Stockage d'énergie PV MLCC Sélection complète de scénarios Protection de fiabilité extérieure pour le cluster de batteries PCS de l'onduleur

Stockage d'énergie photovoltaïque MLCC Sélection complète de scénarios et protection de la fiabilité extérieure pour les onduleurs, les PCS et les clusters de batteries

Entreprise : Dongguan Musen Laidun Electronic Technology Co., Ltd.

Mots-clés : onduleur PV MLCC, condensateur PCS de stockage d'énergie, cluster de batteries MLCC, condensateur extérieur résistant aux intempéries, condensateur de filtre CC haute tension

Mu Sen Introduction

La croissance explosive de l’industrie photovoltaïque et du stockage d’énergie a posé des défis sans précédent en matière de fiabilité des équipements électroniques de puissance. Les onduleurs photovoltaïques, les PCS (Power Conversion System) de stockage d'énergie et les BMS (Battery Management System) fonctionnent à long terme dans des environnements extérieurs difficiles avec des températures et une humidité élevées, un fort rayonnement ultraviolet et des surtensions. En tant que composants essentiels du filtrage, du découplage et de la mise en mémoire tampon, les MLCC déterminent directement l'efficacité de la production d'électricité et la durée de vie des nouvelles centrales électriques.

Les exigences relatives aux MLCC dans les scénarios photovoltaïques et de stockage d'énergie dépassent de loin celles des produits ordinaires de qualité industrielle : ils doivent résister à une haute tension de 1 500 V CC, à une large plage de températures de -40 ℃ à 85 ℃, une durée de vie de 25 ans, des environnements côtiers à brouillard salin élevé, des fluctuations fréquentes du réseau et des impacts de foudre. Les MLCC ordinaires sont sujets à des défaillances telles que l'atténuation de la capacité, les courts-circuits, les fuites dans l'air et la corrosion des électrodes dans les environnements extérieurs, entraînant l'arrêt de la centrale électrique, la perte de production d'électricité et même des accidents de sécurité.

Cet article se concentre sur trois principaux équipements photovoltaïques et de stockage d'énergie : les onduleurs string, les onduleurs centraux, les PCS de stockage d'énergie et les clusters de batteries. Il détaille les normes de sélection, les mesures de protection de l'environnement, les spécifications de conception CC haute tension et les méthodes de vérification de la fiabilité pour les MLCC spécifiques à l'extérieur. Il fournit des solutions systématiques aux modes de défaillance typiques du photovoltaïque et du stockage d'énergie, aidant ainsi à construire de nouveaux systèmes énergétiques sans entretien pendant 25 ans.

1. Principaux défis et exigences de performance pour les MLCC photovoltaïques et de stockage d'énergie

1.1 Défis des environnements extérieurs extrêmes

• Défi de température : la température de surface dans les zones désertiques peut atteindre 70 ℃, la température des composants internes dépasse 85 ℃ et les basses températures hivernales peuvent atteindre -40 ℃.
• Défi lié à l'humidité : l'humidité dépasse 95 % pendant la saison des pluies dans le sud de la Chine, et la corrosion par brouillard salin est grave dans les zones côtières.
• Défi UV : un rayonnement UV puissant à long terme accélère le vieillissement des matériaux et la dégradation des performances d'isolation.
• Défi électrique : 1 500 V CC haute tension, surtensions fréquentes du réseau, tension induite par la foudre
• Défi à vie : durée de vie de conception de 25 ans, dépassant de loin la norme de 10 à 15 ans pour les équipements industriels

1.2 Spécifications obligatoires pour les MLCC photovoltaïques et de stockage d'énergie

2. Sélection MLCC de scénario complet pour les onduleurs photovoltaïques

2.1 Circuit de filtrage haute tension côté CC

Le côté CC est la zone haute tension centrale de l'onduleur photovoltaïque, reliant les modules photovoltaïques et le pont de l'onduleur, avec des tensions allant jusqu'à 1 000 V ~ 1 500 V. Il contient l'ondulation CC générée par les modules PV et les surtensions de foudre.

2.2 Circuit de filtrage de sortie côté CA

Le côté CA connecte l'onduleur et le réseau et doit filtrer les harmoniques de rang élevé générées par l'onduleur pour garantir que la qualité de l'énergie répond aux normes du réseau.

2.3 Circuit d'amortissement du commutateur IGBT/SiC

Les condensateurs d'amortissement sont utilisés pour supprimer les pics de tension générés lorsque l'interrupteur est éteint, protégeant ainsi les appareils électriques contre les pannes. Ils nécessitent une vitesse de réponse rapide et une faible perte haute fréquence.

2.4 Circuit de contrôle et de communication

Le circuit de contrôle est responsable des fonctions de base telles que le suivi du point de puissance maximale MPPT, la synchronisation du réseau et la protection contre les pannes. Cela nécessite des MLCC avec des paramètres stables et une forte capacité anti-interférence.

• Découplage de puissance : Industrial X7R, boîtier 0603/0805
• Échantillonnage de signal : type C0G haute précision, boîtier 0402/0603
• Interface de communication : Faible ESR X7R, boîtier 0603
• Exigences clés : faible bruit, stabilité à haute température, interférence anti-électromagnétique

3. Sélection MLCC pour les PCS de stockage d'énergie et les clusters de batteries

3.1 Bus CC PCS de stockage d’énergie

Le PCS de stockage d'énergie connecte le cluster de batteries et le réseau pour réaliser un flux d'énergie bidirectionnel. La tension du bus CC est généralement de 500 V à 1 500 V et le courant fluctue considérablement pendant la charge et la décharge.

3.2 Système de gestion de batterie (BMS)

Le BMS est responsable de l’échantillonnage précis de la tension, du courant et de la température de la batterie, ainsi que de la gestion de l’état de la batterie. Il a des exigences extrêmement élevées en matière de précision et de stabilité des MLCC.

• Circuit d'échantillonnage de tension : type C0G de haute précision, tolérance ±0,5 % ~ ±1 %
• Circuit d'échantillonnage de courant : type X8R à faible dérive
• Filtrage de puissance : Industriel X7R
• Exigences clés : faible dérive de température, isolation élevée, interférence anti-mode commun

3.3 Circuit d'équilibrage et de protection du groupe de batteries

Le cluster de batteries est composé de centaines de batteries connectées en série. Le circuit d'équilibrage et de protection garantit que la tension de chaque batterie est constante et évite les surcharges et les décharges excessives.

• Diélectrique recommandé : X7R, X8R
• Forfait préféré : 0603, 0805
• Déclassement de tension : ≥2 fois la tension de fonctionnement
• Exigences clés : fiabilité élevée, faible courant de fuite, longue durée de vie

4. Mesures spéciales de protection de l’environnement extérieur

4.1 Protection contre l'humidité et le brouillard salin

• Utilisez des terminaux MLCC résistants à l'humidité et au soufre avec placage Ni-Pd-Au au lieu du placage en étain traditionnel
• Appliquez un revêtement conforme en silicone modifié sur l'ensemble du PCB avec une épaisseur ≥ 50 μm, en vous concentrant sur les broches et les plots MLCC.
• Boîtier d'équipement avec niveau de protection IP65 ou supérieur, équipé d'une valve respiratoire pour équilibrer la pression d'air interne et externe
• Installer des filtres anti-embruns et des déshydratants à l'intérieur de l'enceinte pour les zones côtières à forte teneur en sel

4.2 Protection UV et haute température

• Boîtier en matériau résistant aux UV pour éviter la lumière directe du soleil sur le circuit imprimé
• Optimisez la conception de la dissipation thermique, combinez la dissipation thermique naturelle et le refroidissement par air forcé pour contrôler la température de fonctionnement du MLCC en dessous de 85 ℃
• Placez les MLCC loin du haut du boîtier et des zones exposées directement au soleil pour éviter une surchauffe locale.
• Utilisez un diélectrique X8R haute température, interdisez les diélectriques basse température tels que X5R
  

  MP0805X104K050TAAA Condensateur Mlcc
  

  MP0603X105K025TAAA Condensateur Mlcc

4.3 Protection contre la foudre et les surtensions

• Installez une protection contre la foudre à deux niveaux (varistance + tube à décharge à gaz) des deux côtés DC et AC.
• Déclassement de tension MLCC ≥2,5 fois pour réserver une marge de surtension suffisante
• Utilisez des MLCC à couche diélectrique épaisse pour améliorer la tension de claquage et la résistance aux surtensions
• Ajoutez des chemins de décharge de surtension dans la conception des PCB pour éviter que l'énergie de surtension ait un impact direct sur les MLCC.

5. Spécifications de conception de circuits imprimés CC haute tension

5.1 Distance d'isolement et dégagement

• Système 1000V : Distance d'isolement ≥12 mm, dégagement ≥8 mm
• Système 1 500 V : Distance d'isolement ≥18 mm, dégagement ≥12 mm
• Environnement de degré de pollution 3 (extérieur) : Augmenter la ligne d'isolement de 50 % sur la base ci-dessus
• Arrondissez les bords de la feuille de cuivre haute tension pour éviter la concentration de champ électrique

5.2 Conception du tracé et du routage

• Circuits haute tension et circuits de commande basse tension strictement séparés, avec des fentes d'isolation entre les deux
• Disposez les MLCC haute tension séparément, gardez un espacement sûr des composants basse tension
• Utilisez une large feuille de cuivre pour les circuits à courant élevé, une épaisseur de feuille de cuivre ≥ 2 oz pour réduire la génération de chaleur
• Ajoutez un réseau thermique sous les tampons MLCC pour améliorer l'efficacité de la dissipation thermique

5.3 Conception de l'isolation et de la protection

• Couvrez les zones à haute tension avec de l'encre pour masque de soudure, sans cuivre exposé.
• Ajoutez des joints isolants entre les connecteurs haute tension et le PCB
• Appliquez du silicone isolant sur les nœuds haute tension clés pour améliorer les performances d'isolation.

6. Cas de défaillance typiques et actions correctives dans le domaine du photovoltaïque et du stockage d'énergie

7. Vérification de la fiabilité et évaluation de la durée de vie des MLCC photovoltaïques et de stockage d'énergie

• Test de vieillissement à haute température : 125℃/3000h, décroissance de capacité ≤5 %
• Test de vieillissement thermique humide : 85 ℃/85 % HR/2000h, courant de fuite ≤ 5μA
• Test au brouillard salin : 5 % NaCl/1000h, pas de corrosion des électrodes, aucune anomalie des paramètres
• Test de cycle de température : -40 ℃ ~ 125 ℃, 1 000 cycles, pas de fissuration, pas de dégradation de capacité
• Test de surtension : résiste à 10 fois à un impact de surtension nominale de 3 fois, sans panne
• Évaluation de la durée de vie : basée sur le modèle Arrhenius, perte de capacité estimée ≤ 10 % sur une durée de vie de 25 ans

Mu Sen Conclusion

Le cœur de l'application MLCC du PV et du stockage d'énergie est la « fiabilité longue durée en extérieur ». Il est nécessaire de sélectionner des produits MLCC spéciaux résistants aux intempéries pour les environnements extrêmes tels que les températures élevées, l'humidité élevée, la haute tension, les forts rayons ultraviolets et la corrosion par brouillard salin, et de prendre des mesures efficaces de protection de l'environnement et d'optimiser la conception CC haute tension. Seul un contrôle strict de l'ensemble du processus, depuis la sélection, la conception, le processus jusqu'à la vérification, peut garantir que les équipements photovoltaïques et de stockage d'énergie fonctionnent de manière stable pendant plus de 25 ans dans des environnements extérieurs.

Dongguan Musen Leyton Electronic Technology Co., Ltd. propose une série complète de produits MLCC spécifiques au photovoltaïque et au stockage d'énergie couvrant la plage haute tension de 630 V ~ 3 000 V. Avec d'excellentes caractéristiques de résistance aux températures élevées, de résistance à haute tension, de résistance au brouillard salin et de longue durée de vie, nos produits ont passé les certifications IEC61215, IEC61730 et d'autres normes de l'industrie photovoltaïque. Nous pouvons fournir des solutions de sélection personnalisées et des services de tests de fiabilité en extérieur pour aider les nouvelles centrales électriques à fonctionner de manière efficace et stable.