Hiljainen vallankumous PV -inverttereissä: silikonin tekninen taistelu ja tulevaisuus-Vapaat lämpötyynyt

Vaikutusläheisen sähköntuotannon maisemassa invertterillä on järjestelmän "sydämen" korvaamaton rooli. Se muuntaa tehokkaasti aurinkopaneeleista suoritettavan virran vuorovirtaan, joka syötetään ruudukkoon. Tämän energian muuntamisprosessin takana on valtava lämpö, ​​jonka tuottavat Power Semiconductor -laitteet, kuten IGBT: t janousevat SIC -moduulit. Jos tätä lämpöä ei hävitetänopeasti ja tehokkaasti, se uhkaa suoraan invertterin suorituskykyä, elinikäistä ja koko PV -laitoksen sijoitetun pääoman tuoton. Näin ollen korkea-Tehokkuuden lämmönhallinnan suunnittelusta on tullut keskeinen kilpailuetu invertteritekniikassa ja tällä alueella—erityisesti lämpötyynyjä—ovat hiljaisesti tekemässä syvällistä teknologista muutosta.
Tämän muutoksen lähtökohta johtuunäennäisesti vähäisestä, mutta kriittisestä aiheesta: siloksaanin saastumisesta. Perinteinen silikoni-Perustetut lämpötyynyt olivat aikoinaan valtavirran valintaniiden erinomaisen joustavuuden ja lämpötilankestävyyden vuoksi. Kuitenkin matala-molekyyli--ne sisältävät jatkuvasti haihtuvia ja siirtyvät korkean alla olevia siloksaaneja-taajuusmuuttajan 20 lämpötilaolosuhteet-25 vuoden elinkaari, joka peittää laitteen sisustuksennäkymättömään "öljymumulle". Kunnämä siloksaanimolekyylit tarttuvat releiden, kytkimien tai liittimien sähkökoskettimiin,ne istuttavat tikittävän aikapommin. Sähkökaari hapettaane piisidioksidiksi, kovaan eristimeen, muodostaen mikroskooppisen eristyskalvon. Tämä johtaa huonoon kosketukseen, lisääntyneeseen vastustuskykyyn ja voi viime kädessä aiheuttaa viestintävirheitä, suojaushäiriöitä tai jopa täydellistä laitteiden sammutusta. Tämä "Stealth-Killer "Vikatilaa ei voida hyväksyä aurinkosähköteollisuudelle, joka pyrkii äärimmäisen pitkään-termin luotettavuus. Siten siirtyminen "silikoniin-Vapaa "tuli välttämätöntä, aiheuttaen silikonia-Vapaat lämpötyynyt lopullisena valintana korkealle-Loppujen invertterimallit. Ne sijoitetaan tarkasti kuumimpien voimamoduulien ja jäähdytyselementin väliin, mikä täyttää mikroskooppiset aukot kriittisen sillan muodostamiseksi lämmönsiirtoon.
Siloksaanin saastumisen "vanhan vaivan" ratkaiseminen on kuitenkin ottanut käyttöön uusia haasteita, jolloin materiaalitieteen ja tekniikan sovelluksen välinen syvä vuorovaikutus. Ensinnäkin on kauppa-Pois lämpö suorituskyvyn ja mekaanisen joustavuuden välillä. Saavuttaaksesi korkean lämmönjohtavuus 5 W/m·K tai jopa ylöspäin 10 W/m·K, silikoni-ilmaiset tyynyt (tyypillisesti akryyli- tai muihin polymeereihin) On täytettävä erittäin suurella määrällä keraamisia täyteaineita, kuten alumiinioksidia tai boorinitridiä, usein yli 80%. Tämä korkea täyteaineen kuormitus tekee materiaalista vaikeampaa ja vähemmän puristuvaa. Kokoonpanon aikana, jos tyyny on liian luja, se ei voi täydellisestinoudattaa komponentin ja jäähdytyselementin pintoja, jättäen ilma -aukkoja, jotka luovat merkittävän kosketuslämpövastuksen, mikä tekee korkeastanimellislämmönjohtavuudesta käytännössä hyödytöntä. Kriittisemmin tämä jäykkä paine siirretään suoraan taustalla olevaan Power -siruun. Kolmanneksi-Sukupolven puolijohteet, kuten piikarbidi (Sic), jotka ovat ohuempia ja hauraampia, liiallinen stressi voi helposti aiheuttaa mikroa-Halkeilee tai jopa murtaa suulakkeet, mikä johtaa peruuttamattomiin vaurioihin. Herkän tasapainon saavuttamisesta korkean lämmönjohtavuuden ja alhaisen stressin välillä formulaatiossa on tullut ensisijainen haaste silikonin toimittajille-Vapaat materiaalit.
Seuraava on pitkä pitkä haaste-termin luotettavuus. PV -invertterin on kestävä kymmeniä tuhansia lämpötilasyklejä, vakavasta kylmästä -40°C +85°C. Tällaisessa radikaalissa lämmön laajenemisessa ja supistuksessa huonosti suorittava lämpöalusta voi kärsiä "pumpusta-Ulos "vaikutus—missä perushartsi puristetaan vähitellen, mikä johtaa materiaalin delaminaatioon, halkeiluun ja lämpöreitin tuhoamiseen. Samanaikaisesti riippumatta siitä, onko luontainen lämpövastus ja anti-Akryylipolymeeripohjan ikääntymisominaisuudet voivat vastata silikonin poikkeuksellisen stabiilia kemiaa 25:n yli-Auringon, kosteuden ja Salt Mist -altistuksen vuoden elinikä on kysymys, johon on vastattava tiukalla kokeellisella tiedoilla. Kauan-Termin heikkeneminen materiaalien ominaisuuksissa muuttuu suoraan invertterin epäonnistumisasteeksi.
Näiden toisiinsa kytkettyjen teknisten esteiden edessä teollisuus ei ole seisonut paikallaan, mutta se on etsinyt läpimurtoja monen kautta-Dimensional Innovation. Materiaalien edessä tutkijat ovat innovatiivisia polymeerimolekyylirakenteita joustavampien akryylimatriisien luomiseksi. Samanaikaisesti he käyttävät multi-Asteikon täyteainesekoitustekniikat, jotka yhdistävät tieteellisesti erikokoiset keraamiset hiukkaset ja muodot tehokkaimman lämpöverkon rakentamiseksi mikroskooppisella tasolla, aivan kuten rakennuspalikoiden kokoamiseksi. He myös muokkaavat täyteaineita parantaakseen sidoksensa polymeerimatriisissa, mikä parantaa merkittävästi materiaalin kokonaisominaisuuksia ja vastustuskykyä "pumppulle-Ulos "Vaikutus. Tämä on johtanut" ultra-pehmeä "silikoni-Vapaat lämpötyynyt, jotka ylläpitävät erittäin matalaa kovuutta jopa korkealla lämmönjohtavuudella, pehmentäen tehokkaasti kokoonpanon stressiä ja tarjoavat herkät mutta kiinteän lämmönsuojauksen hauraille sic -siruille.
Sovellus- ja validointirintamassa invertterin valmistajat ja materiaalien toimittajat tekevät tiivistä yhteistyötänopeutettujen ikääntymistestiprotokollien määrittämiseksi, jotka ylittävät huomattavasti tavanomaiset standardit. Pitkä-Kesto kostea lämmön varastointi, tuhansia äärimmäisiä lämpötilasyklejä ja jopa tehon pyöräilykokeita, jotka suoraan simuloivat todellista-Maailman käyttöolosuhteista on tullut lakmustesti karsintatuotteille. Vain materiaalit, joilla on vähän suorituskyvyn heikkenemistä, ja ylläpitävät rakenteellista eheyttä sen jälkeen, kunnämä tiukat kokeet ansaitsevat "lipun pääsyn" korkealle-lopputultaat. Lisäksi silikonin haasteen vastaamiseksi-Vapaat materiaalit, joilla on huono luonnollinen tarttuminen, joka vaikeuttaa automatisoitua kokoonpanoa, prosessiparannuksia, kuten lasikuituvahvistuskerroksen lisääminen tai yksittäinen hallinta-Sivupuoli on parantanut huomattavastiniiden käytettävyyttä tuotantoympäristöissä.
Viime kädessä tämä siirtyminen "silikonista-perustettu "silikoniin-ilmainen "on paljon enemmän kuin yksinkertainen materiaalinen korvaaminen; se on systemaattinen teknologinen päivitys. Se heijastaa aurinkosähköteollisuuden säälimätöntä harjoittamista täydelliseen elinkaaren luotettavuuteen.-suorituskyvyn silikoni-Ilmaisilla lämpötyynyillä on korkeammat alkuperäiset kustannukset,niiden kyky estää tulevien ylläpidon, palautusten ja tuotemerkkien mainevaurion riskit, jotka aiheutuvat siloksaanin saastumisen aiheuttamista, antaa heille vertaansa vailla olevaa arvoa omistajuuden kokonaiskustannusten suhteen (TCO). Tämä ei ole vain tekninen taistelu materiaalien yli, vaan "hiljainen vallankumous", joka on tärkeä tulevaisuuden energiajärjestelmien vakaaseen toimintaan, varmistaen, että jokainen PV -invertteri voi jatkaa hiljaa ja luotettavasti seuraavalle vuosineljännekselle-vuosisata.