المشتتات الحرارية المركبة لتخزين الطاقة ومحولات الطاقة الشمسية: تبريد عالي الطاقة

تقوم خزانات تخزين الطاقة ومحولات الطاقة الشمسية بتجميع كيلووات من تحويل الطاقة إلى حاويات يجب أن تبقى في الخارج لمدة 20 عامًا. الحرارة هي عدو الكفاءة والعمر. يشرح هذا الدليل لماذا أصبحت المبددات الحرارية المركبة - النحاس حيثما كان له أهمية، والألومنيوم في كل مكان آخر - هي الخيار العملي الافتراضي للتخزين والتبريد الكهروضوئي، وكيفية تحديد ذلك.

1. لماذا يعمل تخزين الطاقة ومحولات الطاقة الشمسية بشكل ساخن؟

يقوم العاكس الشمسي الحديث أو نظام تحويل طاقة البطارية (PCS) بمهمة واحدة باستمرار: تحويل الطاقة وتحويلها عند الجهد العالي والتيار العالي. كل حدث تبديل ينتج عنه خسارة، وتظهر هذه الخسارة على شكل حرارة. يمكن لجهاز كمبيوتر شخصي بقدرة 100 كيلووات أن يبدد 2-3 كيلووات من الحرارة المهدرة؛ تنشر حاوية البطارية ذات الحجم المنفعي مئات الكيلووات عبر العديد من الوحدات. ولا يمكن السماح لأي منها برفع درجات حرارة أشباه الموصلات أو الخلايا إلى ما هو أبعد من الحدود الآمنة.

ثلاث حقائق تجعل هذا الأمر صعبًا:

1. تستمر كثافة الطاقة في الارتفاع. إن العاكسات التي كانت تملأ الخزانة ذات يوم أصبحت الآن ملائمة للتركيب على الحائط، وبالتالي فإن نفس الحرارة تغادر عبر مساحة سطح أقل.

2. الواجب مستمر. على عكس انفجار الخادم، يعمل العاكس الشمسي بالقرب من الحمل الكامل لساعات كل يوم مشمس، ودورات PCS للتخزين يوميًا لمدة عقد من الزمن.

3. البيئة قاسية. تعني مواقع الأسطح والحقول والحاويات تقلبات واسعة في درجات الحرارة والرطوبة والضباب الملحي والغبار، كل ذلك في حين من المتوقع أن تستمر أجهزة التبريد طوال عمر تصميم النظام الذي يبلغ 20 عامًا.

2. مشكلة التبريد في نظام تحويل الطاقة (PCS)

تحتوي أجهزة الكمبيوتر على العديد من مصادر الحرارة التي يحتاج كل منها إلى مسار حراري:

1. وحدات IGBT أو SiC في مرحلة العاكس - الأحمال الأكبر والأكثر سخونة، غالبًا 10-30 واط / سم⊃2؛ في الموت.

2. محولات DC-DC ومراحل التعزيز - أصغر حجمًا ولكنها معبأة بكثافة.

3. إلكترونيات إدارة البطارية والتحكم فيها - طاقة منخفضة ولكنها حساسة للارتفاع المحيط.

كل واحدة من هذه الأراضي لوحدها المشتت الحراري المركب  أو يشترك في اللوح الأساسي المشترك. هدف التصميم هو الحفاظ على درجة حرارة الوصلة أو الحالة عند أو أقل من حد الشركة المصنعة عبر الحمل الكامل والنطاق المحيط. إذا أخطأت في ذلك، فسيخفض العاكس (يقطع الطاقة) في فترة ما بعد الظهيرة الحارة - بالضبط عندما تكون الشمس مشرقة وتكون الشبكة في أمس الحاجة إليها.

3. حيث تتناسب المشتتات الحرارية المركبة: IGBT وDC-DC وBMU للبطارية

تكتسب الأحواض المركبة مكانها في أي مكان تحتاج فيه النقطة الساخنة إلى الانتشار السريع ولكن العلبة لها وزن أو ميزانية للمساحة:

1. وحدات IGBT العاكسة: ينشر النحاس حرارة القالب بسرعة إلى جسم زعنفة من الألومنيوم.

2. المحولات المعتمدة على SiC: ترددات التحويل ودرجات الحرارة الأعلى تدفع السيليكون إلى الاقتراب من الحد الأقصى، لذا فإن الانتشار مهم أكثر.

3. الخزانات الخارجية: يحافظ الألومنيوم على انخفاض الكتلة بحيث تظل حوامل السقف والأعمدة ممكنة.

إقران هذا مع لدينا دليل إلكترونيات الطاقة للمركبات الكهربائية  إذا كان تطبيقك يمتد إلى كل من النقل والتخزين الثابت، فإن منطق التبريد يرتبط ارتباطًا وثيقًا.

4. المساحة والوزن: لماذا تفضل كثافة الخزانة المواد المركبة

تُباع أنظمة التخزين على أساس كثافة الطاقة — كيلووات ساعة لكل متر مكعب. كل كيلوغرام وسنتيمتر يتم إنفاقه على التبريد يمثل مساحة لا يتم إنفاقها على الخلايا أو إلكترونيات الطاقة. أ يوفر تصميم المشتت الحراري المركب  انتشارًا من فئة النحاس بنصف كتلة الجزء النحاسي بالكامل تقريبًا، مما يعني:

1. المزيد من الوحدات لكل خزانة.

2. انخفاض التكلفة الهيكلية والتركيب.

3. سهولة التعامل أثناء التثبيت.

وهذا هو نفس السبب الذي يجعل شركات صناعة السيارات تعتمد الأحواض المركبة - انظر الدليل الكامل  للفيزياء الأساسية.

5. التآكل والواجب الخارجي: اختيارات المواد

يقدم العمل في الهواء الطلق خطرًا فريدًا بالنسبة لأجزاء النحاس والألومنيوم: التآكل الجلفاني حيث يلتقي المعدنان في وجود المنحل بالكهرباء (المطر، التكثيف، الملح). أهمية التخفيف:

1. حافظ على الرابط مغلقًا بعيدًا عن البيئة (المفاصل النحاسية أو الملحومة تكون معدنية وقوية بالكامل).

2. استخدم الطلاءات الواقية على الألومنيوم المكشوف.

3. تحديد الأنودة أو الطلاء للمواقع الساحلية.

تحتاج التصميمات المرتبطة بالإيبوكسي إلى رعاية إضافية للختم لأن طبقة البوليمر يمكنها التخلص من الرطوبة. ملكنا يغطي دليل طرق الترابط  المفاضلات لكل طريقة.

6. قائمة مراجعة التصميم للتخزين/التبريد الكهروضوئي

قبل التحديد، قم بتأمين هذه الأرقام:

1. ذروة واط لكل وحدة وذروة W/cm⊃2؛.

2. الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة الحالة/الوصلة.

3. النطاق المحيط (على سبيل المثال، -25 درجة مئوية إلى +50 درجة مئوية، بالإضافة إلى اكتساب الطاقة الشمسية).

4. تدفق الهواء المتوفر (طبيعي، أو مروحي، أو قسري).

5. تصنيف دخول العلبة (IP54، IP65...) وفئة التآكل.

6. ميزانية الوزن والحجم لكل خزانة.

قم بتسليم هذه القائمة إلى شريك حراري مبكرًا - فمعظم مشاكل تبريد التخزين تكون أقل تكلفة في مرحلة الرسم مقارنةً بحلها بعد فشل النموذج الأولي في التجربة الميدانية.

7. التبريد المركب مقابل السائل في أنظمة التخزين

يكتسب التبريد السائل مكانة كبيرة في حاويات البطاريات الكبيرة لأنه يتحكم في درجة حرارة الخلية مباشرة. ولكن بالنسبة لجانب إلكترونيات الطاقة - العواكس وأجهزة الكمبيوتر - يتم تبريدها بالهواء تظل المشتتات الحرارية المركبة  هي الحل الافتراضي الفعال من حيث التكلفة:

1. انخفاض تعقيد النظام (لا توجد مضخة أو سائل أو مسار تسرب).

2. صيانة أسهل وعمر أطول.

3. جيد لمستويات الواط لمراحل التحويل حتى لو كانت الخلايا تستخدم السائل.

هجين شائع: خلايا مبردة بالسوائل + أحواض مركبة مبردة بالهواء للإلكترونيات. اختر مركبًا عندما يكون تدفق الهواء متاحًا ويكون الحمل في نطاق منخفض بالكيلووات لكل وحدة.

8. متى تختار المركب بدلاً من البثق

استخدم حوضًا مركبًا بدلاً من حوض الألمنيوم المبثوق العادي عندما:

1. يتجاوز التدفق الحراري ما يمكن أن ينتشره البثق (حوالي > 10 واط/سم⊃2؛ عند المصدر).

2. الوزن أو الحجم مقيد ولكن هناك حاجة إلى أداء من فئة النحاس.

3. يجب أن يتحمل الجزء التدوير الحراري والاهتزاز لسنوات في الهواء الطلق.

إذا كان الحمل منخفضًا وثابتًا، فإن البثق البسيط يكون أرخص. إذا كان الحمل المدقع والمترجمة، والنظر في ذلك إضافة أنبوب الحرارة أو غرفة بخار.

9. الاستنتاج

تلبي المشتتات الحرارية المركبة ثلاثة أشياء تتعلق بالتخزين الثابت والتبريد الشمسي: كثافة الطاقة العالية، والوزن المنخفض، والموثوقية الخارجية على المدى الطويل. احصل على المواصفات الصحيحة في وقت مبكر وهي خيار منخفض المخاطر وفعال من حيث التكلفة للإدارة الحرارية للعاكس وPCS.

هل أنت مستعد لتحديد المشتت الحراري المركب الخاص بك لتخزين الطاقة؟

إذا كنت تصمم عاكسًا أو جهاز كمبيوتر شخصي أو خزانة تخزين، فأرسل لنا الأرقام الستة من قائمة مراجعة التصميم أعلاه. سيقوم مهندسو Winshare Thermal بإرجاع ملف توصية بتصميم المشتت الحراري المركب  مع مراجعة سوق دبي المالي وعرض أسعار - تحصل معظم الاستفسارات على رد في غضون يومي عمل. مع أكثر من 15 عامًا وIATF 16949 وأكثر من 200 براءة اختراع، فإننا ندعم البرامج بدءًا من النموذج الأولي وحتى الحجم، بما في ذلك عملاء مثل BYD وSungrow.

الأسئلة المتداولة

هل يمكن استخدام المشتتات الحرارية المركبة في الهواء الطلق؟

نعم، مع الختم والطلاء المناسب. الروابط النحاسية أو الملحومة معدنية بالكامل ومقاومة للتآكل بشكل جيد؛ تحتاج الروابط الإيبوكسيية إلى إحكام بيئي إضافي، خاصة في المواقع الساحلية أو ذات الرطوبة العالية.

هل الأحواض المركبة أفضل من التبريد السائل للبطاريات؟

عادةً لا يحدث ذلك بالنسبة للخلايا نفسها، إذ يتحكم التبريد السائل في درجة حرارة الخلية بشكل مباشر أكثر. ولكن بالنسبة لجانب إلكترونيات الطاقة (العاكسات، PCS)، فإن الأحواض المركبة المبردة بالهواء عادة ما تكون أبسط وأرخص.

ما هو العمر الافتراضي للمشتت الحراري المركب في العاكس الشمسي؟

مصمم ليدوم عمر النظام لمدة 20 عامًا، بشرط أن تكون الرابطة محمية من الرطوبة وتبقى درجات حرارة التشغيل ضمن المواصفات. تعتبر الوصلات الملحومة والنحاسية هي الاختيارات الأكثر متانة للاستخدام في الهواء الطلق.