מה ההבדל בין דיודה עוקפת לדיודה נגד הפוך?

1, עקרון עבודה: יישום מובחן של מוליכות חד-כיוונית
דיודה עוקפת: מגן אקטיבי של אפקט הנקודה החמה
דיודת המעקף מחוברת במקביל הפוך לשני הקצוות של המודול הפוטו-וולטאי, תוך ניצול המוליכות החד-כיוונית של הדיודה כדי להשיג הגנה על נקודה תרמית. כאשר מתח המוצא של רכיב יורד עקב חסימה מקומית, תקלה או הזדקנות, הדיודה מתנהלת בכיוון קדימה, מקצרת את הרכיב הפגום ומאפשרת לזרם לעקוף את האזור הבעייתי. לדוגמה, מודול פוטו-וולטאי מסוים מורכב מ-36 תאים סולאריים המחוברים בסדרה. אם אחד מהם לא יכול לייצר חשמל בגלל הצללה, ההתנגדות המקבילה שלו תגדל לפתע, והמתח הכולל של המעגל הסדרתי יתרכז באותו תא, וכתוצאה מכך כתמי חום-גבוהים. בשלב זה, דיודת המעקף המקבילה מוליכה, עוקפת את תא הסוללה הפגום כדי למנוע ממנו להפוך לעומס ולצרוך אנרגיה מתאי סוללה רגילים אחרים. יחד עם זאת, הוא מונע מחומר האריזה להתעוות או מתא הסוללה להיסדק בגלל טמפרטורת רכיבים מוגזמת.

דיודה נגד הפוך: חוסם פסיבי של זרימת זרם חוזרת
דיודות נגד הפוך מחוברות בסדרה עם מיתרים פוטו-וולטאיים או קופסאות משולבות DC, תוך שימוש במוליכות חד-כיוונית כדי למנוע זרימת זרם הפוכה. פונקציות הליבה שלו כוללות:

אנטי זרימה חוזרת של סוללה: במערכת פוטו-וולטאית עצמאית, כאשר הרכיבים אינם מייצרים חשמל בלילה, דיודה נגד הפוך יכולה לחסום את הזרימה ההפוכה של זרם הסוללה לתוך הרכיבים, ולמנוע חימום ופגיעה ברכיבים;
הזרקה הדדית נגד מחרוזת: במיתרים מקבילים, אם ענף חווה ירידה במתח המוצא עקב צללים או תקלות, דיודה נגד הפוך יכולה לחסום את הזרם מענף המתח הגבוה מלזרום חזרה לענף המתח הנמוך, ולמנוע ירידה במתח המוצא הכולל. לדוגמה, תחנת כוח פוטו-וולטאית מכילה 10 מיתרים. אם מיתר אחד חווה ירידה במתח המוצא עקב כיסוי שלג ולא מותקנת דיודה נגד הפוך, הזרמים של המיתרים האחרים יווצרו זרם במחזור דרך המיתר הפגום, וכתוצאה מכך לאובדן יעילות המערכת; לאחר התקנת דיודות נגד הפוך, המחרוזת הפגומה מבודדת ומתח המוצא של המערכת נשאר יציב.
2, תפקיד ליבה: חלוקת עבודה מובחנת למיצוב תפקודי
דיודה עוקפת: ערובה כפולה ליעילות ובטיחות
הערך המרכזי של דיודות עוקף טמון בשמירה על יעילות ייצור החשמל של המערכת ובטיחות הרכיבים. נתונים ניסיוניים מראים שרכיבים ללא דיודות מעקפים יכולים להפחית את הספק הפלט ב-30% -50% כאשר הם חסומים חלקית, וטמפרטורת הנקודה החמה יכולה להגיע ליותר מ-150 מעלות, מה שמאיים ברצינות על תוחלת החיים של הרכיבים; לאחר קביעת התצורה של דיודת המעקף, ניתן לשלוט באובדן הכוח בתוך 5%, וניתן להפחית את טמפרטורת הנקודה החמה מתחת ל-80 מעלות. בנוסף, דיודות עוקפות יכולות להפחית את זמן ההשבתה של המערכת הנגרמת כתוצאה מתקלות ברכיבים ולשפר את היעילות התפעולית.

דיודה נגד הפוך: אבן הפינה של יציבות המערכת
תפקיד הליבה של דיודות נגד הפוך הוא לשמור על יציבות מתח המערכת ויעילות ניצול האנרגיה. בתחנות כוח פוטו-וולטאיות גדולות, הפרשי מתח בין מיתרים עלולים לגרום לזרימה חוזרת של זרם, מה שמוביל לבעיות הבאות:

אובדן אנרגיה: זרם הפוך צורך ייצור חשמל יעיל, ומפחית את יעילות המערכת הכוללת;
נזק לציוד: זרם הפוך לטווח ארוך עלול לגרום לחימום רכיבים, לשריפת תיבת צומת ואפילו שריפה;
כשל בניטור: זרימה חוזרת נוכחית יכולה להפריע לשיפוט המדויק של מערכת הניטור לגבי מצב הרכיבים, ולהגביר את קושי התפעול והתחזוקה.
על ידי התקנת דיודות נגד הפוך, ניתן לחסום ביעילות זרם הפוך, להבטיח שמתח המערכת יישאר יציב בטווח התכנון ולשפר את יעילות העברת האנרגיה ואת אמינות הציוד.
3, מיקום התקנה: פריסה מובחנת של טופולוגיית המעגל
דיודה עוקפת: הגנה ברמת הרכיב
דיודת המעקף מובנית בדרך כלל בתיבת החיבורים של המודול הפוטו-וולטאי ומחוברת במקביל לאחור עם ערכת הסוללות. בהתאם לתכנון הרכיב, ניתן להגדיר כל רכיב עם 1-3 דיודות עוקף. לדוגמה, רכיב של 60 תאי סוללה עשוי להשתמש ב-2 דיודות עוקפות, כל דיודה מגינה על 30 תאי סוללה; אם משתמשים ב-3 דיודות, כל אחד מגן על 20 תאי סוללה יכול לבודד את אזור התקלה בצורה עדינה יותר ולהפחית את אובדן החשמל של תאי סוללה רגילים.

דיודה נגד הפוך: הגנה ברמת המערכת
דיודות נגד הפוך מותקנות בדרך כלל בכניסה של תיבות קומבינר DC או ממירים, המחוברות בסדרה במעגל המוצא של המיתר. בתחנות כוח גדולות, כל מסוף פלט מיתר עשוי להיות מצויד בדיודה אנטי הפוכה אחת; בתיבת המשלב, מיתרים מרובים עשויים לחלוק מודול דיודה נגד הפוך אחד לאחר התכנסות כדי להפחית עלויות ותפוסת מקום. לדוגמה, תחנת כוח פוטו-וולטאית של 1MW מכילה מיתרים של 20 50kW, וניתן להגדיר 4 מודולי דיודה נגד הפוך בקופסת המשלב, כל מודול מגן על 5 מיתרים.

4, קריטריוני בחירה: דרישות שונות להתאמת פרמטרים
דיודה עוקפת: התנגדות מתח, זרם וביצועים תרמיים הם גורמי מפתח
הבחירה של דיודות עוקפות חייבת לעמוד בדרישות הפרמטר הבאות:

מתח עמידה לאחור: הוא צריך להיות גדול מפי 1.5 ממתח המעגל הפתוח של הרכיב. לדוגמה, אם מתח המעגל הפתוח של רכיב הוא 45V, מתח העמידות ההפוכה של דיודת המעקף צריך להיות גדול או שווה ל-67.5V;
זרם קדימה: הוא צריך להיות גדול מפי 1.2 מזרם המעגל הקצר- של הרכיב. לדוגמה, אם זרם המעגל הקצר- של רכיב הוא 9A, הזרם הקדמי של דיודה המעקף צריך להיות גדול או שווה ל-10.8A;
התנגדות תרמית וטמפרטורת צומת: יש צורך להתחשב בסביבת הטמפרטורה הגבוהה בתוך הרכיב (בדרך כלל 20-30 מעלות גבוה יותר מטמפרטורת הסביבה), ולבחור דיודות בעלות התנגדות תרמית נמוכה וטמפרטורת צומת גבוהה. לדוגמה, אם הטמפרטורה הפנימית של רכיב יכולה להגיע ל-85 מעלות, טמפרטורת צומת הדיודה צריכה להיות גדולה או שווה ל-125 מעלות;
ירידת לחץ: ככל שירידה בלחץ נמוכה יותר, אובדן הכוח קטן יותר. דיודות שוטקי משמשות בדרך כלל ברכיבי הספק-נמוכים עקב ירידת מתח (0.2-0.3V), בעוד שדיודות מיישר סיליקון (מפלת מתח 0.7-1V) מתאימות לרכיבים בעלי הספק גבוה.
דיודה נגד הפוך: התנגדות מתח, זרם ופיזור חום הם הליבה
הבחירה של דיודות נגד הפוך חייבת לעמוד בדרישות הפרמטר הבאות:

מתח עמידה לאחור: הוא צריך להיות גדול מפי שניים ממתח הפעולה המרבי של המערכת. לדוגמה, אם מתח ההפעלה המרבי של מערכת הוא 1000V, מתח העמידות לאחור של דיודה נגד הפוך צריך להיות גדול או שווה ל-2000V;
זרם קדימה: הוא צריך להיות גדול מפי 1.5 מזרם הפלט המרבי של המיתר. לדוגמה, אם זרם המוצא המרבי של מיתר מסוים הוא 12A, הזרם הקדמי של דיודה נגד הפוך צריך להיות גדול או שווה ל-18A;
עיצוב פיזור חום: יש צורך לשקול את סביבת הטמפרטורה הגבוהה בתוך קופסת המשלב (בדרך כלל עד 60-80 מעלות), ולבחור מודולים עם התנגדות תרמית נמוכה וגוף חום. לדוגמה, ההתנגדות התרמית של מודול דיודה נגד הפוך מסוים היא 0.5 מעלות/W, מה שיכול להפחית ביעילות את טמפרטורת הצומת;
ירידת מתח וצריכת חשמל: ככל שמפל המתח נמוך יותר, כך יעילות המערכת גבוהה יותר. ירידת המתח של מודולי דיודה פוטו-וולטאיים ייעודיים נגד הפוך יכולה להיות נמוכה עד 1.0-1.5V, מה שמפחית את צריכת החשמל ב-20%-30% בהשוואה למודולים רגילים (1.5-2V).
5, מקרה יישום מעשי: ביטוי טיפוסי של ערך שיתופי
מקרה 1: אופטימיזציה של דיודות עוקפות בתחנת כוח פוטו-וולטאית של 50MW
תחנת הכוח תוכננה במקור עם דיודה עוקפת אחת לכל רכיב, אך מאוחר יותר התגלה כי אובדן הכוח עדיין הגיע ל-15% כאשר חסימה חלקית. על ידי אימוץ תכנית של שימוש ב-3 דיודות עוקפות לכל רכיב, אובדן ההספק מצטמצם מתחת ל-5%, וייצור החשמל השנתי גדל בכ-2%. במקביל, טמפרטורת הנקודה החמה ירדה מ-120 מעלות ל-70 מעלות, ושיעור הכשל ברכיבים ירד ב-40%.

מקרה 2: תיקון דיודה נגד הפוך של תחנת כוח פוטו-וולטאית של 10MW
תחנת הכוח לא הייתה מצוידת במקור בדיודות אנטי רוורס, והזרימה האחורית הנוכחית בין הסדרות הביאה לאובדן של 8% ביעילות המערכת, ו-3-5 תאונות שריפה של קופסאות צומת מתרחשות מדי שנה. על ידי התקנת מודולי דיודה אנטי הפוכה פוטו-וולטאיים ספציפיים בקופסת המשלב, יעילות המערכת משתפרת ב-5%, שיעור הכשל של תיבת החיבורים מצטמצם לאפס, ועלויות התפעול והתחזוקה מופחתות ב-30%.