L'ondata di nuovi sviluppi energetici: l'ascesa del fotovoltaico e dell'accumulo di energia

Dal fotovoltaico all'accumulo di energia, le guarnizioni in silicone termoconduttive vengono utilizzate in molteplici scenari nei nuovi sistemi energetici

Nel contesto della trasformazione energetica globale, il settore delle nuove energie sta vivendo un boom senza precedenti. Con il crescente esaurimento delle fonti energetiche fossili tradizionali e i problemi ambientali sempre più gravi, trovare alternative energetiche pulite e sostenibili è diventata una priorità assoluta. Le nuove energie, in quanto chiave per risolvere le crisi energetiche e le sfide ambientali, stanno gradualmente diventando protagoniste della scena energetica globale.

Tra le numerose nuove tecnologie energetiche, la generazione di energia solare fotovoltaica e i sistemi di accumulo di energia si distinguono e diventano la forza trainante della trasformazione energetica. L'energia solare, in quanto energia pulita e inesauribile, converte l'energia solare in elettricità attraverso la tecnologia fotovoltaica, offrendo una nuova soluzione per l'approvvigionamento energetico globale. Negli ultimi anni, il settore fotovoltaico si è sviluppato rapidamente, la tecnologia è stata costantemente innovata e i costi hanno continuato a diminuire, rendendo la generazione di energia solare fotovoltaica ampiamente utilizzata in tutto il mondo. Dalle grandi centrali fotovoltaiche ai sistemi fotovoltaici domestici distribuiti, la generazione di energia solare fotovoltaica sta cambiando il modo in cui le persone utilizzano l'energia con i suoi vantaggi unici.

Con la diffusione dei sistemi fotovoltaici e di accumulo di energia nel campo delle nuove energie, il problema della dissipazione del calore è diventato sempre più rilevante. In questi sistemi, un gran numero di componenti elettronici e apparecchiature generano molto calore durante il funzionamento. Se non vengono dissipati in modo tempestivo ed efficace, le apparecchiature si surriscaldano, le prestazioni si riducono o addirittura si danneggiano, compromettendo seriamente la stabilità e la durata del sistema. Pertanto, soluzioni efficienti per la dissipazione del calore sono diventate la chiave per lo sviluppo di sistemi fotovoltaici e di accumulo di energia. Come materiale ad alte prestazioni per la dissipazione del calore, le guarnizioni in silicone termoconduttive svolgono un ruolo indispensabile nell'applicazione della dissipazione del calore nei nuovi sistemi energetici grazie alla loro eccellente conduttività termica, alla buona flessibilità e all'affidabilità.

Essendo un materiale chiave ampiamente utilizzato nei nuovi sistemi energetici, le prestazioni e i vantaggi delle guarnizioni in silicone termoconduttivo svolgono un ruolo fondamentale nel garantire il funzionamento efficiente del sistema.

Dal punto di vista della composizione di base, la guarnizione in silicone termoconduttiva è un materiale composito polimerico con gomma siliconica come materiale di base e riempitivo termoconduttivo aggiunto. La gomma siliconica, come materiale di base, è composta da catene di ossigeno al silicio e possiede una serie di eccellenti proprietà. Presenta un'eccellente resistenza alle alte e basse temperature e può funzionare stabilmente nell'intervallo di temperatura da -50°C a 200°C, il che consente alle guarnizioni in silicone termoconduttivo di funzionare normalmente in diversi ambienti estremi. Che si tratti di una centrale fotovoltaica operante in un'area desertica calda o di un dispositivo di accumulo di energia utilizzato in un'area polare fredda, la guarnizione in silicone termoconduttiva non perderà le sue prestazioni a causa di drastici sbalzi di temperatura.

La gomma siliconica possiede inoltre buone proprietà isolanti, che possono prevenire efficacemente le dispersioni di corrente ed evitare potenziali rischi elettrici per componenti e apparecchiature elettroniche. Nei nuovi sistemi energetici, un gran numero di dispositivi e circuiti elettronici sono interconnessi e l'importanza delle prestazioni di isolamento è evidente. Una scarsa prestazione di isolamento può causare gravi problemi come cortocircuiti e perdite, compromettendo il normale funzionamento del sistema e persino causando incidenti di sicurezza. L'elevato isolamento delle guarnizioni in silicone termoconduttivo offre una garanzia affidabile per il funzionamento sicuro e stabile dei nuovi sistemi energetici.

Inoltre, la stabilità chimica della gomma siliconica è eccezionale. Non è facilmente corrosa dagli agenti chimici e può mantenere prestazioni stabili in vari ambienti chimici complessi. Durante il funzionamento dei nuovi sistemi energetici, questi possono essere esposti a diverse sostanze chimiche, come elettroliti, gas corrosivi, ecc. La stabilità chimica delle guarnizioni in silicone termoconduttivo consente loro di resistere all'azione di queste sostanze chimiche e di mantenere buone condizioni di funzionamento per lungo tempo.

Per migliorare ulteriormente la conduttività termica delle guarnizioni in silicone termoconduttivo, i produttori aggiungono vari riempitivi termoconduttivi al substrato di gomma siliconica, come allumina (Al₂O₃), nitruro di boro (BN), ossido di magnesio (MgO), ecc. Questi riempitivi termoconduttivi presentano un'eccellente conduttività termica e possono migliorare significativamente l'efficienza di conduzione termica delle guarnizioni in silicone termoconduttivo. Quando il calore viene trasferito dai componenti elettronici al pad in silicone termoconduttivo, questi riempitivi si distribuiscono uniformemente nella matrice di gomma siliconica, formando un efficiente canale di conduzione termica, consentendo al calore di essere trasferito rapidamente dalla superficie del componente al dissipatore, ottenendo così un'efficace dissipazione del calore.

Strutturalmente, le guarnizioni in silicone termoconduttivo si presentano solitamente sotto forma di fogli, con un certo grado di flessibilità e comprimibilità. Questa caratteristica strutturale consente loro di adattarsi perfettamente a diverse superfici irregolari e di riempire i piccoli spazi tra componenti elettronici e radiatori. Nelle applicazioni pratiche, spesso si verificano piccole superfici irregolari sulle superfici di componenti elettronici e radiatori, e questi spazi causano una scarsa conduzione del calore. Le guarnizioni in silicone termoconduttivo possono riempire perfettamente questi spazi grazie alla loro flessibilità e comprimibilità, riducendo la presenza di aria e migliorando così notevolmente l'efficienza della conduzione del calore. Poiché l'aria è un cattivo conduttore di calore, la sua presenza riduce notevolmente l'efficienza della conduzione del calore e il riempimento delle guarnizioni in silicone termoconduttivo può ridurre efficacemente la percentuale di aria sull'interfaccia di contatto e migliorare l'efficienza del trasferimento di calore.

I vantaggi prestazionali delle guarnizioni in silicone termoconduttivo si riflettono anche in molti aspetti. Offrono buone prestazioni di smorzamento e possono assorbire vibrazioni e sollecitazioni. Durante il funzionamento dei nuovi sistemi energetici, le apparecchiature possono essere influenzate da diverse vibrazioni e sollecitazioni meccaniche, come le vibrazioni delle apparecchiature eoliche in un ambiente con vento forte e le vibrazioni dei veicoli elettrici durante la guida. Le prestazioni di smorzamento delle guarnizioni in silicone termoconduttivo possono ridurre efficacemente i danni causati da queste vibrazioni e sollecitazioni ai componenti elettronici e prolungarne la durata utile.

Presenta inoltre una buona resistenza all'invecchiamento e può mantenere prestazioni stabili durante l'utilizzo a lungo termine. Nei nuovi sistemi energetici, le apparecchiature devono solitamente funzionare ininterrottamente per un lungo periodo, il che richiede un'elevata resistenza all'invecchiamento dei materiali. La resistenza all'invecchiamento della guarnizione in silicone termoconduttiva le consente di resistere alla prova del tempo e di garantire un'affidabile dissipazione del calore per i nuovi sistemi energetici a lungo termine.

Inoltre, l'installazione e l'utilizzo di guarnizioni in silicone termoconduttivo sono molto pratiche. Possono essere tagliate in diverse forme e dimensioni a seconda delle diverse esigenze applicative, il che le rende adatte all'installazione in vari dispositivi elettronici. Inoltre, la loro superficie presenta solitamente un certo grado di adesività e può essere incollata direttamente tra componenti e radiatori senza la necessità di ulteriori dispositivi di fissaggio, il che migliora notevolmente l'efficienza e riduce i costi di installazione.

In sintesi, le guarnizioni in silicone termoconduttive sono diventate la scelta ideale per la dissipazione del calore nei nuovi sistemi energetici grazie alla loro composizione unica, alla loro struttura e alle eccellenti prestazioni. Possono risolvere efficacemente il problema della dissipazione del calore dei componenti elettronici nei nuovi sistemi energetici, migliorandone la stabilità e l'affidabilità e fornendo un solido supporto allo sviluppo del nuovo settore energetico.

Essendo uno dei dispositivi principali di un sistema di generazione di energia fotovoltaica, l'inverter fotovoltaico svolge l'importante compito di convertire la corrente continua generata dai pannelli solari in corrente alternata. In questo processo di conversione energetica, i componenti elettronici all'interno dell'inverter, come i dispositivi a semiconduttore di potenza (IGBT, MOSFET, ecc.), i trasformatori, gli induttori, ecc., generano molto calore a causa del flusso di corrente e delle perdite di potenza. Prendendo ad esempio un comune inverter fotovoltaico di grandi dimensioni da 500 kW, quando funziona a pieno carico, la potenza termica del suo modulo di potenza interno può raggiungere diversi kilowatt.

Una temperatura eccessiva avrà un impatto significativo sulle prestazioni e sulla stabilità dell'inverter. All'aumentare della temperatura, la resistenza di conduzione del dispositivo a semiconduttore di potenza aumenterà, causando un'ulteriore perdita di potenza, aggravando ulteriormente il calore e creando un circolo vizioso. Le alte temperature accelereranno anche l'invecchiamento dei componenti elettronici, riducendone l'affidabilità e la durata. Studi hanno dimostrato che per ogni aumento di 10 °C della temperatura di esercizio dei componenti elettronici, la loro durata può ridursi di circa il 50%. Se l'inverter viene utilizzato in un ambiente ad alta temperatura per un lungo periodo, potrebbe anche causare guasti, come l'arresto causato dalla protezione da surriscaldamento, o persino danni ai componenti, che influenzeranno il normale funzionamento dell'intero sistema di generazione di energia fotovoltaica e causeranno perdite economiche alle aziende di produzione di energia.

Per risolvere il problema di dissipazione del calore dell'inverter, vengono ampiamente utilizzati dispositivi di dissipazione del calore come radiatori e ventole. Tuttavia, affidarsi esclusivamente a questi dispositivi non è sufficiente, poiché tra l'elemento riscaldante e il dispositivo di dissipazione del calore rimangono sempre dei piccoli spazi vuoti a causa delle microscopiche irregolarità della superficie, riempiti d'aria. La conduttività termica dell'aria è estremamente bassa, solo circa 0,026 W/(m·K), il che crea un'elevata resistenza termica e ostacola l'efficace trasferimento del calore.

L'avvento delle guarnizioni in silicone termoconduttive offre una soluzione efficace a questo problema. Le guarnizioni in silicone termoconduttive presentano un'ottima flessibilità e comprimibilità e possono aderire perfettamente alla superficie di elementi riscaldanti e dispositivi di dissipazione del calore, riempiendo anche le piccole fessure e rimuovendo l'aria in essi contenuta. Allo stesso tempo, presentano anche un'elevata conduttività termica, generalmente compresa tra 1 e 10 W/(m·K). Diversi tipi di guarnizioni in silicone termoconduttive presentano diverse conduttività termiche, che possono ridurre notevolmente la resistenza termica e migliorare l'efficienza del trasferimento di calore.

Quando il calore viene generato dall'elemento riscaldante, viene rapidamente trasferito al radiatore attraverso la guarnizione in silicone termoconduttiva, che a sua volta lo dissipa nell'ambiente circostante. Ad esempio, in una grande centrale fotovoltaica è stato utilizzato un inverter fotovoltaico con guarnizione in silicone termoconduttiva. La temperatura di esercizio del suo modulo di potenza è stata ridotta di circa 15 °C rispetto a prima dell'utilizzo, l'efficienza dell'inverter è aumentata di circa il 3% e il tasso di guasto delle apparecchiature è stato significativamente ridotto, garantendo efficacemente il funzionamento stabile del sistema di generazione di energia fotovoltaica. Ciò dimostra appieno il ruolo chiave delle guarnizioni in silicone termoconduttive nella dissipazione del calore degli inverter fotovoltaici e fornisce un valido supporto al miglioramento delle prestazioni e dell'affidabilità complessive dei sistemi di generazione di energia fotovoltaica.

I pannelli solari sono i componenti principali dei sistemi fotovoltaici. Il loro principio di funzionamento consiste nello sfruttare l'effetto fotoelettrico dei materiali semiconduttori per convertire direttamente l'energia solare in energia elettrica. Tuttavia, nel processo di funzionamento reale, le prestazioni dei pannelli solari sono influenzate in modo significativo dalla temperatura.

Quando i pannelli solari sono esposti alla luce solare, la loro temperatura aumenta gradualmente. Soprattutto nelle estati più calde o in zone con forte irraggiamento solare, la temperatura superficiale dei pannelli può raggiungere i 60 °C o anche di più. Temperature eccessive possono avere effetti negativi sulle prestazioni dei pannelli solari.

L'aumento della temperatura causa una diminuzione della tensione a circuito aperto delle celle solari. Questo perché, all'aumentare della temperatura, la larghezza di banda del materiale semiconduttore diminuisce, l'eccitazione termica degli elettroni si intensifica e la corrente di saturazione inversa all'interno della batteria aumenta, causando una diminuzione della tensione a circuito aperto. Secondo ricerche pertinenti e test reali, in generale, il coefficiente di temperatura della tensione a circuito aperto delle celle solari è di circa -0,3%/℃ - -0,5%/℃, ovvero per ogni aumento di temperatura di 1℃, la tensione a circuito aperto diminuisce di circa lo 0,3% - 0,5%. Ciò significa che in un ambiente ad alta temperatura, la tensione in uscita dal pannello solare diminuisce, influenzando così la potenza in uscita dell'intero sistema di generazione di energia.

L'aumento di temperatura aumenterà anche leggermente la corrente di cortocircuito della cella solare, ma l'aumento è relativamente piccolo e non sufficiente a compensare la perdita di potenza causata dal calo della tensione a circuito aperto. In generale, la potenza in uscita dei pannelli solari diminuisce gradualmente con l'aumentare della temperatura. Ad esempio, quando la temperatura di esercizio del pannello aumenta dalla temperatura di prova standard di 25 °C a 50 °C, la sua efficienza di generazione di energia può diminuire di circa il 10%-15%, il che si tradurrà in una considerevole perdita di potenza per i progetti di generazione di energia fotovoltaica su larga scala.

Il funzionamento prolungato in ambienti ad alta temperatura accelera inoltre l'invecchiamento e il degrado delle prestazioni dei pannelli solari, riducendone la durata utile. Le alte temperature causano alterazioni fisiche e chimiche nei materiali interni ai pannelli, come l'invecchiamento e la delaminazione dei materiali di imballaggio, la corrosione degli elettrodi, ecc., che influiscono sulle prestazioni e sull'affidabilità dei pannelli.

Per mantenere la temperatura di esercizio adeguata dei pannelli solari, migliorare l'efficienza della produzione di energia e prolungarne la durata, le guarnizioni in silicone termoconduttive svolgono un ruolo fondamentale. Le guarnizioni in silicone termoconduttive vengono solitamente installate sul retro dei pannelli solari, dove possono trasferire efficacemente il calore generato. Da un lato, l'ottima conduttività termica delle guarnizioni in silicone termoconduttive consente un rapido trasferimento del calore dai pannelli alla struttura di dissipazione del calore o all'ambiente a contatto con essi. Dall'altro, la loro flessibilità e comprimibilità consentono una perfetta aderenza al retro del pannello, garantendo un efficiente trasferimento di calore.

In alcune centrali fotovoltaiche terrestri di grandi dimensioni, guarnizioni in silicone termoconduttivo vengono posizionate tra le staffe dei pannelli solari e i pannelli stessi. Quando il pannello solare assorbe la luce solare per generare calore, il calore viene trasferito alla staffa attraverso la guarnizione in silicone termoconduttivo, che a sua volta lo dissipa nell'aria circostante. In questo modo, la temperatura di esercizio dei pannelli solari può essere efficacemente ridotta e l'efficienza di generazione di energia può essere migliorata. I dati di ricerca dimostrano che l'utilizzo di guarnizioni in silicone termoconduttivo consente di ridurre la temperatura di esercizio dei pannelli solari di 5-10 °C e di aumentare l'efficienza di generazione di energia di circa il 5-8%. Allo stesso tempo, è possibile prolungare la durata utile dei pannelli e ridurre i costi di manutenzione, apportando significativi vantaggi economici ai progetti di generazione di energia fotovoltaica.

Nei sistemi di accumulo di energia, la dissipazione del calore dei moduli delle batterie di accumulo di energia è fondamentale, in quanto è direttamente correlata alle prestazioni, alla durata della batteria, nonché alla sicurezza e alla stabilità del sistema.

Durante il processo di carica e scarica delle batterie di accumulo di energia, si verifica una serie di complesse reazioni elettrochimiche che inevitabilmente generano calore. Con lo sviluppo della tecnologia di accumulo di energia, la densità energetica dei moduli batteria continua ad aumentare, la potenza continua ad aumentare e di conseguenza anche il calore generato. Prendendo ad esempio un comune modulo batteria agli ioni di litio, durante la carica e la scarica ad alta velocità, la velocità di generazione del calore all'interno della batteria aumenta significativamente. Se questo calore non può essere dissipato rapidamente ed efficacemente, la temperatura del modulo batteria aumenterà rapidamente.

Temperature eccessivamente elevate hanno molti effetti negativi sulle prestazioni della batteria. Da un lato, l'aumento delle temperature aumenta la resistenza interna della batteria, il che significa che aumenta la perdita di energia della batteria durante la carica e la scarica e ne diminuisce l'efficienza di carica e scarica. Ad esempio, quando la temperatura della batteria aumenta da 25 °C a 50 °C, la sua resistenza interna può aumentare del 20%-50%, con conseguente conversione di una maggiore energia elettrica in energia termica durante la carica e la scarica, aggravando ulteriormente il riscaldamento della batteria. D'altro canto, le temperature elevate accelerano la decomposizione e l'invecchiamento delle sostanze chimiche presenti all'interno della batteria e ne riducono la durata utile. Studi hanno dimostrato che per ogni aumento di 10 °C della temperatura di esercizio della batteria, la sua durata utile può ridursi del 20%-30%. Per i sistemi di accumulo di energia su larga scala, la riduzione della durata della batteria si tradurrà in elevati costi di sostituzione, influendo sull'efficienza economica del sistema di accumulo.

Oltre al problema dell'aumento di temperatura, non si può ignorare l'uniformità di temperatura tra le celle all'interno del modulo batteria. Nel funzionamento effettivo, a causa di differenze in fattori come la posizione della batteria, lo stato di carica e scarica e le condizioni di dissipazione del calore, spesso si verificano temperature non uniformi tra le celle. Questa differenza di temperatura causa una dissincronizzazione tra le prestazioni e la velocità di invecchiamento di ciascuna cella, il che a sua volta influisce sulle prestazioni e sulla durata dell'intero modulo batteria. Ad esempio, in un modulo batteria composto da più celle, se la temperatura di alcune celle è troppo elevata e la temperatura di altre celle è relativamente bassa, le celle con temperature elevate invecchieranno e si deterioreranno più rapidamente, limitando la capacità e le prestazioni dell'intero modulo batteria. Dopo un funzionamento prolungato, questo squilibrio di temperatura può anche causare una fuga termica della batteria, con conseguenti gravi incidenti di sicurezza come incendi ed esplosioni.

Nella struttura del modulo batteria, il problema di dissipazione del calore tra il pacco batteria e il box è particolarmente evidente. Durante il processo di produzione e installazione, è difficile che il fondo del pacco batteria aderisca perfettamente al fondo del box, quindi si formano sempre delle piccole fessure d'aria. La conduttività termica dell'aria è estremamente bassa, solo circa 0,026 W/(m·K), il che crea un'elevata resistenza termica, ostacolando seriamente il trasferimento di calore dal pacco batteria al box, rendendo difficile la dissipazione efficace del calore all'interno del pacco batteria, aggravando ulteriormente l'aumento di temperatura e i problemi di temperatura irregolare del modulo batteria.

In sintesi, per garantire un funzionamento efficiente, sicuro e duraturo del modulo della batteria di accumulo di energia, è necessario adottare misure efficaci di dissipazione del calore per risolvere il problema di dissipazione del calore tra il pacco batteria e la scatola e ottenere una buona gestione della temperatura.

Cuscinetto in silicone termoconduttivofornire una soluzione efficiente e affidabile alle esigenze di dissipazione del calore dei moduli di batterie di accumulo di energia.

Il cuscinetto in silicone termoconduttivo presenta un'ottima flessibilità e comprimibilità, che gli consentono di riempire perfettamente il piccolo spazio tra il pacco batteria e la custodia. Quando la guarnizione in silicone termoconduttiva viene posizionata tra il pacco batteria e la custodia e viene applicata una certa pressione, la guarnizione può deformarsi in base alla forma della superficie di contatto, aderendo perfettamente alla superficie del pacco batteria e della custodia e rimuovendo efficacemente l'aria tra i due. Poiché l'aria è un cattivo conduttore di calore, la sua presenza aumenta notevolmente la resistenza termica e il riempimento con guarnizione in silicone termoconduttiva può ridurre significativamente lo spazio d'aria, riducendo così la resistenza termica e creando buone condizioni per la conduzione del calore.

I cuscinetti in silicone termoconduttivo presentano un'elevata conduttività termica e possono condurre il calore in modo rapido ed efficace. In generale, la conduttività termica delle comuni guarnizioni in silicone termoconduttivo è compresa tra 1 e 10 W/(m·K), mentre la conduttività termica varia a seconda del modello di prodotto. Quando il calore viene generato all'interno del pacco batteria, viene rapidamente trasferito alla guarnizione in silicone termoconduttivo a contatto con esso. Poiché i riempitivi termoconduttivi (come ossido di alluminio, nitruro di boro, ecc.) presenti nella guarnizione in silicone termoconduttivo sono distribuiti uniformemente nel substrato di gomma siliconica, si formano efficienti canali di conduzione del calore, che possono essere rapidamente condotti dal pacco batteria al box lungo questi canali. Il calore viene ulteriormente dissipato nell'ambiente circostante attraverso la struttura di dissipazione del calore del box (ad esempio, alette di dissipazione del calore, dispositivi di raffreddamento ad aria o a liquido, ecc.), esportando così efficacemente il calore all'interno del pacco batteria e riducendone la temperatura.

In un progetto di accumulo di energia, è stato utilizzato un modulo batteria con guarnizione in silicone termoconduttivo. La temperatura massima all'interno del pacco batteria è stata ridotta di circa 12 °C rispetto a prima dell'uso e la differenza di temperatura tra le celle è stata mantenuta entro 3 °C. Ciò ha migliorato l'efficienza di carica e scarica della batteria, prolungandone la durata di circa il 20% e migliorando efficacemente le prestazioni e la stabilità del sistema di accumulo di energia.

Oltre a condurre il calore, le guarnizioni in silicone termoconduttive svolgono anche un ruolo importante nella protezione e nell'assorbimento degli urti. Durante il funzionamento, il sistema di accumulo di energia può essere soggetto a diverse vibrazioni e urti, come urti durante il trasporto e vibrazioni nell'ambiente di installazione. L'elasticità e la flessibilità delle guarnizioni in silicone termoconduttive possono assorbire queste vibrazioni e energie d'impatto, ridurre i danni alle celle e ai moduli della batteria, proteggere l'integrità strutturale della batteria e migliorarne ulteriormente l'affidabilità e la durata.

Inoltre, l'installazione della guarnizione in silicone termoconduttiva è molto pratica. Può essere personalizzata in base alle dimensioni e alla forma del pacco batteria e della scatola, e tagliata nella misura e nella forma appropriate tramite fustellatura e altri processi. Durante l'installazione, è sufficiente posizionarla nella posizione corrispondente tra il pacco batteria e la scatola e utilizzare la sua stessa viscosità o semplici metodi di fissaggio (come fibbie, nastri, ecc.) per completare l'installazione. Non sono necessari strumenti e processi di installazione complessi, il che migliora notevolmente l'efficienza di produzione e installazione e riduce i costi.

In sintesi, le guarnizioni in silicone termoconduttivo riempiono lo spazio tra il pacco batteria e il contenitore, escludono l'aria e creano un percorso di convezione a bassa resistenza termica per condurre efficacemente il calore, ridurre la temperatura interna del pacco batteria e bilanciare la temperatura tra le celle. Allo stesso tempo, possono anche fornire protezione tampone e antiurto, offrendo una soluzione completa e affidabile per la dissipazione del calore dei moduli batteria per l'accumulo di energia e svolgendo un ruolo indispensabile nei sistemi di accumulo di energia.

In diversi nuovi scenari energetici, è fondamentale scegliere la guarnizione in silicone termoconduttiva in modo ragionevole e occorre considerare attentamente diversi fattori.

La conduttività termica è un indicatore chiave per misurare la conduttività termica delle guarnizioni in silicone termoconduttive. La sua unità di misura è W/(m·K). Maggiore è il valore, maggiore è la capacità del materiale di condurre calore a parità di condizioni. Nei dispositivi con elevati requisiti di dissipazione del calore, come gli inverter fotovoltaici, a causa dell'elevato calore generato dai dispositivi a semiconduttore di potenza interni, è consigliabile selezionare guarnizioni in silicone termoconduttive con una conduttività termica più elevata, come i prodotti da 5-10 W/(m·K), per garantire che il calore possa essere trasferito rapidamente ed efficacemente e ridurre la temperatura dell'apparecchiatura. In alcuni scenari di dissipazione del calore ausiliaria di pannelli solari con generazione di calore relativamente ridotta, guarnizioni con una conduttività termica di 3-5 W/(m·K) potrebbero essere in grado di soddisfare le esigenze.

Anche lo spessore della guarnizione non deve essere ignorato. Deve essere selezionato in base all'ampiezza dello spazio tra l'elemento riscaldante e il dissipatore di calore. Se lo spazio è piccolo, una guarnizione troppo spessa potrebbe non essere in grado di riempirlo efficacemente e aumenterà la resistenza termica; al contrario, quando lo spazio è ampio, una guarnizione troppo sottile non può svolgere appieno la funzione di riempimento e conduzione del calore. In generale, nei sistemi fotovoltaici e di accumulo di energia, lo spessore della guarnizione è compreso tra 0,5 e 5 mm. Ad esempio, in un modulo di batteria per accumulo di energia, lo spazio tra il pacco batteria e il contenitore è di 2 mm e viene selezionata una guarnizione in silicone termoconduttiva con uno spessore di 2,5 mm. Dopo una compressione moderata, la guarnizione può adattarsi perfettamente allo spazio e ottenere una buona conduttività termica.

L'isolamento è un fattore importante da considerare nei nuovi sistemi energetici. Poiché il sistema è costituito da un gran numero di dispositivi e circuiti elettrici, un incidente elettrico come una perdita può avere conseguenze disastrose. Pertanto, è necessario scegliere una guarnizione in silicone termoconduttiva con elevate prestazioni isolanti, la cui resistenza di isolamento dovrebbe solitamente raggiungere 10^12Ω・cm o superiore, per garantire un isolamento efficace della corrente in un ambiente ad alta tensione e garantire il funzionamento sicuro del sistema.

In alcune nuove apparecchiature energetiche che richiedono vibrazioni frequenti o particolari sollecitazioni meccaniche, come il modulo batteria di accumulo di energia dei veicoli elettrici, soggetto a urti e vibrazioni durante la guida, la resistenza e la flessibilità delle guarnizioni in silicone termoconduttivo sono particolarmente importanti. La guarnizione deve avere una resistenza sufficiente a prevenire crepe o danni in caso di vibrazioni e sollecitazioni a lungo termine, mantenendo al contempo una buona flessibilità per adattarsi a diversi ambienti di lavoro e forme delle superfici, garantendo una conduttività termica stabile.

Anche il costo è uno dei fattori da considerare nella scelta. Considerando i requisiti prestazionali, è consigliabile scegliere una guarnizione in silicone termoconduttiva economica per ridurre il costo complessivo del sistema. I prezzi delle guarnizioni in silicone termoconduttiva di diverse marche e modelli possono variare. È necessario valutare attentamente prestazioni e prezzo per effettuare una scelta ragionevole.

In un progetto di centrale fotovoltaica su larga scala, la capacità installata è di 50 MW e vengono utilizzati numerosi inverter fotovoltaici. All'inizio del progetto, a causa della mancanza di guarnizioni in silicone termoconduttive, quando l'inverter funzionava in un ambiente ad alta temperatura, la temperatura del modulo di potenza interno superava spesso gli 80 °C, causando frequenti spegnimenti dell'inverter a causa della protezione da surriscaldamento. L'efficienza di generazione di energia è stata seriamente compromessa e la perdita media giornaliera di energia prodotta ha raggiunto circa 5.000 gradi. Inoltre, il frequente funzionamento ad alta temperatura accelera l'invecchiamento dei componenti elettronici dell'inverter, aumenta significativamente il tasso di guasto delle apparecchiature e aumenta significativamente i costi di manutenzione.

Per risolvere questo problema, il team di progetto ha installato una guarnizione in silicone termoconduttiva con una conduttività termica di 6 W/(m·K) e uno spessore di 1 mm tra il modulo di potenza e il dissipatore di calore dell'inverter. Dopo l'installazione, grazie al monitoraggio del funzionamento effettivo, la temperatura del modulo di potenza dell'inverter è scesa a circa 60 °C, il fenomeno di spegnimento per surriscaldamento è sostanzialmente scomparso, l'efficienza di generazione di energia è migliorata significativamente e la produzione media giornaliera di energia è aumentata di circa 3.000 gradi. Allo stesso tempo, grazie alla temperatura più bassa, il tasso di invecchiamento dei componenti elettronici è rallentato, il tasso di guasto delle apparecchiature è stato ridotto di circa il 50% e anche i costi di manutenzione sono stati notevolmente ridotti, con conseguenti significativi vantaggi economici per la centrale elettrica.

In un progetto di accumulo di energia distribuito, che fornisce principalmente servizi di accumulo di energia per un parco commerciale, il sistema di accumulo utilizza moduli batteria agli ioni di litio. Nelle fasi iniziali del progetto, a causa della scarsa dissipazione del calore del modulo batteria, la differenza di temperatura tra le celle era elevata, raggiungendo anche i 10 °C, con conseguente bassa efficienza di carica e scarica della batteria e una significativa riduzione del ciclo di vita. Dopo un'analisi, si è scoperto che il problema era causato dalla dissipazione del calore tra il pacco batteria e il box.

Il team di progetto ha utilizzato guarnizioni in silicone termoconduttivo per risolvere questo problema. È stata selezionata una guarnizione in silicone termoconduttivo con buona flessibilità ed elevata conduttività termica (8 W/(m·K)) con uno spessore di 3 mm, che è stata inserita tra il pacco batteria e il contenitore. Dopo la trasformazione, la temperatura all'interno del pacco batteria è stata efficacemente controllata e la differenza di temperatura tra le celle è stata ridotta a meno di 3 °C. L'efficienza di carica e scarica della batteria è aumentata di circa il 15% e la durata del ciclo è stata prolungata di circa il 25%, il che ha migliorato notevolmente le prestazioni e la stabilità del sistema di accumulo di energia e ha fornito una garanzia affidabile per l'alimentazione elettrica del parco commerciale.

Con il continuo e rapido sviluppo del nuovo settore energetico, la portata e le prestazioni dei sistemi fotovoltaici e di accumulo di energia hanno continuato a migliorare, il che ha comportato anche requisiti più elevati per le prestazioni e l'applicazione delle guarnizioni in silicone termoconduttive.

In termini di prestazioni, le future guarnizioni in silicone termoconduttive dovranno avere una maggiore conduttività termica per soddisfare la crescente domanda di dissipazione del calore. Con il continuo miglioramento dell'integrazione dei chip e il continuo aumento della densità di potenza, i componenti elettronici generano sempre più calore e le guarnizioni in silicone termoconduttive con conduttività termica tradizionale potrebbero non soddisfare i requisiti di un'efficiente dissipazione del calore. Pertanto, la ricerca e lo sviluppo di materiali e tecnologie con una maggiore conduttività termica rappresenteranno un'importante direzione di sviluppo in futuro. Attualmente, alcuni istituti di ricerca e aziende stanno esplorando nuovi tipi di riempitivi e materiali compositi termoconduttivi, come nanotubi di carbonio, grafene, ecc., e gomma siliconica, che si prevede miglioreranno notevolmente la conduttività termica delle guarnizioni in silicone termoconduttive.

Saranno inoltre introdotti requisiti più severi per la stabilità e l'affidabilità delle guarnizioni in silicone termoconduttivo. I nuovi sistemi energetici devono solitamente funzionare stabilmente per lungo tempo in diverse condizioni ambientali complesse, come alte temperature, elevata umidità, forti raggi ultravioletti, ecc. Le guarnizioni in silicone termoconduttivo devono essere in grado di mantenere prestazioni stabili in questi ambienti difficili senza invecchiamento, deformazione, screpolature e altri problemi, per garantire la durata dell'effetto di dissipazione del calore e l'affidabilità del sistema. Ciò richiede un miglioramento e un'innovazione continui nella formulazione dei materiali, nei processi di produzione e nel controllo qualità per migliorare la stabilità e l'affidabilità del prodotto.

In termini di applicazione, con la continua innovazione delle nuove tecnologie energetiche e la continua espansione degli scenari applicativi, l'ambito di applicazione delle guarnizioni termoconduttive in silicone verrà ulteriormente ampliato. Oltre ai settori tradizionali come inverter fotovoltaici, pannelli solari e moduli di accumulo di energia, le guarnizioni termoconduttive in silicone svolgeranno un ruolo importante anche in alcuni campi di applicazione emergenti, come i sistemi di gestione termica dei veicoli a nuova energia, le microreti energetiche distribuite e le apparecchiature elettroniche di potenza delle reti intelligenti.

Nel settore dei veicoli a nuova energia, con la diffusione dei veicoli elettrici e lo sviluppo della tecnologia delle batterie, i requisiti per i sistemi di gestione termica delle batterie stanno diventando sempre più elevati. Le guarnizioni in silicone termoconduttive possono essere utilizzate non solo per la dissipazione del calore dei moduli batteria, ma anche per la dissipazione del calore di componenti come motori e sistemi di controllo elettronici, migliorando le prestazioni e la sicurezza dell'intero veicolo. Nelle microreti energetiche distribuite, diverse piccole fonti di energia distribuita (come piccole centrali fotovoltaiche, dispositivi di generazione di energia eolica, ecc.) e apparecchiature di accumulo di energia richiedono soluzioni efficienti per la dissipazione del calore, e le guarnizioni in silicone termoconduttive possono fornire una protezione affidabile dalla dissipazione del calore per questi dispositivi.

In futuro, la progettazione e la produzione di guarnizioni termoconduttive in silicone presteranno maggiore attenzione alla personalizzazione. Diversi scenari applicativi e nuove apparecchiature energetiche presentano requisiti diversi in termini di prestazioni, dimensioni, forma, ecc. delle guarnizioni termoconduttive in silicone, pertanto è necessario fornire soluzioni personalizzate basate sulle specifiche esigenze applicative. Grazie alla progettazione avanzata dei materiali, all'analisi di simulazione e ai processi di produzione, è possibile realizzare una produzione personalizzata di guarnizioni termoconduttive in silicone per soddisfare le specifiche esigenze dei diversi clienti.

Lo sviluppo del nuovo settore energetico ha aperto ampie prospettive di mercato e opportunità di sviluppo per le guarnizioni in silicone termoconduttive, ma ha anche posto sfide più impegnative in termini di prestazioni e applicazione. Solo attraverso l'innovazione e il progresso continui possiamo soddisfare le crescenti esigenze del nuovo settore energetico e promuoverne uno sviluppo sostenibile e sano.

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