सौर पैनलों में डायोड की क्या भूमिका है?

一, बाईपास डायोड: हॉट स्पॉट प्रभाव का "फायरफाइटर"।
1. हॉट स्पॉट प्रभाव का विनाशकारी तंत्र
जब फोटोवोल्टिक मॉड्यूल में कुछ सौर सेल पत्तियों, धूल या छाया से बाधित होते हैं, तो बाधित क्षेत्र बिजली उत्पन्न नहीं कर सकता है और इसके बजाय सर्किट में भार बन जाता है। इस बिंदु पर, अबाधित बैटरी कोशिकाओं द्वारा उत्पन्न धारा को बाधित क्षेत्र के माध्यम से प्रवाहित करने के लिए मजबूर किया जाता है, जिससे स्थानीय तापमान (200 डिग्री या उससे अधिक तक) में तेज वृद्धि होती है, जिससे "हॉट स्पॉट" बनता है। लंबे समय तक हॉट स्पॉट प्रभाव से सेल बर्नआउट, पैकेजिंग सामग्री की उम्र बढ़ने और यहां तक ​​कि आग भी लग सकती है, जो फोटोवोल्टिक प्रणाली की विफलता के मुख्य कारणों में से एक है।
2. बाईपास डायोड का सुरक्षा सिद्धांत
बाईपास डायोड बैटरी स्ट्रिंग के दोनों सिरों पर विपरीत समानांतर में जुड़ा हुआ है, और इसका कार्य तर्क इस प्रकार है:
सामान्य स्थिति: जब बैटरी सेल बिजली उत्पन्न करता है, तो डायोड रिवर्स कटऑफ स्थिति में होता है और सर्किट पर इसका कोई प्रभाव नहीं पड़ता है;
असामान्य स्थिति: जब एक निश्चित बैटरी स्ट्रिंग में रुकावट या खराबी के कारण वोल्टेज में गिरावट का अनुभव होता है, तो डायोड एक आगे का पूर्वाग्रह बनाता है और दोषपूर्ण बैटरी स्ट्रिंग को शॉर्ट सर्किट करता है और क्षतिग्रस्त क्षेत्र को बायपास करने की अनुमति देता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि अन्य सामान्य बैटरी स्ट्रिंग बिजली उत्पन्न करना जारी रखती हैं।
3. उद्योग अभ्यास में अनुकूलन डिजाइन
डायोड मात्रा विन्यास: सिद्धांत रूप में, प्रत्येक बैटरी सेल को एक डायोड के साथ समानांतर में जोड़ा जाना चाहिए, लेकिन लागत और वोल्टेज ड्रॉप सीमाओं के कारण, व्यावहारिक इंजीनियरिंग में, आमतौर पर प्रत्येक 15-24 बैटरी कोशिकाओं में एक डायोड कॉन्फ़िगर किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक 72 सेल बैटरी मॉड्यूल अक्सर "24+24+24" की तीन भाग विधि का उपयोग करता है, जिसमें प्रत्येक 24 सेल एक शॉट्की डायोड (जैसे SB5100, वोल्टेज 100V, वर्तमान 5A का सामना करते हैं) के साथ समानांतर में जुड़े होते हैं।
कम नुकसान वाली सामग्री का चयन: सामान्य सिलिकॉन डायोड (0.7V) की तुलना में शोट्की डायोड अपने काफी कम फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप (0.1-0.2V) के कारण बिजली के नुकसान को कम कर सकते हैं। 10A करंट पर गणना करने पर, सिलिकॉन डायोड की तुलना में शोट्की डायोड की वार्षिक बिजली हानि लगभग 5256Wh कम हो जाती है (प्रति दिन 5 घंटे धूप और 365 दिनों के आधार पर गणना की जाती है)।
एकीकृत डिजाइन प्रवृत्ति: आधुनिक फोटोवोल्टिक मॉड्यूल बाईपास डायोड को जंक्शन बक्से में एकीकृत करते हैं और स्वचालित वेल्डिंग प्रक्रियाओं के माध्यम से उच्च विश्वसनीयता कनेक्शन प्राप्त करते हैं। उदाहरण के लिए, एक अग्रणी निर्माता का स्मार्ट जंक्शन बॉक्स डायोड और सर्किट बोर्ड के बीच संपर्क प्रतिरोध को 0.5m Ω से कम करने और 10 डिग्री के भीतर तापमान वृद्धि को नियंत्रित करने के लिए सतह माउंट तकनीक (SMT) का उपयोग करता है।
2, एंटी रिवर्स चार्जिंग डायोड: रात के समय डिस्चार्ज के लिए एक "वन-वे वाल्व"।
रिवर्स चार्जिंग को रोकने की आवश्यकता
प्रकाश की स्थिति के अभाव में (जैसे कि रात में), सौर पैनल का वोल्टेज बैटरी की तुलना में कम हो सकता है, जिससे बैटरी से पैनल में करंट वापस प्रवाहित हो सकता है, जिससे निम्नलिखित समस्याएं हो सकती हैं:
ऊर्जा हानि: बैटरी पावर की अमान्य खपत;
घटक हीटिंग: बैकफ्लोइंग करंट के कारण बैटरी बोर्ड का तापमान बढ़ जाता है, जिससे पैकेजिंग सामग्री की उम्र बढ़ने में तेजी आती है;
आग का खतरा: लंबे समय तक रिवर्स चार्जिंग से जंक्शन बॉक्स के अंदर आर्क डिस्चार्ज हो सकता है, जिससे आग लग सकती है।
2. एंटी रिवर्स चार्जिंग डायोड का कार्य तंत्र
एंटी रिवर्स चार्जिंग डायोड बैटरी बोर्ड के आउटपुट टर्मिनल से आगे की दिशा में श्रृंखला में जुड़ा हुआ है। इसकी यूनिडायरेक्शनल चालकता सुनिश्चित करती है कि करंट केवल बैटरी बोर्ड से लोड या बैटरी तक प्रवाहित हो सकता है, जो रिवर्स करंट पथ को पूरी तरह से अवरुद्ध कर देता है। उदाहरण के लिए, एक स्वतंत्र फोटोवोल्टिक प्रणाली में, 100W सौर पैनल के आउटपुट टर्मिनल के साथ श्रृंखला में 1N5408 डायोड (वोल्टेज 800V, वर्तमान 3A का सामना करना पड़ता है) को जोड़ने से 24V बैटरी के बैकफ्लो करंट को प्रभावी ढंग से रोका जा सकता है।
3. उद्योग समाधानों का विकास
नियंत्रक एकीकरण: आधुनिक फोटोवोल्टिक नियंत्रकों में आमतौर पर एंटी रिवर्स चार्जिंग फ़ंक्शन (जैसे एमपीपीटी नियंत्रक) बनाए जाते हैं, जो एमओएसएफईटी स्विचिंग ट्यूबों के माध्यम से दोषरहित एंटी रिवर्स चार्जिंग प्राप्त करते हैं, पारंपरिक डायोड समाधानों की तुलना में 3% से अधिक की दक्षता में सुधार करते हैं।
सामग्री नवाचार: सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) शोट्की डायोड धीरे-धीरे सिलिकॉन आधारित डायोड की जगह ले रहे हैं, जो उनके अल्ट्रा-आगे वोल्टेज ड्रॉप (0.3V) और उच्च तापमान स्थिरता (जंक्शन तापमान 200 डिग्री तक) के कारण है। उदाहरण के लिए, एक निश्चित निर्माता का SiC एंटी रिवर्स चार्जिंग डायोड अभी भी 100 डिग्री पर 98% की रूपांतरण दक्षता बनाए रख सकता है, जो सिलिकॉन डायोड की तुलना में 15% अधिक है।
3, फोटोवोल्टिक प्रणालियों में डायोड के व्यापक लाभ
1. विद्युत उत्पादन दक्षता में सुधार
बाईपास डायोड के माध्यम से हॉट स्पॉट प्रभाव से बचकर, आंशिक रूप से बाधित परिस्थितियों में फोटोवोल्टिक मॉड्यूल की बिजली उत्पादन को 20% -30% तक बढ़ाया जा सकता है। उदाहरण के तौर पर 1MW फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन को लेते हुए, वार्षिक बिजली उत्पादन 180000 से 270000 kWh तक बढ़ सकता है। 0.5 युआन/किलोवाट की कीमत पर गणना करने पर, वार्षिक राजस्व 90000 से 135000 युआन तक बढ़ सकता है।
2. विस्तारित सिस्टम जीवनकाल
एंटी रिवर्स चार्जिंग डायोड रात में बैटरी बोर्ड के तापमान में 5 डिग्री की वृद्धि को नियंत्रित करता है, जिससे पैकेजिंग सामग्री (ईवीए) की उम्र बढ़ने की दर 50% कम हो जाती है और घटक का जीवनकाल 25 साल से 30 साल से अधिक हो जाता है।
3. संचालन और रखरखाव लागत कम करें
एकीकृत डायोड डिज़ाइन मैन्युअल निरीक्षण की आवृत्ति को कम करता है। उदाहरण के लिए, एक बुद्धिमान जंक्शन बॉक्स का उपयोग करने वाला एक फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन पारंपरिक समाधानों की तुलना में हॉट स्पॉट विफलता दर को 80% तक कम कर देता है, और औसत वार्षिक संचालन और रखरखाव लागत को 0.02 युआन/डब्ल्यू तक कम कर देता है।
4, उद्योग के रुझान और चुनौतियाँ
1. तकनीकी उन्नयन की दिशा
इंटेलिजेंट डायोड: डायोड जंक्शन तापमान की वास्तविक समय निगरानी और गतिशील समायोजन प्राप्त करने के लिए तापमान सेंसर और ड्राइविंग सर्किट को एकीकृत करना;
विस्तृत बैंडगैप सामग्रियों का अनुप्रयोग: GaN डायोड अपनी पिकोसेकंड स्विचिंग गति के कारण 600V से ऊपर उच्च {{1}वोल्टेज फोटोवोल्टिक प्रणालियों के लिए अल्ट्रा {{0} कम हानि समाधान प्रदान करते हैं;
मॉड्यूलर डिज़ाइन: सिस्टम डिज़ाइन को सरल बनाने और विश्वसनीयता में सुधार करने के लिए डायोड, फ़्यूज़ और सर्ज प्रोटेक्टर्स को लघु मॉड्यूल में एकीकृत करना।
2. लागत नियंत्रण चुनौतियाँ
SiC डायोड के उत्कृष्ट प्रदर्शन के बावजूद, उनकी लागत अभी भी सिलिकॉन-आधारित उपकरणों की तुलना में 3-5 गुना है। उद्योग निम्नलिखित चैनलों के माध्यम से लागत कम कर रहा है:
8-इंच वेफर्स का उत्पादन: SiC डायोड चिप्स की लागत में 40% की कमी;
घरेलू प्रतिस्थापन त्वरण: चीनी निर्माताओं ने टीवीएस डायोड क्षेत्र में 40% अंतरराष्ट्रीय बाजार हिस्सेदारी हासिल की है, और उम्मीद है कि 2025 तक बाईपास डायोड की स्थानीयकरण दर 60% से अधिक हो जाएगी।