Comment choisir des diodes adaptées aux onduleurs photovoltaïques ?

一, Le rôle principal des diodes dans les onduleurs photovoltaïques
Les onduleurs photovoltaïques sont principalement composés de circuits élévateurs, de ponts onduleurs et de circuits de filtrage. Les fonctions des diodes peuvent être classées en trois catégories :
Protection anti-reflux : dans le circuit boost, les diodes et les inducteurs coopèrent pour empêcher le reflux de courant d'endommager le tube de commutation. Par exemple, dans un circuit Boost boost, la diode à récupération rapide doit supporter une tension de 400 V et un courant de 11 A pour assurer un transfert d'énergie unidirectionnel.
Prévention et contrôle des points chauds : dans un onduleur string, la diode de dérivation est connectée en parallèle inverse avec la string de batterie. Lorsqu'une certaine batterie est bloquée, la diode conduit à court-circuiter-la batterie défectueuse, évitant ainsi la consommation d'énergie par les points chauds. Les données de test d'un composant de 280 W montrent qu'après avoir configuré une diode de dérivation, la température dans la zone du point chaud a diminué de 185 degrés à 65 degrés et la perte d'efficacité a diminué de 32 % à 5 %.
Roue libre du pont inverseur : dans un circuit inverseur en pont complet, la diode de roue libre fournit un chemin de roue libre pour le courant d'inductance afin d'éviter d'endommager le transistor de commutation en raison de pointes de tension. Un certain micro-onduleur adopte une diode de récupération rapide HER108 (temps de récupération 75 ns), ce qui réduit les pertes de commutation de 40 %.
2, sept paramètres de base pour la sélection des diodes
1. Tension nominale (VRRM)
Il est nécessaire de respecter une marge de 1,5 à 2 fois la tension inverse maximale du système photovoltaïque. En prenant comme exemple 60 modules de batterie, la tension en circuit ouvert (Voc) est d'environ 40 V. Compte tenu du coefficient de température (-0,38%/degré) et du nombre de connexions en série, la tension inverse maximale à l'entrée de l'onduleur peut atteindre 600V. Par conséquent, des diodes avec VRRM supérieur ou égal à 800 V doivent être sélectionnées, comme l'IDH10G120C5S d'Infineon (1 200 V/10 A).
2. Courant nominal (IF)
La sélection doit être basée sur 1,2-1,5 fois le courant de fonctionnement maximum du système photovoltaïque. En prenant comme exemple un composant de 250 W, le courant de court-circuit (Isc) est de 8,5 A. Après avoir considéré la marge, une diode avec IF supérieur ou égal à 12,75 A doit être sélectionnée. Un certain micro-onduleur adopte le MOSFET STF20NM60D avec diode intégrée (IF=20A) et réussit le test de surcharge de 200 %.
3. Chute de tension positive (VF)
Pour chaque diminution de 0,1 V de VF, l'efficacité des composants augmente de 0,3 %. L'application de matériaux semi-conducteurs de troisième-génération réduit considérablement le VF :
Diode silicium : VF ≈ 0,7 V (comme 1N4007)
Diode de récupération ultra rapide : VF ≈ 0,55 V (comme MUR860)
Diode Schottky en carbure de silicium (SiC) : VF ≈ 0,35 V (telle que C3D08060A)
Après l'adoption des diodes SiC dans un certain onduleur centralisé de 500 kW, la production annuelle d'électricité a augmenté de 2,1 %, ce qui équivaut à 10 500 kWh supplémentaires de production d'électricité par an.
4. Temps de récupération inversé (trr)
Dans les applications de commutation haute fréquence, le TRR affecte directement l'efficacité du système. Les diodes au silicium traditionnelles peuvent atteindre un TRR de plusieurs centaines de nanosecondes, tandis que les diodes SiC peuvent le raccourcir à moins de 10 ns. Les données de test d'un certain onduleur de série montrent que le remplacement des diodes à récupération rapide par des diodes SiC réduit les pertes de commutation de 65 % et améliore l'efficacité du système de 0,8 %.
5. Résistance thermique (Rth)
La résistance thermique reflète la capacité de dissipation thermique et affecte directement la durée de vie de l'appareil. Un onduleur de 20 kW utilise des diodes SiC emballées dans du TO-247 (Rth=0.5 degré/W), ce qui réduit la température de jonction de 40 degrés et prolonge la durée de vie attendue de trois fois par rapport aux diodes au silicium emballées dans du TO-220 (Rth=1.2 degré/W).
6. Température de travail (Tj)
Les systèmes photovoltaïques sont souvent confrontés à des environnements extrêmes allant de -40 degrés à 85 degrés. La température de jonction de travail des diodes SiC peut atteindre 200 degrés, alors que les diodes au silicium sont généralement limitées à 150 degrés. Après l'adoption de diodes à température de jonction large, le taux de défaillance d'une centrale photovoltaïque dans le désert est passé de 0,8 %/an à 0,2 %/an.
7. Forme d'emballage
Choisissez en fonction de l'espace d'installation et des exigences de dissipation thermique :
Petits systèmes distribués : encapsulation SMB/SMD (comme SS14)
Onduleur string : paquet TO-220/TO-247
Onduleur centralisé : packaging module D2PAK/IPM
3, Pratique de l'industrie et cas typiques
1. La solution photovoltaïque intelligente de Huawei
L'onduleur Huawei SUN2000-50KTL adopte un module hybride SiC auto-développé, intégrant des diodes SiC 6 1200V/20A. Les données de test réelles montrent que :
Efficacité maximale 98,65%
Efficacité européenne 98,4%
Atténuation de puissance sur 10 ans<2%
Ce schéma a été appliqué à la centrale photovoltaïque de 300 MW de Talatan, Qinghai, avec un PR (rapport de performance) du système de 84,7 %
2. Onduleur de chaîne d'alimentation Sunshine
L'onduleur SG125HV adopte la technologie « topologie à trois -niveaux + diode SiC », avec les paramètres clés suivants :
Plage de tension d'entrée : 500-1500 V
Efficacité maximale de 99 %
Canaux MPPT : 12 canaux
Configuration des diodes : chaque MPPT est équipé de diodes à récupération ultrarapide 2 600 V/15 A.
Ce produit a été certifié par T Ü V Rheinland IEC 62109 et a fonctionné pendant 3 ans dans une centrale électrique de 200 MW au Brésil sans aucun enregistrement de défaillance de diode.
3. Micro-onduleur Guriwatt
Le micro-onduleur MID 1500-2000TL3-X adopte une conception intégrée :
Densité de puissance : 1,2 kW/L
Configuration des diodes : 4 60diodes Schottky V/10 A (format du boîtier SOD-123FL)
Niveau de protection : IP67
Ce produit a passé la certification UL1741 et est utilisé depuis 5 ans dans un projet de toit résidentiel en Californie, aux États-Unis, avec un taux de défaillance des diodes de<0.01%.
4, Idées fausses et solutions dans la sélection
1. Idée fausse 1 : Négliger l’influence du coefficient de température
Un certain fabricant d'onduleurs a utilisé des diodes conventionnelles dans des projets à haute-altitude, ce qui a entraîné une température de jonction excessive en été. Solution:
Sélectionnez des appareils à large température avec Tj supérieur ou égal à 175 degrés
Utilisation de la simulation thermique pour optimiser la conception de la dissipation thermique
Augmenter la surveillance de la température et la protection contre le déclassement
2. Idée fausse 2 : recherche excessive du low cost
Un certain projet distribué utilisait des diodes de qualité non automobile, ce qui entraînait un taux de défaillance de 15 % en 3 ans. Solution:
Donner la priorité aux appareils certifiés AEC-Q101
Demander aux fournisseurs de fournir des procédures d'approbation des pièces de production PPAP
Mettre en œuvre une inspection aux rayons X à 100 %-des matériaux entrants
3. Idée fausse 3 : ignorer la conception du déclassement
Un onduleur centralisé a subi une surchauffe et des dommages à la diode lors d'un fonctionnement à pleine charge. Solution:
Selon la norme CEI 60146-1-1 pour la conception du déclassement :
Déclassement de tension : 70 % VRRM
Déclassement actuel : 60 % SI
Déclassement de puissance : 50 % PDM