Hoe helpen diodes bij het stroombeheer in gedistribueerde energiesystemen?

1, fotovoltaïsch systeem: dubbele bescherming van hotspotbescherming en energieterugwinning
Als kerneenheid van gedistribueerde energie worden fotovoltaïsche modules geconfronteerd met twee grote uitdagingen bij het stroombeheer: hotspot-effect en nachtelijke tegenstroom. Wanneer een component gedeeltelijk wordt geblokkeerd of de prestaties van de batterijcellen verslechteren, zal de stroom die door de onbelemmerde batterijcellen wordt gegenereerd volledig door het geblokkeerde gebied stromen, waardoor de lokale temperatuur boven de 150 graden stijgt, waardoor er hotspots ontstaan ​​en componenten doorbranden of zelfs brand veroorzaken. Volgens statistieken hebben fotovoltaïsche systemen zonder bypass-diodes binnen vijf jaar een 47% hoger uitvalpercentage in vergelijking met standaardconfiguratiesystemen, en kan het verlies aan energieopwekking als gevolg van hotspot-effecten oplopen tot meer dan 5% van de totale energieopwekking.

De rol van "brandweerman" in bypass-diodes:
De bypass-diode geleidt, dankzij unidirectionele geleidbaarheid, automatisch wanneer er een hotspot optreedt, waardoor een bypass-kanaal met lage weerstand wordt geboden voor de defecte batterijcel, waardoor de stroom het hoge -temperatuurgebied kan omzeilen. Als bijvoorbeeld in een pakket van 72 batterijen één batterij een plotselinge daling van de uitgangsstroom naar 1A ervaart als gevolg van obstructie, terwijl andere batterijen nog steeds 8A stroom kunnen genereren, zonder een bypass-diode te installeren, wordt de uitgangsstroom van het hele pakket beperkt tot 1A, wat resulteert in ernstig energieverspilling; Na het installeren van de bypass-diode geleidt de diode die overeenkomt met de defecte eenheid binnen 0,1 seconde, waardoor de interne weerstand wordt verminderd van megaohm naar milliohm, waardoor de energieopwekkingsefficiëntie van het onderdeel met 30% -40% wordt verhoogd. Een casestudy van een gedistribueerde fotovoltaïsche elektriciteitscentrale in Duitsland laat zien dat na het installeren van gesegmenteerde bypass-diodes het verlies aan stroomopwekking als gevolg van boombedekking daalde van gemiddeld 8% per jaar naar 2,5%.

De "poortwachter"-functie van blokkeerdiodes:
Wanneer fotovoltaïsche modules 's nachts of in extreme weersomstandigheden stoppen met het opwekken van elektriciteit, en er geen blokkerende diodes zijn geïnstalleerd, zal de stroom die door andere elektriciteitsopwekkende modules wordt gegenereerd, terugvloeien door de niet-genererende modules, waardoor tegenstroom wordt gevormd, wat resulteert in energieverlies (3% -5% van de dagelijkse energieopwekking) en het versnellen van celveroudering. Een blokkeerdiode vormt een megaohm-weerstand wanneer deze in tegengestelde richting wordt voorgespannen, waardoor de tegenstroom volledig wordt geblokkeerd en ervoor wordt gezorgd dat de stroom alleen in voorwaartse richting kan stromen. Na het gebruik van hoogwaardige blokkeerdiodes in een gedistribueerd fotovoltaïsch project is de verwachte levensduur van de componenten verhoogd van 20 naar 25 jaar, en zijn de totale inkomsten uit energieopwekking tijdens de levenscyclus met 18% gestegen.

Materiaalinnovatie verbetert de beschermingsefficiëntie:
Traditionele op silicium-gebaseerde diodes hebben een sperspanning tot 1000 V en zijn geschikt voor grote fotovoltaïsche energiecentrales; Schottky-diodes zijn zeer geliefd in gedistribueerde fotovoltaïsche zonne-energie vanwege hun ultra-lage spanningsval in voorwaartse richting van 0,3 V. Als we een systeem van 10 kW als voorbeeld nemen, kan het gebruik van Schottky-diodes het energieverlies met ongeveer 30 kWh per jaar verminderen. Bovendien maken grafeendiodes gebruik van nul-bandgap-karakteristieken om een ​​responssnelheid op nanosecondeniveau te bereiken, die drie ordes van grootte sneller is dan gewone diodes op microsecondeniveau-responssnelheid in dynamische schaduwscènes (zoals snelle beweging van wolkenlagen), waardoor verliezen op het gebied van energieopwekking verder worden verminderd.

2, Windenergiesysteem: synergetische verbetering van harmonische onderdrukking en converterbescherming
Als belangrijke aanvulling op gedistribueerde energie moeten windenergiesystemen twee grote uitdagingen in het huidige beheer aanpakken: harmonische vervuiling en bescherming van omvormers. Het wisselstroomvermogen van windturbines bevat een grote hoeveelheid harmonischen. Als het rechtstreeks op het elektriciteitsnet wordt aangesloten, zal dit problemen veroorzaken zoals spanningsschommelingen en een afname van de arbeidsfactor; Tegelijkertijd zullen de schakelelementen van de omvormer (zoals IGBT), als de kernstroomconversie-eenheid van het windenergiesysteem, omgekeerde herstelstroom genereren wanneer ze zijn uitgeschakeld. Als dit niet op tijd wordt onderdrukt, kan dit de apparaten beschadigen en systeemstoringen veroorzaken.

De "filter" -functie van diodes in harmonische onderdrukking:
Bij het rectificatieproces van windenergieconverters zet een gelijkrichtbrug bestaande uit diodes wisselstroom om in gelijkstroom, waardoor een stabiele input wordt geleverd voor volgende omvormers. Door diodeparameters zoals voorwaartse spanningsval en omgekeerde hersteltijd te optimaliseren, kan de harmonische inhoud tijdens gelijkrichting worden verminderd. Gebruik bijvoorbeeld een gelijkrichtbrug met ultrasnelle hersteldiodes (reverse recovery time<50ns) can reduce harmonic distortion by 15% and improve power quality compared to traditional diodes (reverse recovery time>200 ns).

Het voordeel van "snelle reactie" bij de bescherming van omvormers:
Wanneer de schakelelementen van de omvormer zijn uitgeschakeld, fungeert de diode als een vrijloopelement, waardoor een vrijlooppad voor de inductorstroom wordt geboden om stroomterugstroming en schade aan de schakelelementen te voorkomen. Als we siliciumcarbidediodes (SiC) als voorbeeld nemen, kan hun omgekeerde hersteltijd worden verkort tot 15 ns, wat 3 tot 10 keer sneller is dan siliciumdiodes (50 tot 200 ns), waardoor de schakelverliezen aanzienlijk worden verminderd en de systeemefficiëntie wordt verbeterd. Na het gebruik van SiC-diodes in een bepaalde windenergie-omvormer steeg de systeemefficiëntie van 96% naar 98%, terwijl het volume van het koellichaam met 40% afnam, wat hielp om het totale gewicht van de machine te verminderen.

3, Energieopslagsysteem: technologische doorbraak in het saldo van de ladingsontlading en omgekeerde bescherming
Als de "energiebuffer" van gedistribueerde energie moet het huidige beheer van energieopslagsystemen het laden en ontladen in evenwicht brengen met omgekeerde bescherming. Als tijdens het laad- en ontlaadproces van een batterijpakket de toestanden van elke batterijcel inconsistent zijn (zoals verschillen in capaciteit en interne weerstand), kan dit leiden tot overladen of overmatig ontladen van sommige cellen, veroudering versnellen en veiligheidsrisico's veroorzaken; Tegelijkertijd, als de tegenstroom niet effectief wordt geblokkeerd tijdens het op het elektriciteitsnet aangesloten of buiten het elektriciteitsnet schakelen van het energieopslagsysteem, kan dit de apparatuur beschadigen en de stabiliteit van het elektriciteitsnet beïnvloeden.

Intelligente regelfunctie van gebalanceerde diode:
In het batterijbeheersysteem bewaakt de balanceringsdiode de spanning van elke batterijcel en geleidt tijdens het opladen automatisch het bypass-kanaal van de hoogspanningsbatterijcel om overladen te voorkomen; Zorg voor een aanvullend kanaal voor laagspanningscellen tijdens het ontladen om overontlading te voorkomen. Na het gebruik van adaptieve balanceringsdiodes in een bepaald energieopslagsysteem met lithiumbatterijen nam de consistentie van de celcapaciteit bijvoorbeeld met 20% toe en werd de levensduur van de cyclus met 30% verlengd.

De "unidirectionele isolatie" -functie van de omgekeerde beveiligingsdiode:
Wanneer het energieopslagsysteem op het elektriciteitsnet is aangesloten, kan de omgekeerde beveiligingsdiode voorkomen dat de foutstroom aan de netwerkzijde terugvloeit naar het energieopslagsysteem; Bij gebruik buiten het elektriciteitsnet kan het de impact van tegenstroom op het accupakket aan de belastingzijde blokkeren. Na het toepassen van omgekeerde beschermingsdiodes in een bepaald microgridproject, werd de spanningsfluctuatie van het systeem tijdens het schakelen tussen het net en het net met 50% verminderd, en het uitvalpercentage met 60%.

4, Microgrid: een onzichtbare link tussen multi-samenwerking met bronnen en netwerksynchronisatie
Als geavanceerde toepassingsvorm van gedistribueerde energie vereisen microgrids actueel beheer om multi{0}}samenwerking met bronnen en netwerksynchronisatie te realiseren. In microgrids zijn er aanzienlijke verschillen in de outputkarakteristieken van verschillende energiebronnen, zoals fotovoltaïsche zonne-energie, windenergie en energieopslag. Als het niet effectief wordt gecoördineerd, kan dit leiden tot problemen zoals huidige conflicten en machtsschommelingen; Tegelijkertijd moet de synchronisatie van microgrids met het hoofdnet voldoen aan strikte voorwaarden zoals spanning, frequentie en fase, anders kan het netstoringen veroorzaken.

De bijdrage van "efficiëntieverbetering" van synchrone gelijkrichterdiodes:
In DC-DC-converters van microgrids kan synchrone rectificatietechnologie de geleidingsverliezen aanzienlijk verminderen door traditionele diodes te vervangen door MOSFET's. Na het gebruik van een buck-converter met synchrone rectificatie is de efficiëntie van een microgrid bijvoorbeeld gestegen van 85% naar 95%, terwijl het volume van de koellichamen met 30% is verminderd en de vermogensdichtheid van het systeem is verbeterd.

De functie "synchrone coördinatie" van fasecontrolediodes:
In de netgekoppelde omvormer van het microgrid past de fasecontrolediode de fase van de uitgangsstroom van de omvormer dynamisch aan door de fase van de netspanning te bewaken, waardoor synchronisatie met het hoofdnet wordt bereikt. Na het gebruik van fasegestuurde diodes in een bepaald microgridproject steeg het succespercentage van de netaansluiting van 90% naar 98% en werd de netaansluitingstijd verkort van 0,5 seconden naar 0,1 seconden, waardoor de systeemstabiliteit aanzienlijk werd verbeterd.