אלקטרוניקת הספק ואנרגיה חדשה

עם התחזקות מיטיבת המבנה האנרגטי העולמי והתקדמות בטכנולוגיות אנרגיה מתחדשת, יש לאלקטרוניקת הספק תפקיד חשוב וגדל בעין בתוך מערכות אנרגיה חדשה. מִן הופכיי שמש ועד למערכות ייצור חשמל מטורבינות רוח, והלאה אל מערכות איחסון אנרגיה וvehicles אנרגיה חדשה ,רכיבי חשמל עוצמה נמצאים כמעט בכל מקום. עם זאת, הדרישות לצפיפות עוצמה גבוהה, יעילות גבוהה וחיים ארוכים יותר גורמות לרכיבים אלו לייצר כמויות גדולות של חום במהלך פעילותם. אם חום זה לא מטופל בצורה יעילה, לא רק שפוגע ביעילות הרכיב, אלא גם פוגע קשות ביציבות המערכת ובתקופת החיים שלה. כתוצאה מכך, כمكون מרכזי בניהול תרמי במערכות חשמל עוצמה, לעיצוב ולשימוש בפנסים תרמיים חשיבות רבה מאוד לפיתוח תעשיית האנרגיה החדשה.

רכיבי חשמל עוצמה כגון IGBTs, MOSFETs, ודיאודות עוצמה מייצרים הרבה חום בתנאי פעולה של תדר גבוה ועוצמה גבוהה. עליית הטמפרטורה מובילה להגדלת איבדי המיתוג, עלייה בהתנגדות העברת הזרם, הגברה בזקן החומרים של הסמי-קונדקטור ויכולה אף לגרום לרצף תרמי לא מבוקר. כתוצאה מכך, פסי פיזור חום במערכות אלקטרוניקות של כוח משמשים לא רק כלכידות קירור פסיביות אלא כרכיבים קריטיים שמבטיחים יציבות של המערכת, הארכה של מחזור החיים ויעילות מוגברת. במיוחד ביישומי אנרגיה חדשה, שבהם רכיבי כוח פעילים לעתים קרובות באופן מתמיד בתנאי טמפרטורה משתנים, ביצועי פסי הפיזור משפיעים ישירות על פעולת המערכת הנ dependable.

• הופכים פוטוולטיים

הופכים את הזרם הישר לזרם חילופין. רכיבי החשמל בתוך המהפך יוצרים חום במהלך פעולות הסגירה בתדר גבוה. ניהול תרמי לקוי עלול להוביל לצמצום יעילות המהפך או אף לעצירתו. תצורות נפוצות של פסי בקרה כוללות פסי בקרה מאלומיניום מוזרק ופסי קירור נוזלי. פסי בקרה מאלומיניום מוזרק משפרים את פיזור החום באמצעות מבנה שוחות אופטימלי, ומאפשרים הקפאה טבעית או קירור אוויר מאולץ. פסי קירור נוזלי, לעומת זאת, משתמשים בנוזלים זורמים לסילוק חום, מה שעושה אותם מתאימים לממירים עם צפיפות הספק גבוהה או בסביבות סגורות.

• תחנת טעינה לרכב חשמלי

תחנות טעינה מייצרות חום משמעותי במהלך העברת אנרגיה יעילה, כאשר ביצועי מפזר החום קובעים ישירות את האמינות, הבטיחות ותקופת החיים התפעולית. מודולי כוח מרכזיים (כגון IGBTs או SiC MOSFETs) סובלים מאיבדי הספק משמעותיים בעת המרת זרם חילופין מהרשת לזרם ישר הנדרש על ידי הסוללה, ובכך משחררים אנרגיה זו בצורת חום. כשלא מפזרים חום זה במהירות, הרכיבים המרכזיים מחממים יתר על המידה, מה שגורם לירידת יעילות, ירידה בביצועים או אף נזק קבוע. מערכת ניהול תרמי יעילה היא בסיסית כדי להבטיח שהתחנות פועלות בצורה יציבה בתנאי טמפרטורה גבוהה ועומס גבוה, ושיש להם תפוקת הספק דירוגית מתמשכת (למשל 120kW, 360kW או יותר), מה שמשפיע ישירות על בטיחות הטעינה וחוויית המשתמש.

נכון לעכשיו, ניהול תרמי בתחנות טעינה משתמש בעיקר בשתי גישות טכנולוגיות: קירור באוויר וקירור נוזלי :

1. רדיаторים עם קירור אוויר מאולץ: זו הפתרון הנפוץ לתחנות טעינה של דורות ראשונים ובעלי הספק בינוני עד נמוך. העיקרון כולל הגדלת שטח המגע בין רכיבי החשמל לאוויר באמצעות סורי קירור, ולאחר מכן שימוש במאווררים להעברת חום על ידי הובלה מאולצת. לשיטה זו מבנה פשוט ועלות נמוכה, אך יעילות הקירור שלה מוגבלת, רמת הרעש של המאוורר גבוהה, והיא רגישה לאבק סביבתי, מה שמקשה עליה לעמוד בדרישות של פיתוח צפיפות הספק גבוהה יותר.

2. מערכות קירור נוזלי: לטעינה מהירה בעלת הספק גבוה (בדרך כלל 150 קילוואט ואילך), הפכה מערכת הקירור הנוזלי לשיטת הפעולה העיקרית. המערכת משתמשת בלוחות קירור נוזליים שמגיעים במגע הדוק עם רכיבי היצר החום. לאחר ספיגת החום, המוליך הנוזלי מעביר אותו למחליף חום מרוחק מסוג נוזל-אל-נוזל או נוזל-אל-אויר (הרדיатор הראשי) לצורך פיזור החום. קירור נוזלי מتفوق בהרבה על קירור אוויר מבחינת יעילות, מציע דרישה פחותה במרחב, מספק הגנה אטומה לרכיבים פנימיים קריטיים ומצמצם בצורה משמעותית את הרעש. כיום, טענות אולטרא-מהירות ממשיכות אף להרחיב את הקירור הנוזלי גם לכבל האקדח של הטעינה, כדי להבטיח בטיחות ועיצוב קל משקל תחת זרמים גבוהים.

ההתפתחות המהירה של אלקטרוניקת הספק ומערכות אנרגיה חדשות מציבה דרישות ביצועים מוגברות על מאווררים. באמצעות עיצוב מיטבי, בחירת חומרים זהירה ובקרה חכמה, מאווררים לא רק פותרים את אתגרי ניהול החום בצורה יעילה, אלא גם משפרים את יעילות המערכת, מאריכים את חיי הרכיבים ומעודדים את הפיתוח הרציף של טכנולוגיות אנרגיה חדשה. בהמשך הדרך, עם ההתקדמות המתמשכת במדעי החומרים ובטכניקות ניהול חום, מאווררים יהפכו לרכיבים מרכזיים חיוניים בתעשיית האנרגיה החדשה, ויספקו תמיכה טכנית איתנה להשגת המעבר לאנרגיה ירוקה.