Kako diode pomažu u upravljanju strujom u distribuiranim energetskim sistemima?

1, fotonaponski sistem: dvostruka zaštita zaštite od vrućih tačaka i povrat energije
Kao osnovna jedinica distribuirane energije, fotonaponski moduli se suočavaju s dva glavna izazova u upravljanju strujom: efektom vruće tačke i noćnom obrnutom strujom. Kada je komponenta djelomično začepljena ili se performanse baterijskih ćelija pogoršaju, struja koju generiraju neometane ćelije baterije će proteći kroz područje koje je blokirano, uzrokujući porast lokalne temperature iznad 150 stepeni, formirajući vruće tačke i uzrokujući izgaranje komponente ili čak požar. Prema statistikama, fotonaponski sistemi bez bajpas dioda imaju 47% veću stopu kvarova u roku od 5 godina u odnosu na standardne konfiguracijske sisteme, a gubitak proizvodnje energije uzrokovan efektima vrućih tačaka može doseći više od 5% ukupne proizvodnje električne energije.

Uloga "vatrogasca" u bypass diodama:
Bypass dioda, kroz jednosmjernu provodljivost, automatski provodi kada se pojavi vruća tačka, obezbjeđujući kanal za premošćivanje niskog otpora za neispravnu baterijsku ćeliju, omogućavajući struji da zaobiđe područje visoke-temperature. Na primjer, u pakiranju od 72 baterije, ako jedna baterija doživi nagli pad izlazne struje na 1A zbog opstrukcije, dok druge baterije i dalje mogu generirati struju od 8A, bez instaliranja premosnice diode, izlazna struja cijelog paketa je ograničena na 1A, što rezultira ozbiljnim gubitkom energije; Nakon ugradnje bypass diode, dioda koja odgovara neispravnoj jedinici provodi provod u roku od 0,1 sekunde, smanjujući unutrašnji otpor sa megaoma na miliome, čime se povećava efikasnost proizvodnje energije komponente za 30% -40%. Studija slučaja distribuirane fotonaponske elektrane u Njemačkoj pokazuje da je nakon ugradnje segmentiranih premosnih dioda, gubitak proizvodnje električne energije uzrokovan drvećem smanjen sa prosječnih 8% godišnje na 2,5%.

Funkcija "gatekeeper" blokiranja dioda:
Kada fotonaponski moduli prestanu proizvoditi električnu energiju noću ili u ekstremnim vremenskim uvjetima, ako diode za blokiranje nisu instalirane, struja koju generiraju drugi moduli za generiranje energije će teći natrag kroz negenerirajuće module, formirajući obrnutu struju, što rezultira gubitkom energije (3% -5% dnevne proizvodnje energije) i ubrzavanjem starenja ćelija. Blokirajuća dioda stvara megaomski otpor kada je obrnuto pristrasna, potpuno blokirajući obrnutu struju i osiguravajući da struja može teći samo u smjeru naprijed. Nakon usvajanja blokirnih dioda visokih performansi u distribuiranom fotonaponskom projektu, očekivani vijek trajanja komponenti je povećan sa 20 na 25 godina, a ukupni prihod od proizvodnje električne energije životnog ciklusa povećan je za 18%.

Inovacije materijala poboljšavaju efikasnost zaštite:
Tradicionalne silikonske{0}}diode imaju povratni otporni napon do 1000V i pogodne su za velike fotonaponske elektrane; Schottky diode su veoma omiljene u distribuiranim fotonaponima zbog njihovog ultra-niskog pada napona naprijed od 0,3V. Uzimajući sistem od 10 kW kao primjer, korištenjem Schottky dioda može se smanjiti gubitak energije za otprilike 30 kWh godišnje. Osim toga, grafenske diode koriste nulte karakteristike pojasnog razmaka kako bi postigle brzinu odziva na nanosekundnom nivou, što je tri reda veličine brže od običnih dioda u brzini odziva na nivou mikrosekunde u dinamičkim scenama sjena (kao što je brzo kretanje slojeva oblaka), dodatno smanjujući gubitke u proizvodnji energije.

2, Vetroenergetski sistem: sinergijsko poboljšanje supresije harmonika i zaštite pretvarača
Kao važan dodatak distribuiranoj energiji, sistemi za energiju vjetra treba da odgovore na dva glavna izazova u trenutnom upravljanju: harmonijsko zagađenje i zaštita invertera. Izlazna snaga izmjenične struje vjetroturbina sadrži veliku količinu harmonika. Ako je direktno priključen na električnu mrežu, to će uzrokovati probleme kao što su fluktuacije napona i smanjenje faktora snage; U isto vrijeme, kao jedinica za konverziju jezgre vjetroelektrane, sklopni elementi pretvarača (kao što je IGBT) će generirati povratnu struju oporavka kada se isključe. Ako se ne suzbije na vrijeme, može oštetiti uređaje i uzrokovati kvarove na sistemu.

Funkcija "filtra" dioda u potiskivanju harmonika:
U procesu ispravljanja pretvarača energije vjetra, ispravljački most sastavljen od dioda pretvara izmjeničnu struju u istosmjernu, osiguravajući stabilan ulaz za sljedeće pretvarače. Optimiziranjem parametara diode kao što su pad napona naprijed i vrijeme povratnog oporavka, sadržaj harmonika tijekom ispravljanja može se smanjiti. Na primjer, korištenjem ispravljačkog mosta s ultrabrzim diodama za oporavak (obrnuto vrijeme oporavka<50ns) can reduce harmonic distortion by 15% and improve power quality compared to traditional diodes (reverse recovery time>200ns).

Prednost "brze reakcije" u zaštiti invertera:
Kada su sklopni elementi invertera isključeni, dioda djeluje kao element slobodnog hoda, osiguravajući put slobodnog hoda struje induktora kako bi se spriječio povratni tok struje i oštećenje sklopnih elemenata. Uzimajući za primjer diode od silicijum karbida (SiC), njihovo vrijeme povratnog oporavka može se skratiti na 15ns, što je 3-10 puta brže od silicijumskih dioda (50-200ns), značajno smanjujući gubitke pri prebacivanju i poboljšavajući efikasnost sistema. Nakon usvajanja SiC dioda u određeni inverter snage vjetra, efikasnost sistema se povećala sa 96% na 98%, dok je zapremina hladnjaka smanjena za 40%, što je doprinijelo smanjenju ukupne težine mašine.

3, Sistem za skladištenje energije: tehnološki napredak u ravnoteži pražnjenja i povratnoj zaštiti
Kao "energetski bafer" distribuirane energije, trenutno upravljanje sistemima za skladištenje energije treba da uravnoteži punjenje i pražnjenje sa zaštitom od obrnutog kretanja. Tokom procesa punjenja i pražnjenja baterije, ako su stanja svake ćelije baterije nekonzistentna (kao što su razlike u kapacitetu i unutrašnjem otporu), to može dovesti do prekomjernog punjenja ili prekomjernog pražnjenja nekih ćelija, ubrzati starenje i uzrokovati sigurnosne opasnosti; Istovremeno, ako reverzna struja nije efikasno blokirana tokom priključenja na mrežu ili isključenja iz mreže sistema za skladištenje energije, to može oštetiti opremu i uticati na stabilnost električne mreže.

Funkcija inteligentne regulacije balansirane diode:
U sistemu upravljanja baterijom, dioda za balansiranje prati napon svake ćelije baterije i automatski provodi premosni kanal visokonaponske baterije{0}}ćelije tokom punjenja kako bi se spriječilo prekomjerno punjenje; Sprovedite dodatni kanal za niskonaponske-ćelije tokom pražnjenja kako biste spriječili prekomjerno pražnjenje. Na primjer, nakon usvajanja adaptivnih balansnih dioda u određenom sistemu za pohranu energije litijumske baterije, konzistentnost kapaciteta ćelije se povećala za 20%, a životni vijek ciklusa je produžen za 30%.

Funkcija "jednosmjerne izolacije" diode za zaštitu od obrnutog kretanja:
Kada je sistem za skladištenje energije povezan na mrežu, dioda za zaštitu od obrnutog kretanja može sprečiti da struja kvara na strani mreže teče nazad u sistem za skladištenje energije; Kada radi van mreže, može blokirati utjecaj povratne struje na bateriju na strani opterećenja. Nakon usvajanja reverznih zaštitnih dioda u određenom mikromrežnom projektu, fluktuacija napona sistema tokom prebacivanja mreže/isključenja mreže smanjena je za 50%, a stopa kvarova smanjena je za 60%.

4, Microgrid: nevidljiva veza između-saradnje sa više izvora i mrežne sinhronizacije
Kao napredni oblik aplikacije distribuirane energije, mikromreže zahtijevaju trenutno upravljanje kako bi se postigla saradnja sa više{0}}izvora i sinhronizacija mreže. U mikromrežama postoje značajne razlike u izlaznim karakteristikama različitih izvora energije kao što su fotonaponska energija, energija vjetra i skladištenje energije. Ako nije efikasno koordiniran, može dovesti do problema kao što su trenutni sukobi i oscilacije moći; Istovremeno, sinhronizacija mikromreža sa glavnom mrežom mora ispunjavati stroge uslove kao što su napon, frekvencija i faza, inače može izazvati kvarove na mreži.

Doprinos "poboljšanju efikasnosti" sinhronih ispravljačkih dioda:
U DC-DC pretvaračima mikromreža, sinhrona tehnologija ispravljanja može značajno smanjiti gubitke provodljivosti zamjenom tradicionalnih dioda MOSFET-ovima. Na primjer, nakon usvajanja sinhronog ispravljačkog buck pretvarača, efikasnost mikromreže je porasla sa 85% na 95%, dok je smanjen volumen hladnjaka za 30% i poboljšana gustina snage sistema.

Funkcija "sinhrone koordinacije" dioda za kontrolu faze:
U mrežnom pretvaraču mikromreže, dioda za kontrolu faze dinamički prilagođava fazu izlazne struje pretvarača praćenjem faze mrežnog napona, postižući sinhronizaciju sa glavnom mrežom. Nakon usvajanja fazno kontrolisanih dioda u određenom projektu mikromreža, stopa uspješnosti povezivanja na mrežu se povećala sa 90% na 98%, a vrijeme povezivanja na mrežu je skraćeno sa 0,5 sekundi na 0,1 sekundu, što je značajno poboljšalo stabilnost sistema.