מדוע פאנלים סולאריים דורשים דיודות מעקף?

一, אפקט נקודה חמה: 'הרוצח הבלתי נראה' של מערכות פוטו-וולטאיות
1. מנגנון היווצרות של אפקט נקודה חמה
כאשר אחד או קבוצה של תאים סולאריים בפאנל סולארי אינם יכולים לייצר חשמל עקב חסימה (כגון עלים, צואת ציפורים, צללי בניין), זיהום או נזק, ההתנגדות הפנימית שלו תגדל בחדות, ותהפוך ל"עומס" במעגל הסדרתי. בשלב זה, הזרם שנוצר על ידי תאי סוללה אחרים הפועלים כרגיל ימשיך לעבור דרך האזור הפגום, ויגרום לטמפרטורה המקומית לעלות במהירות מעל 200 מעלות, וליצור "נקודה חמה". הטמפרטורה הגבוהה הזו לא רק מאיצה את ההזדקנות של חומרי תאי הסוללה, אלא גם עלולה לגרום לשריפה של רכיבים כמו קופסאות חיבור ולוחיות אחוריות, ואף להוביל לשריפות.
2. תגובת שרשרת של אפקט נקודה חמה
אובדן חשמל: יעילות ייצור החשמל של התאים הסולאריים באזור הנקודה החמה מצטמצמת לאפס, והיא תצרוך את האנרגיה של תאים סולאריים רגילים אחרים, וכתוצאה מכך ירידה של 10% -30% בהספק המוצא של כל הרכיב.
פירוק חומר: טמפרטורות גבוהות גורמות לפירוק של סרט EVA, לוח אחורי וחומרים אחרים, משחררים גזים מזיקים ומקצרים את תוחלת החיים של הרכיבים.
סיכון להתרסקות מערכת: בתחנות כוח פוטו-וולטאיות גדולות, אפקט הנקודה החמה עלולה לגרום לכשלים מדורגים, שיובילו לכיבוי של המערך כולו.
2, דיודה עוקפת: הפתרון האולטימטיבי לאפקט נקודה חמה
1. עקרון עבודה: "שאנט אינטליגנטי" לזרם
דיודת המעקף מחוברת בדרך כלל במקביל הפוך בשני הקצוות של מחרוזת הסוללה, ותפקידה המרכזי הוא להשיג מיתוג מושכל של נתיב הזרם באמצעות הולכה דינמית וחיתוך:
מצב עבודה רגיל: כאשר כל תאי הסוללה מייצרים חשמל כרגיל, הדיודה נמצאת במצב ניתוק הפוך ואין לה השפעה על המעגל.
מצב תקלה: כאשר סדרה של תאי סוללה חסומה או פגומה, מה שגורם למתח ההטיה ההפוכה לעבור את הסף, הדיודה מוליכה בכיוון קדימה, מקצרת את אזור התקלה וגורמת לזרם לעקוף את תאי הסוללה הפגומים ולזרום לעומס דרך הדיודה.
מצב שחזור: לאחר הסרת החסימה או ביטול התקלה, הדיודה חוזרת אוטומטית למצב הניתוק, והרכיב חוזר להפקת חשמל רגילה.
2. פרמטרים טכניים מרכזיים
מתח הולכה קדימה: בשל מאפיין חצי מגע הזהב, מתח ההולכה של דיודות שוטקי מופחת ל-0.2-0.4V, נמוך בהרבה מה-0.6-0.8V של דיודות צומת PN, מה שיכול להפחית משמעותית את החימום העצמי.
מתח התפרקות הפוך: הוא צריך להיות גדול מפי 1.2 ממתח המעגל הפתוח של מחרוזת הסוללה כדי למנוע התמוטטות- במתח גבוה.
מקדם התנגדות תרמית: עיצוב התנגדות תרמית נמוכה (כגון אריזות קרמיות) יכול להאיץ את פיזור החום ולהימנע מכשל בדיודה עקב טמפרטורה גבוהה.
מהירות תגובה: זמן התגובה המיתוג של דיודות שוטקי הוא פחות מ-10ns, מה שיכול להגיב במהירות להשפעות חולפות של נקודה תרמית.
3. תרחישי יישום אופייניים
מערכת פוטו-וולטאית גג: חסימה תכופה הנגרמת על ידי עלים, שלג וכו', דיודות עוקפות יכולות למנוע מחסימה מקומית לגרום לכל מחרוזת הסוללות להיכשל.
תחנת כוח פוטו-וולטאית חקלאית: צמיחת היבול עשויה לחסום את הפאנלים הסולאריים, ודיודות יכולות לשמור על המשכיות ייצור החשמל.
תחנת כוח פוטו-וולטאית מדברית: הצטברות אבק עלולה לגרום בקלות לנקודות חמות, ודיודות יכולות להגן על רכיבים מפני נזק בטמפרטורה גבוהה.
3, תקני תעשייה ותקני בדיקה: הבטחת האמינות של דיודות עוקפות
1. מערכת תקן בינלאומית
IEC 62979:2017: מגדיר את "בדיקת בריחת תרמית" עבור דיודות עוקפות, המחייבות את הדיודה לעמוד פי 1.25 מזרם המעגל הקצר- למשך שעה אחת בסביבת טמפרטורה גבוהה של 90 מעלות, ולאחר מכן לעבור באופן מיידי למצב הטיה הפוכה כדי להבטיח שהטמפרטורה לא תמשיך לעלות בצומת.
IEC 61215: נקבע שדיודות חייבות לעבור בדיקות הסתגלות סביבתיות כגון "מבחן הקפאה רטובה" ו"בדיקת רכיבה תרמית" כדי לאמת את מהימנותן בטמפרטורות קיצוניות הנעות בין -40 מעלות ל-+85 מעלות.
2. מצבי כשל ואמצעי הגנה
סיבות כשל: התמוטטות דיודה הנגרמת על ידי טמפרטורה גבוהה וזרם גבוה, בריחת תרמית הנגרמת על ידי זרם דליפה הפוך, וניתוק מפרק הלחמה שנגרם על ידי מתח מכני.
תוכנית הגנה:
עיצוב מיותר: דיודות גיבוי מקבילות מחוברות בתיבת החיבורים, אשר עוברות אוטומטית כאשר הדיודה הראשית נכשלת.
ניטור חכם: ניטור בזמן אמת של טמפרטורת צומת דיודה באמצעות חיישני טמפרטורה, הפעלת אזהרות או הפסקות חשמל אוטומטיות.
שדרוג חומר: באמצעות דיודות סיליקון קרביד (SiC), התנגדות הטמפרטורה שופרה למעל 200 מעלות, ותוחלת החיים הוארכה ל-20 שנה.
4, מגמת שוק: מהגנה פסיבית לאופטימיזציה אקטיבית
1. גידול נפיץ בביקוש
על פי תחזיות התעשייה, הביקוש העולמי לדיודות עוקפות פוטו-וולטאיות צפוי להגיע ל-3.6 מיליארד יחידות עד 2025 ולעלות על 4 מיליארד יחידות עד 2026. כיצרנית הגדולה בעולם של מודולים פוטו-וולטאיים, נפח הייצוא של סין הגיע ל-238.8GW בשנת 2024, מה שמניע את ההתרחבות המתמשכת של שוק הדיודות המעקפות.
2. כיוון איטרציה טכנית
דיודת שחזור חכמה: נשלטת על ידי MCU, כוונן באופן דינמי את סף ההולכה של הדיודה כדי לייעל את יעילות ייצור החשמל בתנאי מיגון.
עיצוב משולב: שילוב דיודות עם תיבות חיבור ומחברים להפחתת נפח ועלות הרכיבים.
תהליך נטול עופרת: תואם לתקני RoHS, מפחית סיכוני זיהום סביבתי.
3. ניתוח עלות תועלת
אם ניקח כדוגמה תחנת כוח פוטו-וולטאית של 100MW, הגדרת דיודות עוקפות יכולה להפחית את אובדן הכוח הנגרם על ידי כתמים תרמיים מ-15% מתחת ל-3%, להגדיל את ייצור החשמל השנתי בכ-12 מיליון קוט"ש, ותקופת החזר של 2-3 שנים בלבד.