Electronica de putere și energie nouă

Cu optimizarea continuă a structurilor energetice globale și progresele tehnologiilor de energie regenerabilă, electronica de putere joacă un rol din ce în ce mai important în sistemele de energie nouă. Din invertorii fotovoltaici la sistemele de generare a energiei eoliene, și extinderea către sistemele de stocare a energiei și vehiculele electrice , dispozitivele electronice de putere sunt practic omniprezente. Cu toate acestea, cerințele privind densitatea mare de putere, eficiența ridicată și durata lungă de viață determină generarea unor cantități substanțiale de căldură de către aceste dispozitive în timpul funcționării. Dacă această căldură nu este gestionată eficient, nu numai că scade eficiența dispozitivului, dar compromite grav fiabilitatea sistemului și durata sa de viață. Prin urmare, fiind componenta principală a managementului termic în sistemele electronice de putere, proiectarea și aplicarea radiatorilor are o importanță semnificativă pentru dezvoltarea industriei energiei noi.

Dispozitive electronice de putere precum IGBT-uri, MOSFET-uri și diodele de putere generează o cantitate substanțială de căldură în condiții de funcționare cu frecvență înaltă și putere mare. Creșterea temperaturii duce la pierderi mari de comutare, impedanță crescută de conducție, îmbătrânire accelerată a materialelor semiconductoare și poate chiar declanșa alergarea termică. În consecință, radiatoarele în sistemele electronice de putere nu sunt doar unelte pasive de răcire, ci componente esențiale care asigură stabilitatea sistemului, o durată de viață mai lungă și o eficiență sporită. În special în aplicațiile de energie nouă, unde dispozitivele de putere funcționează adesea continuu în condiții de temperatură ambientală variabilă, performanța radiatorului influențează direct funcționarea fiabilă a sistemului.

• Inverterele fotovoltaice

Inversorii fotovoltaici formează baza sistemelor solare fotovoltaice, convertind curentul continuu în curent alternativ. Dispozitivele de putere din interiorul inversoarelor generează căldură în timpul operațiunilor de comutare la frecvență înaltă. O gestionare termică inadecvată poate duce la scăderea eficienței inversorului sau chiar la oprirea acestuia. Configurațiile obișnuite ale radiatorilor includ radiatoare extrudate din aluminiu și plăci de răcire cu lichid. Radiatoarele extrudate din aluminiu îmbunătățesc disiparea căldurii prin structuri optimizate de aripioare, permițând convecția naturală sau răcirea forțată cu aer. Plăcile răcite cu lichid, dimpotrivă, utilizează fluide circulante pentru eliminarea căldurii, fiind potrivite pentru inversoare fotovoltaice cu densitate mare de putere sau pentru medii închise.

• Stație de încărcare pentru vehicule electrice

Stațiile de încărcare generează o cantitate semnificativă de căldură în timpul transferului eficient de energie, performanța radiatorului determinând direct fiabilitatea, siguranța și durata de funcționare. Modulele principale de putere (cum ar fi IGBT sau SiC MOSFET) suferă pierderi importante de putere atunci când convertesc curentul alternativ din rețea în curent continuu necesar bateriei, eliberând această energie sub formă de căldură. Lipsa unui disipări rapide a acestei călduri duce la supraîncălzirea componentelor esențiale, provocând degradarea eficienței, scăderea performanței sau chiar deteriorarea permanentă. Un sistem eficient de management termic este esențial pentru asigurarea unei funcționări stabile a stațiilor de încărcare în condiții de temperatură ridicată și sarcină mare, precum și pentru menținerea puterii nominale (de exemplu, 120kW, 360kW sau mai mare), având un impact direct asupra siguranței încărcării și experienței utilizatorului.

În prezent, managementul termic al stațiilor de încărcare utilizează în principal două abordări tehnice: răcire cu aer și răcire cu lichid :

1. Radiatoare cu răcire forțată cu aer: Aceasta este soluția obișnuită pentru stațiile de încărcare de generație timpurie și de putere medie sau scăzută. Principiul său constă în mărirea suprafeței de contact dintre componentele de putere și aer prin utilizarea aripioarelor de răcire, urmată de folosirea unor ventilatoare pentru schimbul termic convectiv forțat. Această abordare se caracterizează prin structură simplă și cost redus, dar eficiența sa de răcire este limitată, zgomotul ventilatorului este semnificativ, iar sistemul este sensibil la praful din mediul înconjurător, ceea ce face dificilă satisfacerea cerințelor dezvoltării cu densitate mai mare de putere.

2. Sisteme răcite cu lichid: Pentru încărcătoarele rapide de mare putere (de regulă 150 kW și peste), răcirea cu lichid a devenit abordarea dominantă. Acest sistem utilizează plăci de răcire cu lichid care sunt în strâns contact cu componentele generatoare de căldură. După absorbția căldurii, agentul termic o transportă către un schimbător de căldură lichid-lichid sau lichid-aer (radiatorul principal) pentru disipare. Răcirea cu lichid este semnificativ mai eficientă decât cea cu aer, oferă un design mai compact, asigură protecție etanșată pentru componentele interne critice și reduce substanțial zgomotul. În prezent, încărcătoarele ultrarapide extind chiar și răcirea cu lichid la cablul pistolului de încărcare, asigurând siguranță și o greutate redusă în condiții de curenți înalți.

Avansul rapid al electronicii de putere și al sistemelor de energie nouă impune cerințe sporite de performanță pentru radiatoarele de răcire. Prin proiectare optimizată, selecție judicioasă a materialelor și control inteligent, radiatoarele de răcire nu doar rezolvă eficient provocările de management termic, ci și sporesc eficiența sistemului, prelungesc durata de viață a componentelor și promovează dezvoltarea durabilă a tehnologiilor de energie nouă. În perspectivă, odată cu progresul continuu al științei materialelor și al tehnicilor de management termic, radiatoarele de răcire vor deveni componente-cheie indispensabile în industria energiei noi, oferind un suport tehnic robust pentru realizarea tranziției către energie verde.