Baypas diyotları rüzgar enerjisi kontrolörlerine nasıl entegre edilir?

Bypass diyotunun temel işlevi: sıcak nokta etkisine karşı aktif savunma
Rüzgar enerjisi üretim sistemlerindeki bypass diyotlarının temel işlevi, sıcak nokta etkilerini önlemektir. Rüzgar türbininin kanatları tıkandığında (kar, kuş pisliği veya yerel arızalar gibi), engellenen bölgedeki pil hücreleri elektrik üretemez ve bunun yerine diğer normal pil hücrelerinin ürettiği akımı tüketen bir yük haline gelir ve bunun sonucunda yerel sıcaklığın keskin bir şekilde artmasına (200 derece ve üzerine kadar) ve sıcak noktaların oluşmasına neden olur. Sıcak noktalar yalnızca pil hücrelerine kalıcı hasar vermekle kalmaz, enerji üretim verimliliğini azaltır, hatta yangınlara bile neden olabilir.

Baypas diyotu, pil takımının her iki ucuna ters paralel olarak bağlanır ve devrenin çalışmasını etkilemeden normal çalışma koşulları altında ters kesme durumundadır; Belirli bir pil hücresi engellendiğinde, her iki uçtaki voltaj diyotun ileri iletim eşiğine yükselir ve akım, sıcak noktaların oluşmasını önlemek için arıza alanını atlar. Örneğin, 5 MW'lık bir açık deniz rüzgar türbini ünitesi, her akü hücresi serisi için bir baypas diyotunun paralel bağlantı şemasını benimser. Yerel gölgeleme testinde sıcak nokta sıcaklığı 185 dereceden 45 dereceye düştü ve bileşen ömrü üç kattan fazla uzadı.

2, Entegre senaryo: fotovoltaik modüllerden rüzgar enerjisi kontrolörlerine kadar teknolojik genişleme
Bypass diyotları ilk olarak fotovoltaik sistemlerde uygulanmış olsa da teknik prensipleri rüzgar enerjisi üretiminde yüksek uyarlanabilirliğe sahiptir. Rüzgar enerjisi kontrolörlerinde bypass diyotlarının entegrasyonu temel olarak aşağıdaki senaryolara yansır:

1. Çift beslemeli rüzgar türbinlerinin rotor tarafı koruması
Çift beslemeli bir endüksiyon jeneratörü, güç şebekesinde bir voltaj düşüşü yaşadığında, rotor tarafında invertöre zarar verebilecek aşırı akım meydana gelebilir. Aktif Crowbar koruma devresi, rotor enerjisini bir diyot doğrultucu köprüsü aracılığıyla baypas direncine bırakır; burada doğrultucu köprünün her bir köprü kolu seri bağlı iki diyottan oluşur ve 10 ms içinde enerji salınımı sağlanır. Örneğin, 10 MW'lık açık deniz çift beslemeli bir ünite, voltaj %20'ye düştüğünde bile kararlı sistem çalışmasını sürdürmek için hızlı diyotlarla birleştirilmiş IGBT tipi Crowbar devresini kullanır.

2. Doğrudan tahrikli sabit mıknatıslı ünite için düzeltme işleminin optimizasyonu
Doğrudan tahrikli sabit mıknatıslı rüzgar türbini, üç-fazlı AC gücünü DC gücüne dönüştürmek için kontrol edilemeyen bir diyot doğrultucu devresini kullanır. Yapısı basit olmasına rağmen diyotun iletim kaybı sistem verimliliğini doğrudan etkiler. Geleneksel silikon diyotların silikon karbür (SiC) Schottky diyotlarla değiştirilmesiyle iletim voltajı düşüşü 0,7V'tan 0,3V'a düşürülebilir. 1000A akımda tek bir ünite yılda 200000 kWh'ye kadar elektrik tasarrufu sağlayabilir.

3. Şebekeden bağımsız rüzgar enerjisi kontrolörlerinin pil yönetimi
Şebekeden bağımsız sistemlerde kontrol ünitesinin, gece veya bulutlu havalarda pilin rüzgar türbinine doğru ters yönde boşalmasını önlemesi gerekir. Bypass diyotlarının şarj devresine seri bağlanmasıyla tek yönlü bir akım yolu oluşturulur. Örneğin, uzak bir bölgedeki bir mikro şebeke projesinde, pil ömrünü 3 yıldan 6 yıla çıkaran ve genel sistem maliyetini %40 oranında azaltan ters diyotlara sahip bir kontrol cihazı kullanılıyor.

3, Seçim kriterleri: parametre eşleştirmesinden güvenilirlik doğrulamasına kadar
Baypas diyotlarının performansı, rüzgar enerjisi kontrolörlerinin kararlılığını doğrudan etkiler ve seçimlerinde aşağıdaki temel parametrelerin kapsamlı bir şekilde dikkate alınması gerekir:

1. Çalışma akımı ve ters arıza voltajı
Çalışma akımı: Pil hücresi dizisinin kısa-devre akımından daha büyük olması gerekir. Örneğin, 210 mm boyutlu bir pil hücresinin kısa-devre akımı 18A ise bypass diyotunun nominal akımının 20A'den büyük veya ona eşit olması gerekir.
Ters arıza gerilimi: Akü hücresinin açık devre geriliminin 1,2 katı olmalıdır. Örnek olarak 1500V sistemini ele alırsak diyotun ters dayanım voltajının 1800V'den büyük veya ona eşit olması gerekir.
2. Termal performans ve ısı dağılımı tasarımı
Bağlantı sıcaklığı: Sistemin maksimum çalışma sıcaklığı gereksinimlerini karşılamalıdır. Deniz ortamı sıcaklığı 55 dereceye ulaşabilir ve diyot bağlantı sıcaklığının 175 dereceye eşit veya daha az olması gerekir.
Termal direnç: Düşük termal direnç, ısı iletimini hızlandırabilir. Örneğin, bakır alt tabakalar üzerine paketlenen diyotlar, geleneksel plastik ambalajlardan %60 daha düşük olan 0,5K/W kadar düşük bir termal dirence sahip olabilir.
3. Dinamik yanıt ve güvenilirlik testi
Anahtarlama hızı: Rüzgar hızındaki ani değişikliklere uyum sağlaması gerekiyor. Örneğin, belirli bir kara biriminin iletim/kesme anahtarlamasını 10 μs içinde tamamlaması için diyotlara ihtiyaç vardır.
Ömür testi: IEC 62979 standardında, 75 derecelik bir ortamda, anma akımı 1 saat uygulandığında yüzey sıcaklığının 15 dereceye eşit veya daha az artması anlamına gelen termal kaçma testini geçmek gerekmektedir.