Comment les diodes contribuent-elles à la gestion du courant dans les systèmes énergétiques distribués ?

1, système photovoltaïque : double protection de protection des points chauds et récupération d’énergie
En tant qu'unité centrale de l'énergie distribuée, les modules photovoltaïques sont confrontés à deux défis majeurs dans la gestion du courant : l'effet de point chaud et le courant inverse nocturne. Lorsqu'un composant est partiellement obstrué ou que les performances des cellules de la batterie se détériorent, le courant généré par les cellules de la batterie non obstruées circulera entièrement à travers la zone obstruée, provoquant une hausse de la température locale au-dessus de 150 degrés, formant des points chauds et provoquant l'épuisement des composants, voire un incendie. Selon les statistiques, les systèmes photovoltaïques sans diodes de dérivation ont un taux de défaillance 47 % plus élevé en 5 ans par rapport aux systèmes de configuration standard, et la perte de production d'énergie causée par les effets de points chauds peut atteindre plus de 5 % de la production totale d'électricité.

Le rôle de « pompier » dans les diodes by-pass :
La diode de dérivation, grâce à une conductivité unidirectionnelle, conduit automatiquement lorsqu'un point chaud se produit, fournissant ainsi un canal de dérivation à faible résistance pour la cellule de batterie défectueuse, permettant ainsi au courant de contourner la zone à température élevée. Par exemple, dans un pack de 72 batteries, si une batterie subit une chute soudaine du courant de sortie à 1A en raison d'une obstruction, alors que d'autres batteries peuvent toujours générer un courant de 8A, sans installer de diode de dérivation, le courant de sortie de l'ensemble du pack est limité à 1A, ce qui entraîne un grave gaspillage d'énergie ; Après avoir installé la diode de dérivation, la diode correspondant à l'unité défectueuse conduit en 0,1 seconde, réduisant la résistance interne des mégaohms aux milliohms, augmentant ainsi l'efficacité de production d'énergie du composant de 30 à 40 %. Une étude de cas d'une centrale photovoltaïque distribuée en Allemagne montre qu'après l'installation de diodes de dérivation segmentées, la perte de production d'électricité causée par le couvert forestier est passée d'une moyenne de 8 % par an à 2,5 %.

La fonction « gatekeeper » des diodes de blocage :
Lorsque les modules photovoltaïques cessent de produire de l'électricité la nuit ou dans des conditions météorologiques extrêmes, si des diodes de blocage ne sont pas installées, le courant généré par d'autres modules de production d'électricité refluera à travers les modules non générateurs, formant un courant inverse, entraînant une perte d'énergie (3 % - 5 % de la production quotidienne d'électricité) et un vieillissement accéléré des cellules. Une diode de blocage forme une résistance mégaohm lorsqu'elle est polarisée en inverse, bloquant complètement le courant inverse et garantissant que le courant ne peut circuler que dans le sens direct. Après l'adoption de diodes de blocage hautes performances dans un projet photovoltaïque distribué, la durée de vie attendue des composants a été augmentée de 20 ans à 25 ans, et le chiffre d'affaires total de la production d'électricité sur le cycle de vie a augmenté de 18 %.

L'innovation matérielle améliore l'efficacité de la protection :
Les diodes traditionnelles à base de silicium-ont une tension de tenue inverse allant jusqu'à 1 000 V et conviennent aux grandes centrales photovoltaïques ; Les diodes Schottky sont très appréciées dans le photovoltaïque distribué en raison de leur très faible chute de tension directe de 0,3 V. En prenant comme exemple un système de 10 kW, l'utilisation de diodes Schottky peut réduire les pertes d'énergie d'environ 30 kWh par an. De plus, les diodes au graphène utilisent des caractéristiques de bande interdite nulle pour atteindre une vitesse de réponse de niveau nanoseconde, qui est trois ordres de grandeur plus rapide que les diodes ordinaires en termes de vitesse de réponse de niveau microseconde dans les scènes d'ombre dynamiques (telles que le mouvement rapide des couches nuageuses), réduisant ainsi davantage les pertes de production d'énergie.

2, système d'énergie éolienne : amélioration synergique de la suppression des harmoniques et de la protection du convertisseur
En tant que complément important à l'énergie distribuée, les systèmes éoliens doivent relever deux défis majeurs en matière de gestion actuelle : la pollution harmonique et la protection des onduleurs. Le courant alternatif produit par les éoliennes contient une grande quantité d’harmoniques. S'il est directement connecté au réseau électrique, cela entraînera des problèmes tels que des fluctuations de tension et une diminution du facteur de puissance ; Dans le même temps, en tant qu'unité de conversion de puissance centrale du système éolien, les éléments de commutation de l'onduleur (tels que l'IGBT) généreront un courant de récupération inverse lorsqu'ils seront éteints. S'il n'est pas supprimé à temps, il peut endommager les appareils et provoquer des pannes du système.

La fonction « filtre » des diodes en suppression d’harmoniques :
Dans le processus de rectification des convertisseurs d'énergie éolienne, un pont redresseur composé de diodes convertit le courant alternatif en courant continu, fournissant ainsi une entrée stable aux onduleurs suivants. En optimisant les paramètres de diode tels que la chute de tension directe et le temps de récupération inverse, le contenu harmonique pendant le redressement peut être réduit. Par exemple, en utilisant un pont redresseur à diodes à récupération ultrarapide (temps de récupération inversé<50ns) can reduce harmonic distortion by 15% and improve power quality compared to traditional diodes (reverse recovery time>200ns).

L'avantage de la « réponse rapide » dans la protection de l'onduleur :
Lorsque les éléments de commutation de l'onduleur sont désactivés, la diode agit comme un élément de roue libre, fournissant un chemin de roue libre pour le courant d'inductance afin d'éviter un reflux de courant et des dommages aux éléments de commutation. En prenant comme exemple les diodes au carbure de silicium (SiC), leur temps de récupération inverse peut être raccourci à 15 ns, soit 3 à 10 fois plus rapide que les diodes au silicium (50 à 200 ns), réduisant considérablement les pertes de commutation et améliorant l'efficacité du système. Après l'adoption de diodes SiC dans un certain onduleur éolien, l'efficacité du système est passée de 96 % à 98 %, tandis que le volume du dissipateur thermique a diminué de 40 %, ce qui a contribué à réduire le poids total de la machine.

3, système de stockage d'énergie : percée technologique dans l'équilibre de décharge de charge et la protection inverse
En tant que « tampon d'énergie » de l'énergie distribuée, la gestion actuelle des systèmes de stockage d'énergie doit équilibrer la charge et la décharge avec une protection inverse. Pendant le processus de charge et de décharge d'une batterie, si les états de chaque cellule de batterie sont incohérents (comme des différences de capacité et de résistance interne), cela peut entraîner une surcharge ou une décharge excessive de certaines cellules, accélérer le vieillissement et entraîner des risques pour la sécurité ; Dans le même temps, si le courant inverse n'est pas efficacement bloqué pendant la connexion au réseau ou la commutation hors réseau du système de stockage d'énergie, il peut endommager l'équipement et affecter la stabilité du réseau électrique.

Fonction de régulation intelligente de la diode équilibrée :
Dans le système de gestion de la batterie, la diode d'équilibrage surveille la tension de chaque cellule de batterie et conduit automatiquement le canal de dérivation de la cellule de batterie haute -pendant la charge pour éviter une surcharge ; Construisez un canal supplémentaire pour les cellules basse-tension pendant la décharge afin d'éviter une décharge excessive. Par exemple, après l'adoption de diodes d'équilibrage adaptatives dans un certain système de stockage d'énergie par batterie au lithium, la cohérence de la capacité des cellules a augmenté de 20 % et la durée de vie a été prolongée de 30 %.

La fonction « isolation unidirectionnelle » de la diode de protection inverse :
Lorsque le système de stockage d'énergie est connecté au réseau, la diode de protection inverse peut empêcher le courant de défaut côté réseau de refluer dans le système de stockage d'énergie ; Lors d'un fonctionnement hors réseau, il peut bloquer l'impact du courant inverse sur la batterie côté charge. Après avoir adopté des diodes de protection inverse dans un certain projet de micro-réseau, la fluctuation de tension du système lors de la commutation réseau/hors réseau a été réduite de 50 % et le taux de défaillance a été réduit de 60 %.

4, Microgrid : un lien invisible entre la collaboration multi-source et la synchronisation du réseau
En tant que forme d'application avancée d'énergie distribuée, les micro-réseaux nécessitent une gestion actuelle pour permettre une collaboration multi-source et une synchronisation du réseau. Dans les micro-réseaux, il existe des différences significatives dans les caractéristiques de production des différentes sources d’énergie telles que le photovoltaïque, l’énergie éolienne et le stockage d’énergie. Si elle n’est pas efficacement coordonnée, elle peut conduire à des problèmes tels que des conflits actuels et des oscillations de pouvoir ; Dans le même temps, la synchronisation des micro-réseaux avec le réseau principal doit répondre à des conditions strictes telles que la tension, la fréquence et la phase, sinon cela pourrait provoquer des pannes du réseau.

La contribution de « l’amélioration du rendement » des diodes de redressement synchrone :
Dans les convertisseurs DC-DC des micro-réseaux, la technologie de redressement synchrone peut réduire considérablement les pertes de conduction en remplaçant les diodes traditionnelles par des MOSFET. Par exemple, après l'adoption d'un convertisseur abaisseur à redressement synchrone, l'efficacité d'un micro-réseau est passée de 85 % à 95 %, tout en réduisant le volume des dissipateurs thermiques de 30 % et en améliorant la densité de puissance du système.

La fonction « coordination synchrone » des diodes de contrôle de phase :
Dans l'onduleur du micro-réseau connecté au réseau, la diode de contrôle de phase ajuste dynamiquement la phase du courant de sortie de l'onduleur en surveillant la phase de la tension du réseau, réalisant ainsi la synchronisation avec le réseau principal. Après l'adoption de diodes à contrôle de phase dans un certain projet de micro-réseau, le taux de réussite de la connexion au réseau est passé de 90 % à 98 % et le temps de connexion au réseau a été raccourci de 0,5 seconde à 0,1 seconde, améliorant considérablement la stabilité du système.