời vào ban đêm thấp hơn điện áp của ắc quy, nếu không có biện pháp bảo vệ, dòng điện sẽ tạo thành mạch từ ắc quy qua tấm pin, khiến ắc quy bị thất thoát năng lượng. Diode chặn (chẳng hạn như diode Schottky) mắc nối tiếp giữa tấm pin mặt trời và pin sẽ ngắt khi có điện áp ngược, chặn dòng điện ngược. Ví dụ, trong một hệ thống năng lượng mặt trời 12V nhất định, người ta sử dụng điốt SS14 Schottky (chịu được điện áp 40V, dòng điện định mức 1A), với mức giảm điện áp chuyển tiếp chỉ 0,2V và dòng rò ngược<0.1 μ A, which can effectively prevent the backflow of 0.5A level current at night.
Bảo vệ hiệu ứng điểm nóng
Trong những cảnh bị che khuất một phần, các tế bào pin bị che khuất sẽ trở nên tải do không có khả năng tạo ra điện và điện áp cao của các tế bào bình thường khác có thể khiến chúng bị hỏng ngược, dẫn đến nhiệt độ cao cục bộ (điểm nóng). Điốt rẽ nhánh (chẳng hạn như điốt chỉnh lưu 1N4007) được kết nối song song ở cả hai đầu của mô-đun pin sẽ dẫn điện theo độ phân cực ngược để làm ngắn mạch-thành phần bị lỗi và tránh hiệu ứng điểm nóng. Dữ liệu thử nghiệm của một loại mô-đun pin 60 cell nhất định cho thấy rằng khi không lắp đặt đi-ốt bypass, tắc nghẽn cục bộ khiến nhiệt độ của mô-đun tăng lên 85 độ, trong khi sau khi lắp đặt, nhiệt độ được kiểm soát trong vòng 45 độ.
2, Kịch bản ứng dụng: Bao phủ toàn bộ từ các hệ thống độc lập đến kiến ​​trúc kết nối lưới
Chức năng chống phóng điện của điốt chạy qua ứng dụng kịch bản đầy đủ của hệ thống năng lượng mặt trời:
Hệ thống quang điện độc lập
Trong các hệ thống độc lập như nguồn điện và đèn đường năng lượng mặt trời ở vùng sâu vùng xa, điốt chặn là tuyến phòng thủ cuối cùng để ngăn chặn tình trạng xả pin quá mức. Ví dụ, một dự án đèn đường năng lượng mặt trời ở tỉnh Thanh Hải sử dụng bộ pin lithium 18650 (điện áp danh định 3,7V) và bộ điều khiển sạc tích hợp điốt Schottky SS16. Trong bảy ngày trời mưa liên tục, điện áp pin chỉ giảm 0,3V và thời gian cấp điện liên tục của hệ thống được kéo dài thêm 40%.
hệ thống quang điện được kết nối lưới-
Trong các nhà máy điện mặt đất lớn, điốt chặn và thiết bị chống dòng chảy ngược phối hợp với nhau để ngăn dòng điện chạy ngược vào mảng quang điện khi lưới điện bị sự cố. Một nhà máy quang điện 50MW ở Đức áp dụng thiết kế mô-đun, với 20 mô-đun được kết nối nối tiếp và điốt chặn song song. Khi lưới điện bị cắt, thời gian phản hồi của hệ thống dưới 10ms, tránh hư hỏng thiết bị một cách hiệu quả.
Hệ thống năng lượng di động
Trong các tình huống động như máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời và quang điện gắn trên xe, điốt cần thích ứng với môi trường khắc nghiệt như dao động rung và nhiệt độ. Xe thám hiểm Perseverance của NASA sử dụng điốt làm cứng bằng bức xạ, có thời gian phục hồi ngược dưới 50ns trong phạm vi nhiệt độ từ -120 độ đến+80 độ, đảm bảo ổn định quản lý năng lượng trong chu kỳ ngày đêm của sao Hỏa.
3, Lựa chọn thiết bị: nghệ thuật cân bằng giữa hiệu năng và chi phí
Việc lựa chọn điốt đòi hỏi phải xem xét toàn diện các thông số điện, khả năng thích ứng với môi trường và hiệu quả-chi phí:
Tối ưu hóa giảm áp suất chuyển tiếp (Vf)
Sự sụt giảm điện áp của điốt chặn ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của hệ thống. Lấy hệ thống quang điện 100W làm ví dụ, khi sử dụng điốt silicon thông thường (Vf=0.7V), tổn thất hàng ngày lên tới 0,7Wh; sau khi chuyển sang điốt Schottky (Vf=0.3V), tổn thất giảm xuống còn 0,3Wh, tiết kiệm được khoảng 10,95kWh điện mỗi năm. Hiện tại, điốt Schottky silicon cacbua (SiC) (Vf=0.15V) đã bước vào giai đoạn thương mại nhưng giá thành cao gấp 3-5 lần so với các thiết bị dựa trên silicon{11}}, khiến chúng phù hợp với các tình huống có giá trị cao.
Thiết kế dự phòng điện áp chịu ngược (Vr) và công suất dòng điện (If)
Biên độ dao động của điện áp hoạt động của hệ thống quang điện thường là ± 20%, cần lựa chọn điốt có Vr lớn hơn hoặc bằng 1,5 lần điện áp cao nhất của hệ thống. Ví dụ: hệ thống 24V nên sử dụng các thiết bị có Vr Lớn hơn hoặc bằng 40V. Về công suất dòng điện, điốt chặn cần chịu được dòng điện ngắn mạch bằng 1,2-1,5 lần, trong khi điốt rẽ nhánh cần phải bằng 1,1 lần dòng điện đầu ra tối đa của linh kiện.
Bù đặc tính nhiệt độ
Các thông số của diode thay đổi đáng kể theo nhiệt độ. Lấy điốt Schottky 1N5819 làm ví dụ, Vf=0.3V ở 25 độ và tăng lên 0,5V ở -40 độ, điều này gây khó khăn khi khởi động ở nhiệt độ thấp. Giải pháp bao gồm: sử dụng mạch bù nhiệt độ để tự động điều chỉnh điện áp phân cực hoặc lựa chọn các thiết bị có đặc tính nhiệt độ thấp được tối ưu hóa (chẳng hạn như STPS20L45CT).
4, Thực tiễn ngành: Từ cấu hình tiêu chuẩn đến nâng cấp thông minh
Ngành công nghiệp quang điện toàn cầu đã hình thành một giải pháp tiêu chuẩn hóa cho các ứng dụng diode và tiếp tục phát triển theo hướng thông minh:
Xu hướng thiết kế tích hợp
Mô-đun quang điện hiện đại thường có-điốt rẽ nhánh tích hợp, với cấu hình thông thường là một điốt được kết nối song song sau mỗi 18-24 pin. Mô-đun Hi-MO 6 mới nhất của Longi Green Energy áp dụng thiết kế tách 6 khối, tích hợp 3 điốt rẽ nhánh, giảm tổn thất điện năng từ 15% xuống dưới 5% khi che bóng.
Đổi mới bộ điều khiển thông minh
Bộ điều khiển MPPT thế hệ mới tích hợp mạch tương tự diode có thể lập trình và đạt được mức giảm điện áp bằng 0 và chống sạc ngược thông qua MOSFET. Sau khi áp dụng công nghệ này, bộ biến tần dòng Huawei SUN2000 đã cải thiện hiệu suất hệ thống thêm 1,2% và tăng sản lượng điện hàng năm thêm khoảng 140 kWh/kW.
Đột phá về vật liệu mới
Diode bức xạ nhiệt do Đại học New South Wales ở Úc phát triển có khả năng phục hồi năng lượng vào ban đêm thông qua việc tạo ra năng lượng chênh lệch nhiệt độ. Dữ liệu thử nghiệm cho thấy rằng khi chênh lệch nhiệt độ là 20 độ, công suất đầu ra của một ống đơn đạt 64nW/cm 2, cung cấp nguồn dự trữ kỹ thuật cho các hệ thống quang điện trong mọi-thời tiết trong tương lai.