Каква е защитната функция на диодите в системите за съхранение на енергия от батерии?

1, Защита срещу обратно зареждане: „еднопосочна{1}}порта“, която блокира обратния поток на енергия
Във фотоволтаичните системи за съхранение на енергия слънчевите панели могат да разреждат батерията в обратна посока през веригата за зареждане през нощта или в дъждовни дни поради напрежение, по-ниско от напрежението на DC шината. Този вид обратен поток на енергия не само консумира енергия от батерията, но също така може да причини нагряване на панела на батерията или дори изгаряне. В този момент диодът против обратно зареждане (като диод на Шотки), свързан последователно във веригата за зареждане, образува физическа изолация чрез своята еднопосочна проводимост: когато напрежението на батерията е по-високо от изходното напрежение на платката на батерията, диодът автоматично се прекъсва, напълно блокирайки пътя на обратния ток.

Като вземем за пример фотоволтаична електроцентрала с мощност 20 MW, спадът на напрежението в права посока на използвания диод против обратно зареждане е само 0,3 V, което е с 60% по-ниско от традиционните силициеви диоди. При ежедневни условия на осветяване от 10 часа, той може да намали загубата на енергия с около 12000kWh годишно. По-важното е, че диодът поддържа стабилни характеристики в широк температурен диапазон от -40 градуса до +150 градуса, ефективно устоявайки на въздействието на екстремни среди като пустини и плата върху производителността на устройството.

2, Потискане на пренапрежението: "защитата за бърза реакция" за преходни удари
Системите за съхранение на енергия могат да генерират преходни пренапрежения от няколкостотин волта по време на превключване на разреждането на заряда, повреда в мрежата или удари на мълния. Диодите TVS (Transient Voltage Suppression) се превърнаха в предпочитано решение за защита на чувствителни устройства като MOSFET и кондензатори в BMS (системи за управление на батерии) поради тяхната пикосекундна скорост на реакция. Когато напрежението превиши напрежението на пробив, TVS диодът провежда в рамките на 10 ⁻¹ ² секунди, ограничавайки пренапрежението до безопасно ниво. Неговата пикова импулсна мощност може да достигне няколко киловата, което е достатъчно, за да се справи с импулсната форма на вълната 8/20 μs, определена в стандарта IEC 61000-4-5.

В измерените данни на определен преобразувател за съхранение на енергия (PCS), след конфигуриране на TVS диоди, скокът на напрежението на системата по време на тестване на мълния намаля от 1200V на 58V и степента на успех на защитата се увеличи до 99,97%. Струва си да се отбележи, че новото поколение TVS диоди от силициев карбид (SiC) намалява напрежението на затягане с 30% и свива обема с 50%, осигурявайки по-добро решение за устройства за съхранение на енергия с висока -плътност.

3, Защита на горещи точки: "интелигентен сплитер" за фотоволтаични модули
В големи фотоволтаични масиви локално препятствие или повреда на компонент може да причини "ефект на гореща точка", причинявайки повишаване на температурата на затъмнените слънчеви клетки над 200 градуса, което води до изгаряне на съединителната кутия или дори пожар. Байпасният диод е свързан антипаралелно към двата края на батерията, за да се създаде интелигентен шунтов механизъм: когато изходното напрежение на даден компонент е по-ниско от това на другите компоненти, байпасният диод автоматично провежда, заобикаляйки дефектния компонент и осигурявайки общата стабилност на изходната мощност на масива.

Диодите на Шотки показват отлична производителност при защита на горещи точки поради тяхната уникална метална полупроводникова структура. Неговото напрежение на проводимост напред е само 0,15-0,3 V, което е с 50% по-ниско от това на обикновените диоди и ефективен шунт може да се формира в момента на проводимост. Сравнителен тест на фотоволтаична електроцентрала с мощност 500kW показа, че след използване на байпасни диоди на Шотки, честотата на повреда на компонентите, причинена от термични петна, намалява от средно 2,3% на година до 0,07%, а генерирането на електроенергия от системата се увеличава с 1,8%.

4, Оптимизиране на загубите при превключване: „невидимата движеща сила“ за ефективно преобразуване на енергия
В DC/DC преобразуватели и инвертори на системи за съхранение на енергия диодите с бързо възстановяване (FRD) значително намаляват загубите при превключване чрез своите характеристики на възстановяване на ниво на наносекунди. Традиционните силициеви диоди генерират обратен ток на възстановяване поради рекомбинация на малцинствени носители при превключване от проводимост към прекъсване, което води до повишено нагряване на превключващата тръба. Чрез оптимизиране на процеса на допинг и структурата на устройството, диодът за бързо възстановяване може да съкрати времето за обратно възстановяване до десетки наносекунди и да увеличи честотата на превключване до над 100kHz.

Като вземем за пример инвертор за съхранение на енергия с мощност 1 MW, след приемането на диоди за бързо възстановяване, загубите при превключване бяха намалени с 42%, а ефективността на системата се увеличи от 96,2% на 97,8%. При прилагането на станции за зареждане на електрически превозни средства тази технология позволява ежедневно спестяване на енергия до 15kWh на станция, еквивалентно на намаляване на емисиите на CO2 с 12 тона годишно. Това, което още повече си струва да очакваме с нетърпение, е, че диодите от силициев карбид (SiC) са постигнали търговски приложения, с намалени с 90% такси за обратно възстановяване в сравнение със силициевите устройства, поставяйки основата за следващото поколение ултраефективни устройства за съхранение на енергия.

5, Сътрудничество с множество сценарии: изграждане на три{1}}система за защита
Съвременните системи за съхранение на енергия често изискват множество диоди, за да работят заедно:

Верига за зареждане: комбинация от диод против обратно зареждане + TVS диод, едновременно постигане на обратна изолация и защита от пренапрежение
Управление на батерията: Диодите на Шотки се използват за балансиране на вериги, докато диодите от силициев карбид оптимизират DC/DC преобразуването
Взаимодействие с мрежата: Диодите за бързо възстановяване подобряват ефективността на инвертора, TVS диодите осигуряват безопасност на свързването към мрежата
Проектният случай на система за съхранение на енергия от контейнерен тип показва, че чрез разумен избор и оформление, диодните компоненти са удължили MTBF (средното време между отказите) на системата до 80 000 часа, намалявайки разходите за експлоатация и поддръжка с 35%. С развитието на устройствата за съхранение на енергия към високо напрежение и голям капацитет тенденцията на интегриране и модулиране на диодите става все по-очевидна. Например, интегрирането на TVS и варистори в един и същ много-пакет на чипове може допълнително да подобри плътността на защитата и скоростта на реакция.