З постійною оптимізацією глобальних енергетичних структур і розвитком технологій відновлюваної енергетики силова електроніка відіграє все більш помітну роль у системах нових джерел енергії. Від фотогальванічних інверторів до систем генерації енергії від вітру...
З постійною оптимізацією глобальних енергетичних структур і розвитком технологій відновлюваної енергетики силова електроніка відіграє все більш помітну роль у системах нових джерел енергії. З від фотогальванічних інверторів до систем генерації енергії від вітру, і поширюючись на системи зберігання енергії та транспортні засоби на нових джерелах енергії , пристрої силової електроніки фактично є повсюдними. Однак вимоги до високої потужності, високої ефективності та тривалого терміну служби призводять до того, що ці пристрої генерують значну кількість тепла під час роботи. Якщо це тепло не буде ефективно відводитися, це не лише знижує ефективність пристроїв, але й серйозно підриває надійність і термін служби системи. Внаслідок цього проектування та застосування радіаторів, як основного компонента теплового управління в системах силової електроніки, має велике значення для розвитку індустрії нових джерел енергії.
Пристрої силової електроніки, такі як IGBT, MOSFET та силові діоди виділяють значну кількість тепла в умовах високочастотної та високопотужної роботи. Підвищення температури призводить до зростання втрат перемикання, підвищення імпедансу провідності, прискореного старіння напівпровідникових матеріалів і може навіть спровокувати тепловий пробій. Внаслідок цього радіатори в системах силової електроніки виступають не просто пасивними засобами охолодження, а критично важливими компонентами, що забезпечують стабільність системи, тривалий термін служби та підвищену ефективність. Особливо в застосунках нових джерел енергії, де силові пристрої часто працюють безперервно в умовах змінних температур навколишнього середовища, продуктивність радіаторів безпосередньо впливає на надійну роботу системи.
Фотовольтаїчні інвертори є основою сонячних ФВ-систем, перетворюючи постійний струм на змінний. Потужнісні елементи в інверторах виділяють тепло під час операцій високочастотного перемикання. Недостатнє теплове управління може призвести до зниження ефективності інвертора або навіть його вимкнення. Поширені конфігурації радіаторів включають витиснуті алюмінієві радіатори та пластини з рідинним охолодженням. Витиснуті алюмінієві радіатори покращують відведення тепла за рахунок оптимізованих ребер, забезпечуючи природну конвекцію або примусове повітряне охолодження. Пластини з рідинним охолодженням, навпаки, використовують циркулюючі рідини для відведення тепла, що робить їх придатними для інверторів ФВ з високою потужністю або у замкнених середовищах.
Зарядні станції генерують значну кількість тепла під час ефективної передачі енергії, а ефективність роботи радіатора безпосередньо визначає надійність, безпеку та термін експлуатації. Основні силові модулі (такі як IGBT або SiC MOSFET) мають значні втрати потужності під час перетворення змінного струму мережі на постійний струм, необхідний для акумулятора, виділяючи цю енергію у вигляді тепла. Якщо це тепло не виводити вчасно, основні компоненти перегріватимуться, що призведе до погіршення ефективності, зниження продуктивності або навіть до постійних пошкоджень. Ефективна система теплового управління є основоположною для забезпечення стабільної роботи зарядних станцій у умовах високих температур і навантажень та підтримання їх номінальної вихідної потужності (наприклад, 120 кВт, 360 кВт або вище), безпосередньо впливаючи на безпеку зарядки та сприйняття користувачем.
На даний момент для теплового управління зарядних станцій переважно використовуються два технічні підходи: повітряне охолодження та рідинне охолодження :
1. Радіатори з примусовим повітряним охолодженням: це поширений розв'язок для зарядних станцій ранніх поколінь та середньої та низької потужності. Принцип полягає у збільшенні площі контакту між силовими компонентами та повітрям за допомогою охолоджувальних ребер, після чого за допомогою вентиляторів здійснюється примусовий конвективний теплообмін. Цей метод характеризується простотою конструкції та нижчою вартістю, однак його ефективність охолодження обмежена, рівень шуму вентиляторів є суттєвим, а також він чутливий до пилу в навколишньому середовищі, що ускладнює задоволення вимог щодо розвитку високої густини потужності.
2. Системи з рідинним охолодженням: для потужних швидких зарядних пристроїв (зазвичай 150 кВт та вище) рідинне охолодження стало основним підходом. Ця система використовує пластини рідинного охолодження, які щільно контактують із компонентами, що виділяють тепло. Після поглинання тепла, теплоносій переносить його до віддаленого теплообмінника «рідина–рідина» або «рідина–повітря» (основний радіатор) для відведення тепла. Рідинне охолодження значно перевершує повітряне за ефективністю, має більш компактні габарити, забезпечує герметичний захист ключових внутрішніх компонентів і суттєво зменшує рівень шуму. У сучасних ультрашвидких зарядних пристроях рідинне охолодження поширюється навіть на кабель зарядного пристрою, забезпечуючи безпеку та легку конструкцію при високих струмах.
Швидкий розвиток силової електроніки та систем нових джерел енергії ставить вищі вимоги до продуктивності радіаторів. Завдяки оптимізованому проектуванню, ретельному підбору матеріалів та інтелектуальному керуванню, радіатори не лише ефективно вирішують проблеми теплового управління, але й підвищують ефективність систем, подовжують термін служби компонентів і сприяють сталому розвитку технологій нових джерел енергії. У майбутньому, завдяки постійному прогресу в галузі матеріалознавства та методів теплового управління, радіатори стануть незамінними основними компонентами в індустрії нових джерел енергії, забезпечуючи надійну технічну підтримку для досягнення зеленого енергетичного переходу.
EN
