Z nenehnim optimiranjem globalnih energetskih struktur in napredki v tehnologijah obnovljivih virov energije, elektronska moč vedno bolj opazno nastopa znotraj sistemov nove energije. Od fotonapetostnih invertorjev do sistemov za proizvodnjo električne energije iz vetra,
Z nenehnim optimiranjem globalnih energetskih struktur in napredki v tehnologijah obnovljivih virov energije, elektronska moč vedno bolj opazno nastopa znotraj sistemov nove energije. Iz fotonapetostnih invertorjev do sistemov za proizvodnjo električne energije iz vetra, in naprej do sistemov za shranjevanje energije in vozil z novimi viri energije , so elektronske naprave za moč praktično povsod prisotne. Zahteve po visoki močnostni gostoti, visokem izkoristku in podaljšani življenjski dobi pa povzročijo, da te naprave med obratovanjem oddajajo znatne količine toplote. Če te toplote ni učinkovito upravljati, se ne zmanjša le učinkovitost naprave, temveč je resno ogrožena tudi zanesljivost sistema in njegova življenjska doba. Zato imajo konstrukcija in uporaba toplotnih odvodnikov, saj so osrednji sestavni del toplotnega upravljanja v sistemih za moč, velik pomen za razvoj industrije obnovljivih virov energije.
Elektronske naprave za moč, kot so IGBT-ji, MOSFET-i in diode za moč, pod pogojemi visoke frekvence in visoke moči generirajo znatno količino toplote. Povečanje temperature vodi k povečanim izgubam pri preklapljanju, višji prevodni impedanci, pospešenemu staranju polprevodniških materialov in lahko celo sproži toplotno nekontrolirano reakcijo. Zato toplotni odvajalniki v močnostnih elektronskih sistemih niso zgolj pasivna sredstva za hlajenje, temveč ključne komponente, ki zagotavljajo stabilnost sistema, podaljšano življenjsko dobo in izboljšano učinkovitost. Še posebej v novih energetskih aplikacijah, kjer močnostne naprave pogosto delujejo neprekinjeno pri spremenljivih okoljskih temperaturah, ima zmogljivost toplotnega odvajalnika neposreden vpliv na zanesljivo delovanje sistema.
Fotovoltačni invertorji tvorijo jedro sončnih fotovoltačnih sistemov in pretvarjajo enosmerno električno energijo v izmenično. Močnostne komponente znotraj inverterjev med delovanjem pri visoki frekvenci preklapljanja proizvajajo toploto. Neustrezno upravljanje toplote lahko povzroči zmanjšano učinkovitost inverterja ali celo njegovo izklop. Med pogoste konfiguracije toplotnih odvodnikov spadajo ekstrudirani aluminijasti toplotni odvodniki in hladilne plošče z tekočinskim hlajenjem. Ekstrudirani aluminijasti toplotni odvodniki izboljšajo odvajanje toplote s pomočjo optimizirane strukture rebra, kar omogoča naravno konvekcijo ali prisilno zračno hlajenje. Hladilne plošče z tekočinskim hlajenjem za odvajanje toplote uporabljajo kroženje tekočine, zaradi česar so primerne za fotovoltačne inverterje z visoko močnostno gostoto ali za uporabo v zaprtih okoljih.
Polnilne postaje med učinkovitim prenosom energije proizvajajo pomembno količino toplote, pri čemer je zanesljivost, varnost in obratovalna življenjska doba neposredno odvisna od učinkovitosti toplotnega odvoda. Osnovni močnostni moduli (kot so IGBT-ji ali SiC MOSFET-i) imajo pomembne izgube moči pri pretvorbi izmeničnega toka iz omrežja v enosmerni tok, ki ga zahteva baterija, pri čemer se ta energija sprošča v obliki toplote. Če te toplote ne odvedemo pravočasno, pride do pregrevanja osnovnih komponent, kar povzroči zmanjšanje učinkovitosti, upad zmogljivosti ali celo trajno poškodbo. Učinkovit sistem upravljanja s temperaturo je temeljnega pomena za zagotavljanje stabilnega delovanja polnilnih postaj v pogojih visoke temperature in visoke obremenitve ter za ohranjanje njihove nazivne moči (npr. 120 kW, 360 kW ali več), kar neposredno vpliva na varnost polnjenja in uporabniško izkušnjo.
Trenutno polnilne postaje za upravljanje s temperaturo uporabljajo predvsem dva tehnična pristopa: hladjenje z zrakom in hladjenje s tekočino :
1. Zračni hladilniki s prisilnim hlajenjem: To je običajna rešitev za stikalne naprave prve generacije in srednje do nizke moči. Načelo delovanja vključuje povečanje stične površine med močnostnimi komponentami in zrakom prek hladilnih rebri, nato pa uporabo ventilatorjev za prisilno konvektivno izmenjavo toplote. Ta pristop ima preprosto strukturo in nižjo ceno, vendar je učinkovitost hlajenja omejena, hrup ventilatorjev pomemben, poleg tega pa je občutljiv na okoljski prah, kar otežuje izpolnjevanje zahtev razvoja višje gostote moči.
2. Sistemi s tekočinskim hlajenjem: Pri hitrih polnilih z visoko močjo (običajno 150 kW in več) je hlajenje s tekočino postalo glavna metoda. Ta sistem uporablja plošče za tekočinsko hlajenje, ki tesno prilegajo toplotno obremenjenim komponentam. Po prevzemu toplote hladilno sredstvo prenese toploto na oddaljen izmenjevalnik toplote tekočina-tekočina ali tekočina-zrak (glavni radiator) za odvajanje toplote. Hlajenje s tekočino je po učinkovitosti znatno boljše od zračnega hlajenja, zavzema bolj kompakten prostor, omogoča tesno zaščito ključnih notranjih komponent in znatno zmanjša hrup. Trenutno ultra-hitri polniliže raztegnijo tekočinsko hlajenje tudi na kabel polnilnega pištola, kar zagotavlja varnost in lahko konstrukcijo pri visokih tokovih.
Hitri napredek elektronskih močnostnih komponent in novih energetskih sistemov postavlja višje zahteve glede zmogljivosti toplotnih izmenjevalnikov. Z optimiziranim načrtovanjem, previdno izbiro materialov in inteligentnim nadzorom toplotni izmenjevalniki ne le učinkovito rešujejo izzive upravljanja temperature, temveč tudi povečujejo učinkovitost sistemov, podaljšujejo življenjsko dobo komponent ter spodbujajo trajnostni razvoj tehnologij nove energije. V prihodnosti bodo s stalnim napredkom na področju znanosti o materialih in tehnikah upravljanja temperature toplotni izmenjevalniki postali nepogrešljivi jedrni elementi v industriji nove energije ter bodo omogočili trdno tehnično podporo za doseg zelenega energetskega prehoda.
EN
