كيف تساعد الثنائيات في الإدارة الحالية في أنظمة الطاقة الموزعة؟

1، النظام الكهروضوئي: حماية مزدوجة لحماية النقاط الساخنة واستعادة الطاقة
باعتبارها الوحدة الأساسية للطاقة الموزعة، تواجه الوحدات الكهروضوئية تحديين رئيسيين في الإدارة الحالية: تأثير النقطة الساخنة والتيار العكسي الليلي. عندما يتم إعاقة أحد المكونات جزئيًا أو يتدهور أداء خلايا البطارية، فإن التيار الناتج عن خلايا البطارية غير المعيقة سوف يتدفق عبر المنطقة المسدودة، مما يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة المحلية فوق 150 درجة، وتشكيل نقاط ساخنة والتسبب في احتراق المكونات أو حتى نشوب حريق. وفقًا للإحصاءات، فإن الأنظمة الكهروضوئية التي لا تحتوي على صمامات ثنائية الالتفافية لديها معدل فشل أعلى بنسبة 47% خلال 5 سنوات مقارنة بأنظمة التكوين القياسية، ويمكن أن يصل فقدان توليد الطاقة الناجم عن تأثيرات النقاط الساخنة إلى أكثر من 5% من إجمالي توليد الطاقة.

دور "رجل الإطفاء" في الثنائيات الالتفافية:
يقوم الصمام الثنائي الالتفافي، من خلال التوصيل أحادي الاتجاه، بالتوصيل تلقائيًا عند حدوث نقطة ساخنة، مما يوفر قناة تجاوز منخفضة المقاومة لخلية البطارية المعيبة، مما يسمح للتيار بتجاوز منطقة درجة الحرارة المرتفعة-. على سبيل المثال، في حزمة مكونة من 72 بطارية، إذا واجهت إحدى البطاريات انخفاضًا مفاجئًا في تيار الإخراج إلى 1 أمبير بسبب الانسداد، بينما لا يزال بإمكان البطاريات الأخرى توليد تيار 8 أمبير، دون تركيب صمام ثنائي جانبي، فإن تيار الإخراج للحزمة بأكملها يقتصر على 1 أمبير، مما يؤدي إلى إهدار طاقة خطير؛ بعد تثبيت الصمام الثنائي الالتفافي، يعمل الصمام الثنائي المقابل للوحدة المعيبة خلال 0.1 ثانية، مما يقلل المقاومة الداخلية من ميغا أوم إلى ميلي أوم، وبالتالي زيادة كفاءة توليد الطاقة للمكون بنسبة 30٪ -40٪. تظهر دراسة حالة لمحطة طاقة كهروضوئية موزعة في ألمانيا أنه بعد تركيب صمامات ثنائية مجزأة، انخفض فقدان توليد الطاقة الناجم عن الغطاء الشجري من متوسط ​​8٪ سنويًا إلى 2.5٪.

وظيفة "حارس البوابة" لحجب الثنائيات:
عندما تتوقف الوحدات الكهروضوئية عن توليد الكهرباء ليلاً أو في الظروف الجوية القاسية، إذا لم يتم تثبيت الثنائيات العازلة، فإن التيار الناتج عن وحدات توليد الطاقة الأخرى سوف يتدفق مرة أخرى عبر الوحدات غير المولدة، مما يشكل تيارًا عكسيًا، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة (3% -5% من توليد الطاقة اليومي) وتسريع شيخوخة الخلايا. يشكل الصمام الثنائي المعوق مقاومة ميجا أوم عندما يكون متحيزًا عكسيًا، مما يحجب التيار العكسي تمامًا ويضمن أن التيار لا يمكن أن يتدفق إلا في الاتجاه الأمامي. بعد اعتماد صمامات ثنائية مانعة عالية الأداء في مشروع كهروضوئي موزع، تمت زيادة عمر الخدمة المتوقع للمكونات من 20 عامًا إلى 25 عامًا، وزاد إجمالي إيرادات توليد الطاقة لدورة الحياة بنسبة 18%.

ابتكار المواد يحسن كفاءة الحماية:
تتمتع الثنائيات التقليدية القائمة على السيليكون- بجهد تحمل عكسي يصل إلى 1000 فولت وهي مناسبة لمحطات الطاقة الكهروضوئية الكبيرة؛ تُفضل ثنائيات شوتكي بشدة في الخلايا الكهروضوئية الموزعة نظرًا لانخفاض جهدها الأمامي المنخفض جدًا- بمقدار 0.3 فولت. بأخذ نظام 10 كيلو واط كمثال، فإن استخدام صمامات شوتكي الثنائية يمكن أن يقلل من فقدان الطاقة بحوالي 30 كيلو واط ساعة سنويًا. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم ثنائيات الجرافين خصائص فجوة النطاق الصفرية لتحقيق سرعة استجابة مستوى النانو ثانية، وهي أسرع بثلاثة أوامر من الثنائيات العادية في سرعة الاستجابة لمستوى ميكروثانية في مشاهد الظل الديناميكية (مثل الحركة السريعة لطبقات السحاب)، مما يقلل بشكل أكبر من خسائر توليد الطاقة.

2، نظام طاقة الرياح: التعزيز التآزري للقمع التوافقي وحماية المحول
كمكمل مهم للطاقة الموزعة، تحتاج أنظمة طاقة الرياح إلى معالجة تحديين رئيسيين في الإدارة الحالية: التلوث التوافقي وحماية العاكس. يحتوي خرج طاقة التيار المتردد بواسطة توربينات الرياح على كمية كبيرة من التوافقيات. إذا تم توصيلها مباشرة بشبكة الكهرباء، فسوف تسبب مشاكل مثل تقلبات الجهد وانخفاض معامل الطاقة؛ في نفس الوقت، كوحدة تحويل الطاقة الأساسية لنظام طاقة الرياح، فإن عناصر تبديل العاكس (مثل IGBT) ستولد تيار استرداد عكسي عند إيقاف تشغيله. إذا لم يتم إيقافه في الوقت المناسب، فقد يؤدي ذلك إلى تلف الأجهزة والتسبب في فشل النظام.

وظيفة "التصفية" للثنائيات في القمع التوافقي:
في عملية تصحيح محولات طاقة الرياح، يقوم جسر المعدل المكون من الثنائيات بتحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر، مما يوفر مدخلات مستقرة للعاكسات اللاحقة. من خلال تحسين معلمات الصمام الثنائي مثل انخفاض الجهد الأمامي ووقت الاسترداد العكسي، يمكن تقليل المحتوى التوافقي أثناء التصحيح. على سبيل المثال، استخدام جسر مقوم مزود بثنائيات استرداد فائقة السرعة (زمن استرداد عكسي<50ns) can reduce harmonic distortion by 15% and improve power quality compared to traditional diodes (reverse recovery time>200 نانو).

ميزة "الاستجابة السريعة" في حماية العاكس:
عندما يتم إيقاف تشغيل عناصر التبديل في العاكس، يعمل الصمام الثنائي كعنصر حر، مما يوفر مسارًا حرًا لتيار الحث لمنع التدفق العكسي للتيار وتلف عناصر التبديل. بأخذ ثنائيات كربيد السيليكون (SiC) كمثال، يمكن تقصير وقت الاسترداد العكسي الخاص بها إلى 15ns، وهو أسرع 3-10 مرات من ثنائيات السيليكون (50-200ns)، مما يقلل بشكل كبير من خسائر التبديل ويحسن كفاءة النظام. بعد اعتماد ثنائيات SiC في عاكس معين لطاقة الرياح، زادت كفاءة النظام من 96% إلى 98%، بينما انخفض حجم المشتت الحراري بنسبة 40%، مما ساعد على تقليل الوزن الإجمالي للآلة.

3، نظام تخزين الطاقة: اختراق تكنولوجي في توازن تفريغ الشحنة والحماية العكسية
باعتبارها "مخزن الطاقة" للطاقة الموزعة، تحتاج الإدارة الحالية لأنظمة تخزين الطاقة إلى تحقيق التوازن بين الشحن والتفريغ مع الحماية العكسية. أثناء عملية الشحن والتفريغ لحزمة البطارية، إذا كانت حالات كل خلية بطارية غير متناسقة (مثل الاختلافات في السعة والمقاومة الداخلية)، فقد يؤدي ذلك إلى الشحن الزائد أو التفريغ الزائد لبعض الخلايا، وتسريع عملية الشيخوخة، والتسبب في مخاطر على السلامة؛ وفي الوقت نفسه، إذا لم يتم حظر التيار العكسي بشكل فعال أثناء تبديل الشبكة المتصلة أو خارج الشبكة لنظام تخزين الطاقة، فقد يؤدي ذلك إلى تلف المعدات ويؤثر على استقرار شبكة الطاقة.

وظيفة التنظيم الذكي للصمام الثنائي المتوازن:
في نظام إدارة البطارية، يراقب الصمام الثنائي المتوازن الجهد الكهربي لكل خلية بطارية ويقوم تلقائيًا بإجراء القناة الالتفافية لخلية البطارية ذات الجهد العالي- أثناء الشحن لمنع الشحن الزائد؛ قم بإجراء قناة تكميلية للخلايا ذات الجهد المنخفض-أثناء التفريغ لمنع التفريغ الزائد. على سبيل المثال، بعد اعتماد صمامات ثنائية موازنة متكيفة في نظام معين لتخزين طاقة بطارية الليثيوم، زاد اتساق سعة الخلية بنسبة 20% وتم تمديد عمر الدورة بنسبة 30%.

وظيفة "العزل أحادي الاتجاه" لصمام ثنائي الحماية العكسي:
عندما يتم توصيل نظام تخزين الطاقة بالشبكة، يمكن أن يمنع صمام ثنائي الحماية العكسي تيار الخلل الموجود على جانب الشبكة من التدفق مرة أخرى إلى نظام تخزين الطاقة؛ عند التشغيل خارج الشبكة، يمكن أن يمنع تأثير التيار العكسي على حزمة البطارية على جانب التحميل. بعد اعتماد صمامات الحماية العكسية في مشروع شبكة صغيرة معينة، تم تقليل تقلب الجهد للنظام أثناء تبديل الشبكة/إيقاف الشبكة بنسبة 50%، وتم تقليل معدل الفشل بنسبة 60%.

4، Microgrid: رابط غير مرئي بين التعاون متعدد المصادر ومزامنة الشبكة
باعتبارها نموذج تطبيق متقدم للطاقة الموزعة، تتطلب الشبكات الصغيرة إدارة حالية لتحقيق التعاون متعدد المصادر ومزامنة الشبكة. في الشبكات الصغيرة، هناك اختلافات كبيرة في خصائص الإخراج لمصادر الطاقة المختلفة مثل الخلايا الكهروضوئية وطاقة الرياح وتخزين الطاقة. وإذا لم يتم تنسيقها بشكل فعال، فقد يؤدي ذلك إلى مشاكل مثل الصراعات الحالية وتذبذبات السلطة؛ وفي الوقت نفسه، يجب أن تستوفي مزامنة الشبكات الصغيرة مع الشبكة الرئيسية شروطًا صارمة مثل الجهد والتردد والطور، وإلا فقد يتسبب ذلك في فشل الشبكة.

مساهمة "تحسين كفاءة" الثنائيات المعدل المتزامن:
في محولات التيار المستمر- للشبكات الصغيرة، يمكن لتقنية التصحيح المتزامن أن تقلل بشكل كبير من خسائر التوصيل عن طريق استبدال الثنائيات التقليدية بوحدات MOSFET. على سبيل المثال، بعد اعتماد محول تصحيح متزامن، زادت كفاءة الشبكة الصغيرة من 85% إلى 95%، مع تقليل حجم المشتتات الحرارية بنسبة 30% وتحسين كثافة طاقة النظام.

وظيفة "التنسيق المتزامن" لثنائيات التحكم في الطور:
في العاكس المتصل بالشبكة للشبكة الصغيرة، يقوم الصمام الثنائي للتحكم في الطور بضبط طور تيار خرج العاكس ديناميكيًا من خلال مراقبة طور جهد الشبكة، وتحقيق التزامن مع الشبكة الرئيسية. بعد اعتماد الثنائيات التي يتم التحكم فيها بالطور في مشروع شبكة صغيرة معينة، زاد معدل نجاح اتصال الشبكة من 90% إلى 98%، وتم تقصير وقت اتصال الشبكة من 0.5 ثانية إلى 0.1 ثانية، مما أدى إلى تحسين استقرار النظام بشكل ملحوظ.