Applicazione: La rivoluzione tecnologica dietro le scatole di giunzione fotovoltaiche: da Schottky al carburo di silicio

Nei moduli fotovoltaici c'è un componente insignificante ma cruciale: la scatola di giunzione fotovoltaica. Svolge la doppia missione di trasmissione della corrente e protezione dei moduli ed è un 'eroe non celebrato' indispensabile nel sistema fotovoltaico. In questa piccola scatola, i dispositivi a semiconduttore di potenza mettono in scena un dramma tecnologico in termini di efficienza e sicurezza.

Scatola di giunzione: la doppia missione di connessione e protezione

Il ruolo delle scatole di giunzione nei moduli di celle solari può essere riassunto in due punti: connessione e trasmissione nonché protezione dei moduli. I moduli di celle solari eseguono la conversione fotoelettrica attraverso celle solari e l'elettricità generata deve essere trasmessa ai sistemi di ricarica e controllo tramite scatole di giunzione. Nel frattempo, la scatola di giunzione funge anche da 'collegamento' dell'intero impianto solare, collegando insieme numerosi componenti per formare l'insieme della generazione di energia.

Ma la scatola di giunzione ha una missione più importante: proteggere i componenti. Quando i componenti della formazione vengono bloccati da nuvole scure, rami di alberi, escrementi di uccelli, ecc., in alcune aree locali si formerà un 'effetto punto caldo' che non solo influenza la produzione di energia ma può anche danneggiare i componenti in casi gravi. A questo punto si attiverà il meccanismo di protezione all'interno della scatola di giunzione, bypassando la stringa di batterie difettosa per proteggere l'intero componente e anche l'array.

Considerando costi e processo, l’attuale industria adotta generalmente la soluzione di configurare un dispositivo di protezione su una serie di stringhe di batterie, soluzione semplice ed efficace.

Semiconduttore di potenza: il componente principale delle unità di bypass

Tra le funzioni protettive della scatola di giunzione, il dispositivo semiconduttore di potenza al suo interno, il diodo di bypass, gioca davvero un ruolo fondamentale. Sfrutta la conduttività unidirezionale dei materiali semiconduttori. Durante il funzionamento normale non consuma quasi nessuna energia elettrica, ma quando i componenti sono bloccati conduce rapidamente fornendo un canale deviatore per la corrente.

Da un punto di vista tecnico, i diodi di bypass devono soddisfare condizioni di lavoro difficili: un ampio intervallo di temperature in ambienti esterni, prestazioni elettriche stabili a lungo termine e la capacità di gestire situazioni impreviste. Soprattutto quando i moduli fotovoltaici sono bloccati, i diodi devono resistere a forti impatti di corrente in un breve periodo di tempo dissipando efficacemente il calore generato.

È proprio qui che i diodi Schottky dimostrano i loro vantaggi. I diodi Schottky sono caratterizzati da una bassa caduta di tensione diretta e da un'elevata velocità di commutazione, che possono ridurre efficacemente la perdita di potenza durante il normale funzionamento e rispondere rapidamente quando è necessaria protezione.

Nelle applicazioni pratiche, le prestazioni dei diodi influiscono direttamente sull'effetto di protezione delle scatole di giunzione. La caduta di tensione diretta determina la perdita di energia di un diodo durante il funzionamento, la corrente di dispersione influisce sulla sicurezza del sistema e le prestazioni termiche sono legate all'affidabilità del funzionamento a lungo termine.

Verifica di affidabilità delle scatole di derivazione fotovoltaiche

Essendo un componente che funziona all'aperto per lungo tempo, l'affidabilità della scatola di giunzione è di vitale importanza. Gli standard di settore prevedono severi requisiti di verifica per le prestazioni dei diodi di bypass per garantire un funzionamento affidabile in varie condizioni difficili.

In un tipico test di affidabilità, i componenti vengono collocati in un ambiente ad alta temperatura mentre vengono fatti passare attraverso una corrente che simula le effettive condizioni di lavoro. Dopo un certo periodo di flusso di corrente continuo, è necessario testare lo stato di funzionamento del diodo per verificare se può rimanere stabile sotto i doppi test di alta temperatura e corrente elevata. Inoltre, le condizioni di test saranno ancora più stringenti per simulare le condizioni di lavoro in circostanze estreme.

Tali verifiche non costituiscono solo un test della progettazione complessiva della scatola di giunzione, ma anche un rigoroso screening dei dispositivi a semiconduttore di potenza al suo interno. Solo i diodi che soddisfano i requisiti in termini di design, materiali e lavorazione artigianale possono dare buoni risultati in tali test, garantendo una durata fino a 25 anni per i moduli fotovoltaici.

Tendenza del settore: dalla protezione passiva all’interconnessione intelligente

Mentre l'industria fotovoltaica si muove verso l'alta efficienza e l'elevata affidabilità, anche la scatola di giunzione stessa è sottoposta ad aggiornamenti tecnologici. Da un lato, il continuo aumento della potenza dei componenti ha imposto requisiti più elevati per la portata di corrente delle scatole di giunzione. Cavi più spessi e tecnologie di connessione con resistenza inferiore sono diventati la tendenza di sviluppo. D'altra parte, l'aumento di scenari applicativi emergenti come il fotovoltaico offshore ha spinto le scatole di giunzione a evolversi verso livelli di impermeabilità più elevati e una maggiore resistenza agli agenti atmosferici.

• La rivoluzione materiale dei dispositivi di potenza

Anche nel settore dei semiconduttori di potenza il progresso tecnologico avanza a un ritmo senza precedenti. Il tradizionale diodo Schottky è stato continuamente ottimizzato, con la sua caduta di tensione diretta in costante diminuzione e le sue prestazioni di dissipazione del calore in continuo miglioramento, adattandosi ai requisiti di aumento di corrente imposti dai wafer di silicio di grandi dimensioni. Nel frattempo, i materiali semiconduttori ad ampio gap di banda rappresentati dal carburo di silicio hanno cominciato a entrare nel campo delle scatole di giunzione fotovoltaiche. I dispositivi in ​​carburo di silicio hanno una capacità di tensione di resistenza più elevata, migliori caratteristiche alle alte temperature e perdite di commutazione inferiori. Sebbene la loro applicazione su larga scala nel campo dei diodi di bypass richieda ancora tempo, il loro potenziale tecnico ha già attirato l’attenzione dell’industria.

• Il trend futuro dell’interconnessione intelligente

Anche l’intelligenza è una direzione che non può essere ignorata. La nuova generazione di 'scatola di giunzione intelligente', sulla base delle funzioni di protezione tradizionali, ha aggiunto funzionalità di monitoraggio e controllo. Può monitorare lo stato di funzionamento di ciascuna stringa di batterie in tempo reale, condurre una gestione raffinata e fornire supporto dati per il funzionamento e la manutenzione del sistema. Dalla semplice protezione all'equilibrio tra protezione e intelligenza, le scatole di derivazione stanno subendo una trasformazione da 'protezione passiva' a 'gestione attiva'. Questa trasformazione non è solo supportata dai semiconduttori di potenza ma è anche inseparabile dallo sviluppo coordinato di tecnologie come chip di controllo e moduli di comunicazione.

Dalla semplice trasmissione delle connessioni alla gestione intelligente dei componenti, l'evoluzione tecnologica delle scatole di derivazione non si è mai fermata. In questa piccola scatola, i dispositivi a semiconduttore di potenza hanno sempre svolto un ruolo fondamentale.

I prodotti Sanders potenziano le scatole di giunzione fotovoltaiche

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Alcuni prodotti di SMC Sanders che possono essere applicati alle scatole di giunzione fotovoltaiche sono i seguenti.