Elektronik Kuasa dan Tenaga Baharu

Dengan pengoptimuman berterusan struktur tenaga global dan kemajuan dalam teknologi tenaga boleh diperbaharui, elektronik kuasa memainkan peranan yang semakin ketara dalam sistem tenaga baharu. Dari penyongsang fotovoltaik hingga sistem penjanaan tenaga angin, dan meluas kepada sistem penyimpanan tenaga dan kenderaan tenaga baharu , peranti elektronik kuasa hampir digunakan secara meluas. Namun begitu, keperluan untuk ketumpatan kuasa yang tinggi, kecekapan tinggi, dan jangka hayat perkhidmatan yang lebih panjang menyebabkan peranti ini menghasilkan jumlah haba yang besar semasa operasi. Jika haba ini tidak dikendalikan dengan berkesan, ia bukan sahaja mengurangkan kecekapan peranti tetapi juga menjejaskan kebolehpercayaan dan jangka hayat sistem secara serius. Oleh itu, sebagai komponen utama dalam pengurusan haba bagi sistem elektronik kuasa, rekabentuk dan aplikasi pendingin haba mempunyai kepentingan yang besar terhadap pembangunan industri tenaga baharu.

Peranti elektronik kuasa seperti IGBT, MOSFET, dan diod kuasa menghasilkan haba yang besar dalam keadaan operasi frekuensi tinggi dan kuasa tinggi. Peningkatan suhu menyebabkan kehilangan pensuisan yang lebih tinggi, rintangan pengaliran meningkat, penuaan bahan semikonduktor yang dipercepat, dan boleh menyebabkan lari terma. Oleh itu, penyerap haba dalam sistem elektronik kuasa bukan sahaja berfungsi sebagai alat penyejukan pasif tetapi merupakan komponen penting yang memastikan kestabilan sistem, jangka hayat yang lebih panjang, dan kecekapan yang ditingkatkan. Terutamanya dalam aplikasi tenaga baharu, di mana peranti kuasa kerap beroperasi secara berterusan di bawah suhu persekitaran yang berubah-ubah, prestasi penyerap haba secara langsung mempengaruhi operasi sistem yang boleh dipercayai.

• Penebat fotovoltan

Inverter fotovoltaik merupakan teras sistem suria PV, menukarkan arus terus kepada arus ulang-alik. Peranti kuasa di dalam inverter menghasilkan haba semasa operasi pensuisan frekuensi tinggi. Pengurusan haba yang tidak mencukupi boleh menyebabkan kecekapan inverter berkurang atau malah menyebabkan pemberhentian operasi. Konfigurasi pendingin haba yang biasa digunakan termasuklah pendingin haba aluminium ekstrusi dan plat penyejukan cecair. Pendingin haba aluminium ekstrusi meningkatkan peresapan haba melalui struktur sirip yang dioptimumkan, membolehkan perolakan semula jadi atau penyejukan udara paksa. Sebaliknya, plat penyejukan cecair menggunakan bendalir bersirkulasi untuk membuang haba, menjadikannya sesuai untuk inverter PV berketumpatan kuasa tinggi atau dalam persekitaran tertutup.

• Stesen pengecasan kenderaan elektrik

Stesen pengecasan menghasilkan haba yang besar semasa pemindahan tenaga yang cekap, dengan prestasi peresap haba secara langsung menentukan kebolehpercayaan, keselamatan, dan jangka hayat pengendalian. Modul kuasa utama (seperti IGBT atau SiC MOSFET) mengalami kehilangan kuasa yang ketara apabila menukar AC grid kepada DC yang diperlukan bateri, membebaskan tenaga ini sebagai haba. Kegagalan untuk menyebarkan haba ini dengan segera akan menyebabkan komponen utama terlebih panas, membawa kepada kemerosotan kecekapan, penurunan prestasi, atau malah kerosakan kekal. Sistem pengurusan haba yang cekap adalah asas bagi memastikan stesen pengecasan beroperasi secara stabil dalam keadaan suhu tinggi dan beban tinggi serta mengekalkan output kuasa kadarannya (contohnya, 120kW, 360kW, atau lebih tinggi), yang secara langsung memberi kesan kepada keselamatan pengecasan dan pengalaman pengguna.

Pada masa ini, pengurusan haba stesen pengecasan terutamanya menggunakan dua pendekatan teknikal: penyejukan udara dan penyejukan cecair :

1. Radiator Pendinginan Udara Paksa: Ini adalah penyelesaian biasa untuk stesen pengecasan generasi awal dan kuasa sederhana hingga rendah. Prinsipnya melibatkan peningkatan kawasan sentuhan antara komponen kuasa dan udara melalui sirip pendinginan, kemudian menggunakan kipas untuk pertukaran haba konveksi paksa. Pendekatan ini mempunyai struktur yang mudah dan kos lebih rendah, tetapi kecekapan pendinginannya terhad, bunyi bising kipas ketara, dan ia mudah dipengaruhi oleh habuk persekitaran, menjadikannya sukar untuk memenuhi keperluan pembangunan ketumpatan kuasa yang lebih tinggi.

2. Sistem penyejukan cecair: Untuk pengecas laju berkuasa tinggi (kebiasaannya 150kW dan ke atas), penyejukan cecair telah menjadi pendekatan utama. Sistem ini menggunakan plat penyejukan cecair yang bersentuhan rapat dengan komponen yang menghasilkan haba. Selepas menyerap haba, bahan penyejuk mengangkutnya ke penukar haba cecair-ke-cecair atau cecair-ke-udara (radiator utama) yang jauh untuk disejukkan. Penyejukan cecair jauh lebih efisien berbanding penyejukan udara, menawarkan saiz yang lebih padat, memberikan perlindungan tertutup kepada komponen dalaman yang kritikal, serta mengurangkan bunyi bising secara ketara. Pada masa kini, pengecas ultra laju malah melanjutkan penyejukan cecair hingga ke kabel senapang pengecasan, memastikan keselamatan dan rekabentuk yang ringan di bawah arus tinggi.

Perkembangan pesat elektronik kuasa dan sistem tenaga baharu mengenakan tuntutan prestasi yang lebih tinggi terhadap pendingin haba. Melalui rekabentuk yang dioptimumkan, pemilihan bahan yang bijak, dan kawalan pintar, pendingin haba tidak sahaja menyelesaikan cabaran pengurusan haba dengan berkesan, malah juga meningkatkan kecekapan sistem, memperpanjang jangka hayat komponen, serta mendorong pembangunan mampan teknologi tenaga baharu. Ke masa depan, dengan kemajuan berterusan dalam sains bahan dan teknik pengurusan haba, pendingin haba akan menjadi komponen teras yang mustahak dalam industri tenaga baharu, menyediakan sokongan teknikal yang kukuh bagi mencapai peralihan tenaga hijau.