¿Qué es un diodo antirretroceso en un sistema de energía solar?

一, La función principal del diodo antiinverso: una "válvula de seguridad" para el control de corriente unidireccional
1. Evitar la descarga inversa de la batería.
Cuando el conjunto de células solares deja de generar electricidad en condiciones de lluvia, de noche o defectuosas, el voltaje del paquete de baterías puede ser mayor que el voltaje del conjunto de baterías, lo que hace que la corriente regrese al panel solar. Los diodos antiinversos están conectados en serie en un circuito, utilizando su conductividad unidireccional para permitir que solo la corriente fluya desde la placa de la batería a la batería, bloqueando el flujo inverso. Por ejemplo, en un sistema fotovoltaico independiente, si no se instalan diodos antirretroceso, el paquete de baterías puede continuar descargándose a través del panel solar, lo que no solo provoca un desperdicio de energía, sino que también hace que el panel solar se caliente o incluso se queme debido a la sobrecarga de corriente, acortando la vida útil del equipo.
2. Suprimir el reflujo actual entre las ramas de la matriz.
En las grandes centrales fotovoltaicas, el conjunto de baterías suele estar compuesto por varias ramas paralelas. Debido a las diferencias en la intensidad de la iluminación y el rendimiento de los componentes entre las diferentes ramas, es posible que el voltaje de salida no sea consistente. La corriente de la rama de alto-voltaje puede fluir de regreso a la rama de bajo-voltaje, provocando una disminución en el voltaje de salida general e incluso desencadenando el "efecto de punto caliente". - los componentes que se ven afectados por la corriente de reflujo pueden dañarse debido al sobrecalentamiento local. Los diodos antiinversión están conectados en serie en cada rama para garantizar que la corriente solo fluya desde el extremo de alto voltaje al extremo de bajo voltaje, evitando interferencias mutuas entre las ramas. Por ejemplo, una central fotovoltaica de 10 MW aumentó la eficiencia del sistema en un 3 % y la generación de energía anual en aproximadamente 300 000 kWh mediante la instalación de diodos antirretroceso en cada rama.
3. Protección de derivación y prevención de fuga térmica.
Cuando los componentes de la batería están sombreados o no funcionan correctamente, su voltaje de salida puede caer bruscamente, convirtiéndose en una "carga" en el circuito. En este punto, los diodos de derivación conectados en paralelo en ambos extremos del componente conducen, cortocircuitando el componente defectuoso y permitiendo que la corriente continúe fluyendo alrededor del componente, evitando daños a otros componentes normales debido a la sobretensión. Por ejemplo, en centrales fotovoltaicas en zonas desérticas, la cobertura de arena y polvo puede provocar una disminución en la eficiencia de generación de energía de algunos componentes. Los diodos de derivación pueden aislar rápidamente los componentes defectuosos y evitar que la fuga térmica se propague a todo el conjunto.
2, Criterios de selección de diodos antiinversos: el arte de equilibrar rendimiento y costo
1. Coincidencia de parámetros clave
Corriente directa máxima (IF): debe ser mayor que la corriente máxima de funcionamiento del sistema. Por ejemplo, en un sistema fotovoltaico de 100 kW, si la corriente operativa máxima es de 200 A, se deben seleccionar diodos con IF mayor o igual a 250 A para reservar un margen de seguridad.
Voltaje máximo inverso (VRRM): debe ser mayor que el voltaje inverso máximo del sistema. En áreas de gran-altitud, debido a la alta intensidad de la luz solar, el voltaje del circuito abierto del panel solar puede alcanzar más de 1000 V. En este momento, es necesario seleccionar diodos con VRRM mayor o igual a 1200 V.
Caída de tensión positiva (VF): afecta directamente a la eficiencia del sistema. El VF de los diodos rectificadores de silicio tradicionales es de aproximadamente 0,7 V, mientras que el VF de los diodos Schottky puede ser tan bajo como 0,3 V. En grandes centrales eléctricas, el uso de diodos Schottky puede reducir significativamente las pérdidas en las líneas y aumentar la generación de energía.
2. Optimización material y estructural
Diodo de recuperación rápida (FRD): adecuado para circuitos de conmutación de alta-frecuencia, su tiempo de recuperación inversa (trr) solo toma unas pocas decenas de nanosegundos, lo que puede reducir las pérdidas de conmutación. En inversores fotovoltaicos conectados a la red, FRD puede mejorar la eficiencia de conversión hasta más del 98%.
Diodos de carburo de silicio (SiC): caracterizados por una resistencia a alto voltaje, bajas pérdidas y resistencia a altas temperaturas. En ambientes desérticos de alta-temperatura, la temperatura de unión de los diodos de SiC puede alcanzar los 175 grados, lo que es un 50% más alto que los diodos de silicio tradicionales y extiende significativamente la vida útil del equipo.
Diseño modular: la integración de varios diodos en el mismo paquete puede simplificar el diseño del circuito y reducir la inductancia parásita. Por ejemplo, el módulo de diodos MDK250A1600V lanzado por una determinada marca tiene una reducción del volumen del 40 % en comparación con los componentes discretos y un aumento del 30 % en la eficiencia de la instalación.
3, escenario de aplicación típico: cobertura total desde el hogar hasta los sectores industrial y comercial
1. Sistema fotovoltaico doméstico
En los pequeños sistemas fotovoltaicos de tejado, los diodos antirretroceso suelen estar integrados dentro del controlador fotovoltaico. Por ejemplo, una determinada marca de controlador doméstico de 5 kW utiliza diodos Schottky, cuyas características de baja VF aumentan la eficiencia del sistema en un 1,5 % y aumentan la generación de energía anual en unos 200 grados. Al mismo tiempo, la función-de protección contra sobretensión incorporada del controlador puede evitar que el diodo se rompa debido a un alto voltaje inverso, extendiendo el período de garantía a 5 años.
2. Centrales fotovoltaicas industriales y comerciales
En las grandes centrales eléctricas terrestres, los diodos antirretroceso se utilizan ampliamente en equipos clave como cajas combinadoras e inversores. Por ejemplo, una central fotovoltaica de 20 MW adopta una caja combinadora con módulos de diodos integrados, que tiene un nivel de protección IP67 que puede soportar entornos hostiles como arena y niebla salina, y tiene una reducción del 60 % en la tasa de fallas en comparación con los diseños tradicionales. Además, al monitorear la temperatura del diodo en tiempo-real, el sistema puede proporcionar una advertencia temprana de posibles fallas y evitar paradas no planificadas.
3. Aplicaciones medioambientales especiales
En regiones extremadamente frías (como el Círculo Polar Ártico), las bajas temperaturas pueden provocar un aumento del VF del diodo, lo que afecta la eficiencia del sistema. El diodo Schottky de baja-temperatura desarrollado por una determinada marca solo aumenta el VF en 0,05 V en -un entorno de 40 grados, lo que garantiza un funcionamiento estable del sistema en condiciones extremas. En las plataformas fotovoltaicas marinas, los módulos de diodos con revestimientos anticorrosión pueden resistir la corrosión del agua de mar y tener una vida útil de más de 25 años.
4. Estándares de la industria y tendencias futuras: la iteración tecnológica impulsa las actualizaciones de seguridad
1. Normas nacionales y requisitos de certificación
El "Código de diseño para centrales eléctricas fotovoltaicas" chino (GB 50797-2012) estipula claramente que la corriente nominal de los diodos antiinversos no debe ser inferior a 1,25 veces la corriente operativa máxima del sistema, y ​​la tensión nominal no debe ser inferior a 1,5 veces la tensión máxima del sistema. Además, el producto debe pasar certificaciones internacionales como T Ü V y UL para garantizar el cumplimiento de estándares obligatorios como seguridad y protección ambiental.
2. Tendencias en Inteligencia e Integración
En el futuro, los diodos antirretroceso se desarrollarán hacia la inteligencia y la integración. Por ejemplo, al incorporar sensores de temperatura y módulos de comunicación, los diodos pueden cargar su estado de funcionamiento en tiempo real-a la nube, lo que permite el monitoreo remoto y el diagnóstico de fallas. Al mismo tiempo, el diseño integrado con dispositivos de potencia como MOSFET e IGBT puede reducir aún más el tamaño del equipo y reducir los costos del sistema.
3. Avances en nuevos materiales y procesos
Con la madurez de los materiales semiconductores de tercera-generación, se espera que los diodos de nitruro de galio (GaN) se utilicen ampliamente en el campo fotovoltaico. Su tiempo de recuperación inversa se puede acortar a menos de 10 nanosegundos y la pérdida de conmutación se reduce en un 30 % en comparación con los diodos de SiC, lo que proporciona un soporte clave para inversores fotovoltaicos eficientes.