फोटोवोल्टिक सरणियों के श्रृंखला कनेक्शन में डायोड की मुख्य भूमिका क्या है?

1, तकनीकी सिद्धांत: यूनिडायरेक्शनल चालकता कार्यात्मक नींव रखती है
डायोड की मुख्य विशेषता यूनिडायरेक्शनल चालकता है, जिसका अर्थ है आगे चालन और रिवर्स कटऑफ। यह विशेषता पीएन जंक्शन की अर्धचालक भौतिक संरचना द्वारा निर्धारित की जाती है: जब पीएन जंक्शन पर एक आगे वोल्टेज लागू किया जाता है, तो वाहक प्रसार एक धारा बनाता है; रिवर्स वोल्टेज के तहत, कमी परत की चौड़ाई बढ़ जाती है और करंट लगभग शून्य हो जाता है। फोटोवोल्टिक सरणियों में, डायोड इस विशेषता के माध्यम से तीन प्रमुख कार्य प्राप्त करते हैं:
एंटी बैकफ्लो सुरक्षा
कम रोशनी की स्थिति जैसे रात या बादल वाले दिनों में, फोटोवोल्टिक सेल बिजली पैदा करना बंद कर देते हैं। यदि सिस्टम एंटी बैकफ्लो डायोड से सुसज्जित नहीं है, तो बैटरी या ग्रिड से करंट वापस फोटोवोल्टिक सरणी में प्रवाहित हो सकता है, जिससे कोशिकाएं गर्म हो सकती हैं या जल भी सकती हैं। उदाहरण के लिए, एक ऊर्जा भंडारण प्रणाली में, एक अवरोधक डायोड फोटोवोल्टिक स्ट्रिंग और बैटरी के बीच श्रृंखला में जुड़ा होता है। जब फोटोवोल्टिक वोल्टेज बैटरी वोल्टेज से कम होता है, तो डायोड स्वचालित रूप से कट जाता है, रिवर्स करंट को रोकता है और घटक सुरक्षा की रक्षा करता है।
हॉट स्पॉट प्रभाव का निषेध
जब फोटोवोल्टिक सरणी में एक निश्चित सेल बाधित या क्षतिग्रस्त हो जाता है, तो इसका आंतरिक प्रतिरोध तेजी से बढ़ जाता है, श्रृंखला सर्किट में "लोड" बन जाता है, अन्य सामान्य कोशिकाओं द्वारा उत्पन्न ऊर्जा का उपभोग करता है, जिससे स्थानीय तापमान 200 डिग्री से ऊपर बढ़ जाता है, जिससे एक गर्म स्थान बनता है। हॉट स्पॉट न केवल बैटरी सेल सामग्री की उम्र बढ़ने में तेजी लाते हैं, बल्कि जंक्शन बॉक्स और बैकप्लेट जैसे घटकों के जलने का कारण भी बन सकते हैं। बाईपास डायोड बैटरी स्ट्रिंग के दोनों सिरों के समानांतर जुड़ा हुआ है। जब हॉट स्पॉट क्षेत्र में वोल्टेज की ध्रुवीयता उलट जाती है, तो डायोड आगे की दिशा में संचालित होता है, जिससे शेष बिजली उत्पादन कार्य को बनाए रखते हुए गलती क्षेत्र में ओवरहीटिंग से बचने के लिए करंट के लिए कम प्रतिरोध बाईपास पथ प्रदान किया जाता है।
दोष शाखा अलगाव
बड़े फोटोवोल्टिक बिजली संयंत्रों में, सरणी आमतौर पर समानांतर में जुड़े बैटरी पैक की कई श्रृंखलाओं से बनी होती है। यदि बैटरी पैक की एक निश्चित स्ट्रिंग में रुकावट या खराबी के कारण आउटपुट वोल्टेज में कमी का अनुभव होता है, तो अन्य सामान्य शाखाओं की धारा कम वोल्टेज शाखा के माध्यम से एक लूप बना सकती है, जिससे ऊर्जा हानि हो सकती है। आइसोलेशन डायोड प्रत्येक बैटरी पैक के आउटपुट टर्मिनलों से श्रृंखला में जुड़े होते हैं। जब एक निश्चित शाखा का वोल्टेज असामान्य होता है, तो डायोड वर्तमान बैकफ़्लो को रोकने और अन्य शाखाओं के सामान्य संचालन को सुनिश्चित करने के लिए रिवर्स में कट जाएगा।
2, अनुप्रयोग परिदृश्य: घटक स्तर से सिस्टम स्तर तक पूर्ण श्रृंखला सुरक्षा
डायोड का अनुप्रयोग फोटोवोल्टिक सरणी डिजाइन, स्थापना और संचालन के पूरे जीवन चक्र के दौरान चलता है, और इसका मूल्य निम्नलिखित परिदृश्यों में विशेष रूप से प्रमुख है:
छत पर लगी फोटोवोल्टिक प्रणाली
छत के फोटोवोल्टिक सरणियाँ पत्तियों, बर्फ, इमारत की छाया और अन्य कारकों से रुकावट के प्रति संवेदनशील होती हैं, जिससे स्थानीय सेल बिजली उत्पादन दक्षता में तेज गिरावट आती है। उदाहरण के तौर पर 10kW रूफटॉप फोटोवोल्टिक प्रणाली को लेते हुए, यदि बाईपास डायोड कॉन्फ़िगर नहीं किए गए हैं, तो एक सेल को अवरुद्ध करने से पूरे मॉड्यूल के लिए 30% से अधिक की बिजली हानि हो सकती है; बाईपास डायोड को अपनाने के बाद, बिजली हानि को 5% के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे सिस्टम की बिजली उत्पादन में काफी सुधार होता है।
कृषि फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन
"कृषि फोटोवोल्टिक पूरक" परियोजना में, फसल की वृद्धि फोटोवोल्टिक पैनलों में बाधा डाल सकती है, और सिंचाई और उर्वरक जैसी कृषि गतिविधियां आसानी से मॉड्यूल फाउलिंग का कारण बन सकती हैं। बाईपास डायोड रुकावट या गंदगी के कारण होने वाली वोल्टेज विसंगतियों पर तुरंत प्रतिक्रिया कर सकते हैं, जिससे थर्मल स्पॉट प्रभावों के कारण घटकों को होने वाली दीर्घकालिक क्षति से बचा जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक 50MW कृषि फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन ने बाईपास डायोड के लेआउट को अनुकूलित किया, घटक विफलता दर को 40% तक कम किया और वार्षिक बिजली उत्पादन में लगभग 8 मिलियन kWh की वृद्धि की।
डेजर्ट फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन
रेगिस्तानी वातावरण में रेत और धूल के बार-बार जमा होने से घटक सतहों पर स्थानीयकृत गंदगी की परतें बन सकती हैं, जिससे गर्म स्थान बन सकते हैं। इसके अलावा, दिन और रात के बीच बड़े तापमान का अंतर बैटरी कोशिकाओं के थर्मल विस्तार और संकुचन का कारण बन सकता है, जिससे छिपी हुई दरारें हो सकती हैं। आइसोलेशन डायोड और बाईपास डायोड का सहक्रियात्मक उपयोग दोषपूर्ण शाखाओं को अलग कर सकता है और हॉट स्पॉट धाराओं को मोड़ सकता है, जिससे घटक बर्नआउट का जोखिम 90% से अधिक कम हो जाता है।
3, उद्योग अभ्यास: मानक विशिष्टताओं से तकनीकी नवाचार तक विकास
फोटोवोल्टिक उद्योग के बड़े पैमाने पर विकास के साथ, डायोड का अनुप्रयोग एक एकल कार्य से बुद्धिमत्ता और एकीकरण तक विकसित हुआ है, और उद्योग के मानदंडों और तकनीकी मानकों में सुधार जारी है
अंतर्राष्ट्रीय मानक प्रणाली
आईईसी 62979:2017: बाईपास डायोड के लिए "थर्मल रनअवे टेस्ट" को परिभाषित करता है, जिसके लिए डायोड को 90 डिग्री के उच्च तापमान वाले वातावरण में 1 घंटे के लिए 1.25 गुना शॉर्ट सर्किट करंट का सामना करना पड़ता है, और फिर तुरंत रिवर्स बायस स्थिति में स्विच करना पड़ता है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि जंक्शन तापमान में वृद्धि जारी न रहे।
आईईसी 61215: यह निर्धारित किया गया है कि डायोड को -40 डिग्री से लेकर +85 डिग्री तक के अत्यधिक तापमान पर अपनी विश्वसनीयता सत्यापित करने के लिए "वेट फ्रीजिंग टेस्ट" और "थर्मल साइक्लिंग टेस्ट" जैसे पर्यावरणीय अनुकूलन परीक्षणों से गुजरना होगा।
सामग्री और प्रक्रियाओं में नवाचार
शोट्की डायोड: गोल्ड हाफ कॉन्टैक्ट विशेषता को अपनाते हुए, चालन वोल्टेज को 0.2-0.4V तक कम कर दिया जाता है, जिससे पारंपरिक पीएन जंक्शन डायोड (0.6-0.8V) की तुलना में सेल्फ हीटिंग 50% से अधिक कम हो जाता है, जो उच्च-घनत्व पैकेजिंग परिदृश्यों के लिए उपयुक्त है।
सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) डायोड: उनके तापमान प्रतिरोध को 200 डिग्री से अधिक सुधार दिया गया है, और उनका जीवनकाल 20 साल तक बढ़ा दिया गया है, जो रेगिस्तान और पठार जैसे चरम वातावरण की जरूरतों को पूरा कर सकता है।
बुद्धिमान पुनर्निर्माण डायोड: एमसीयू नियंत्रण के माध्यम से चालन सीमा को गतिशील रूप से समायोजित करना, परिरक्षण स्थितियों के तहत बिजली उत्पादन दक्षता को अनुकूलित करना, जैसे स्वचालित रूप से चालन वोल्टेज को कम करना और आंशिक रूप से परिरक्षित होने पर बिजली हानि को कम करना।
सिस्टम एकीकरण रुझान
जंक्शन बक्से का एकीकरण: घटक की मात्रा और लागत को कम करने के लिए जंक्शन बक्से और कनेक्टर्स के साथ बाईपास डायोड को एकीकृत करना। उदाहरण के लिए, एक निश्चित उद्यम द्वारा लॉन्च किया गया एक स्मार्ट जंक्शन बॉक्स तापमान सेंसर और डायोड को एकीकृत करता है, जो वास्तविक समय में जंक्शन तापमान की निगरानी कर सकता है और थर्मल भगोड़े से बचने के लिए चेतावनी ट्रिगर कर सकता है।
सीसा रहित प्रक्रिया: RoHS मानकों का अनुपालन करती है, पर्यावरण प्रदूषण के जोखिमों को कम करती है, और फोटोवोल्टिक उद्योग के हरित परिवर्तन को बढ़ावा देती है।
4, आर्थिक लाभ और बाज़ार की संभावनाएँ
डायोड का उपयोग न केवल फोटोवोल्टिक प्रणालियों की सुरक्षा को बढ़ाता है, बल्कि महत्वपूर्ण आर्थिक लाभ भी लाता है। उदाहरण के तौर पर 100MW फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन लेना:
बिजली उत्पादन में वृद्धि: बाईपास डायोड स्थापित करने से हॉट स्पॉट के कारण होने वाली बिजली हानि को 15% से घटाकर 3% से कम किया जा सकता है, जिससे वार्षिक बिजली उत्पादन में लगभग 12 मिलियन kWh की वृद्धि हो सकती है।
संचालन और रखरखाव लागत में कमी: फॉल्ट ब्रांच आइसोलेशन फ़ंक्शन घटक प्रतिस्थापन की आवृत्ति को कम कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप संचालन और रखरखाव लागत में 20% -30% की कमी आती है।
छोटी निवेश वापसी अवधि: बिजली उत्पादन और लागत बचत में व्यापक वृद्धि के साथ, निवेश वापसी अवधि में केवल 2-3 साल लगते हैं।
उद्योग की भविष्यवाणियों के अनुसार, फोटोवोल्टिक बाईपास डायोड की वैश्विक मांग 2025 तक 3.6 बिलियन यूनिट तक पहुंचने और 2026 तक 4 बिलियन यूनिट से अधिक होने की उम्मीद है। फोटोवोल्टिक मॉड्यूल के दुनिया के सबसे बड़े उत्पादक के रूप में, चीन की निर्यात मात्रा 2024 में 238.8GW तक पहुंच गई, जिससे बाईपास डायोड बाजार का निरंतर विस्तार हो रहा है। भविष्य में, सामग्री विज्ञान और बुद्धिमान नियंत्रण प्रौद्योगिकी की प्रगति के साथ, डायोड उच्च विश्वसनीयता, कम नुकसान और अधिक बुद्धिमत्ता की ओर विकसित होंगे, जो वैश्विक ऊर्जा संक्रमण के लिए ठोस समर्थन प्रदान करेंगे।