पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और नई ऊर्जा

वैश्विक ऊर्जा संरचनाओं के लगातार अनुकूलन और नवीकरणीय ऊर्जा तकनीकों में प्रगति के साथ, नई ऊर्जा प्रणालियों के भीतर पावर इलेक्ट्रॉनिक्स की बढ़ती भूमिका है। से फोटोवोल्टिक इन्वर्टर्स से लेकर पवन ऊर्जा उत्पादन प्रणालियों तक, और विस्तारित होकर ऊर्जा भंडारण प्रणालियों और नई ऊर्जा वाहनों तक , शक्ति इलेक्ट्रॉनिक उपकरण लगभग सर्वव्यापी हैं। हालाँकि, उच्च शक्ति घनत्व, उच्च दक्षता और बढ़ी हुई सेवा जीवन की मांग के कारण संचालन के दौरान इन उपकरणों द्वारा पर्याप्त मात्रा में ऊष्मा उत्पन्न की जाती है। यदि इस ऊष्मा का प्रभावी ढंग से प्रबंधन नहीं किया जाता है, तो इससे उपकरण की दक्षता में कमी आती है और साथ ही प्रणाली की विश्वसनीयता और सेवा जीवन भी गंभीर रूप से प्रभावित होती है। इसलिए, शक्ति इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में ताप प्रबंधन के मुख्य घटक के रूप में, ऊष्मा अपव्यय (हीट सिंक) के डिज़ाइन और अनुप्रयोग का नए ऊर्जा उद्योग के विकास के लिए महत्वपूर्ण महत्व है।

शक्ति इलेक्ट्रॉनिक उपकरण जैसे उच्च-आवृत्ति, उच्च-शक्ति संचालन की स्थिति के तहत IGBTs, MOSFETs और शक्ति डायोड पर्याप्त ऊष्मा उत्पन्न करते हैं। तापमान में वृद्धि से स्विचिंग हानि में वृद्धि, चालन प्रतिबाधा में उच्चतर स्तर, अर्धचालक सामग्री के उम्र बढ़ने की दर तेज होती है, और यहां तक कि थर्मल रनअवे भी शुरू हो सकता है। इसलिए, शक्ति इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में हीट सिंक केवल निष्क्रिय शीतलन उपकरण के रूप में नहीं बल्कि प्रणाली की स्थिरता, लंबे जीवनकाल और बेहतर दक्षता सुनिश्चित करने वाले महत्वपूर्ण घटक के रूप में कार्य करते हैं। विशेष रूप से नई ऊर्जा अनुप्रयोगों में, जहां शक्ति उपकरण अक्सर परिवर्तनशील परिवेश तापमान के तहत लगातार संचालित होते हैं, हीट सिंक का प्रदर्शन सीधे रूप से प्रणाली के विश्वसनीय संचालन को प्रभावित करता है।

• फोटोवोल्टाइक इन्वर्टर्स

फोटोवोल्टिक इन्वर्टर सौर फोटोवोल्टिक प्रणालियों के मुख्य अंग होते हैं, जो दिष्ट धारा को प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित करते हैं। इन्वर्टर के भीतर शक्ति उपकरण उच्च-आवृत्ति स्विचन संचालन के दौरान ऊष्मा उत्पन्न करते हैं। अपर्याप्त तापीय प्रबंधन के कारण इन्वर्टर की दक्षता कम हो सकती है या यहाँ तक कि बंद भी हो सकता है। सामान्य ऊष्मा अवशोषक विन्यासों में एक्सट्रूडेड एल्युमीनियम हीट सिंक और तरल शीतलन प्लेटें शामिल हैं। एक्सट्रूडेड एल्युमीनियम हीट सिंक अनुकूलित पंखुड़ी संरचनाओं के माध्यम से ऊष्मा अपव्यूहन में सुधार करते हैं, जिससे प्राकृतिक संवहन या बलपूर्वक वायु शीतलन संभव होता है। तरल-शीतलित प्लेटें, इसके विपरीत, ऊष्मा को हटाने के लिए संचारी तरल पदार्थों का उपयोग करती हैं, जिससे उच्च-शक्ति-घनत्व या संलग्न-वातावरण वाले फोटोवोल्टिक इन्वर्टर के लिए उपयुक्त बनाती हैं।

• इलेक्ट्रिक वाहन चार्जिंग स्टेशन

चार्जिंग स्टेशन दक्ष ऊर्जा स्थानांतरण के दौरान महत्वपूर्ण ऊष्मा उत्पन्न करते हैं, जिसमें ऊष्मा अवशोषक (हीट सिंक) का प्रदर्शन सीधे विश्वसनीयता, सुरक्षा और संचालन आयु को निर्धारित करता है। मुख्य बिजली मॉड्यूल (जैसे IGBT या SiC MOSFET) ग्रिड के एसी को बैटरी के लिए आवश्यक डीसी में परिवर्तित करते समय महत्वपूर्ण शक्ति हानि का अनुभव करते हैं, जो इस ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में मुक्त करता है। इस ऊष्मा को समय पर निकालने में विफलता से मुख्य घटक अत्यधिक गर्म हो जाते हैं, जिससे दक्षता में कमी, प्रदर्शन में गिरावट या यहाँ तक कि स्थायी क्षति भी हो सकती है। एक दक्ष तापीय प्रबंधन प्रणाली चार्जिंग स्टेशनों को उच्च तापमान और उच्च भार की स्थिति में स्थिर रूप से संचालित करने और अपनी नाममात्र शक्ति आउटपुट (जैसे, 120kW, 360kW या उच्च) बनाए रखने के लिए मौलिक है, जो सीधे चार्जिंग सुरक्षा और उपयोगकर्ता अनुभव को प्रभावित करती है।

वर्तमान में, चार्जिंग स्टेशन तापीय प्रबंधन मुख्य रूप से दो तकनीकी दृष्टिकोणों का उपयोग करते हैं: वायु शीतलन और तरल शीतलन :

1. बलपूर्वक वायु शीतलन रेडिएटर: यह प्रारंभिक पीढ़ी और मध्यम से कम शक्ति वाले चार्जिंग स्टेशनों के लिए एक सामान्य समाधान है। इसके सिद्धांत में शीतलन फिन के माध्यम से शक्ति घटकों और वायु के बीच संपर्क क्षेत्र को बढ़ाना शामिल है, फिर प्रवाही ऊष्मा विनिमय के लिए प्रशंसकों का उपयोग करना है। इस दृष्टिकोण में सरल संरचना और कम लागत जैसी विशेषताएं हैं, लेकिन इसकी शीतलन दक्षता सीमित है, प्रशंसक की आवाज़ काफी होती है, और यह पर्यावरणीय धूल से प्रभावित होता है, जिसके कारण उच्च शक्ति घनत्व विकास की मांग को पूरा करना कठिन हो जाता है।

2. तरल-शीतलित प्रणाली: उच्च-शक्ति त्वरित चार्जरों (आमतौर पर 150kW और उससे अधिक) के लिए, तरल शीतलन मुख्यधारा की पद्धति बन गया है। इस प्रणाली में तरल शीतलन प्लेटों का उपयोग किया जाता है जो ऊष्मा उत्पन्न करने वाले घटकों के सघन संपर्क में आते हैं। ऊष्मा अवशोषित करने के बाद, कूलेंट इसे दूरस्थ तरल-से-तरल या तरल-से-वायु ऊष्मा विनिमयक (मुख्य रेडिएटर) तक पहुँचाता है जहाँ इसका त्याग होता है। वायु शीतलन की तुलना में तरल शीतलन दक्षता में काफी बेहतर होता है, अधिक संक्षिप्त आकार प्रदान करता है, महत्वपूर्ण आंतरिक घटकों के लिए सीलबंद सुरक्षा प्रदान करता है, और शोर में काफी कमी करता है। वर्तमान में, अति-त्वरित चार्जर तरल शीतलन को चार्जिंग गन केबल तक भी लागू करते हैं, जो उच्च धाराओं के तहत सुरक्षा और हल्के डिजाइन को सुनिश्चित करता है।

पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और नई ऊर्जा प्रणालियों के तीव्र विकास के कारण हीट सिंक्स पर उच्च प्रदर्शन की मांग बढ़ गई है। अनुकूलित डिज़ाइन, उचित सामग्री के चयन और बुद्धिमान नियंत्रण के माध्यम से, हीट सिंक्स न केवल ताप प्रबंधन चुनौतियों को प्रभावी ढंग से हल करते हैं, बल्कि प्रणाली की दक्षता में सुधार करते हैं, घटकों के जीवनकाल को बढ़ाते हैं और नई ऊर्जा तकनीकों के सतत विकास को बढ़ावा देते हैं। आगे देखें तो, सामग्री विज्ञान और ताप प्रबंधन तकनीकों में निरंतर प्रगति के साथ, हीट सिंक्स नई ऊर्जा उद्योग के भीतर अपरिहार्य मुख्य घटक बन जाएंगे, जो हरित ऊर्जा संक्रमण की उपलब्धि के लिए मजबूत तकनीकी सहायता प्रदान करेंगे।