Četiri razmatranja dizajna pri dodavanju opreme za baterije za skladištenje energije fotonaponskoj mreži
Dok broj fotonaponskih (PV) objekata nastavlja rasti, neravnoteža između ponude i potražnje solarne mreže postala je glavno ograničenje. Ima dosta solarne energije na raspolaganju tokom dana, ali potražnja nije velika. To znači da će kupci plaćati višu cijenu po vatu ujutro i uveče u vrijeme najveće potrošnje.
Sistemi za skladištenje energije (ESS) za solarne uređaje u stambenim, komercijalnim i javnim komunalnim preduzećima koriste pretvarače za skladištenje električne energije ili mreže tokom dana kada je potražnja najmanja i za skladištenje kada je potražnja velika, oslobađajući energiju koja je generisana. Dodavanje ESS-a solarnom sistemu povezanom na mrežu omogućava korisnicima da uštede novac na korišćenju tehnologije koja se zove "brijanje na vrhuncu".
Dvosmjerna konverzija snage
Tradicionalna fotonaponska oprema sastoji se od jednosmjernih DC/AC i DC/DC energetskih stupnjeva, ali jednosmjerna metoda konverzije je glavna prepreka za ugradnju ESS-ova. Potrebno je više komponenti, modula i podsistema, što sve značajno povećava troškove dodavanja ESS-a postojećoj solarnoj instalaciji.
Da biste dodali bateriju postojećem PV uređaju, dva puta punjenja i pražnjenja baterije moraju se kombinirati u jednu stazu koja se sastoji od korekcije faktora snage (PFC) i nivoa snage pretvarača. . Ali kako napraviti dvosmjerni pretvarač napajanja umjesto dva jednosmjerna pretvarača napajanja?
Hibridni pretvarači mogu efikasno poboljšati efikasnost stepena konverzije, ali ovo poboljšanje efikasnosti je važnije za mikromreže opremljene ESS-om koje izvode višestruke konverzije energije. Sistem pretvarača energije upravlja DC/DC konverzijom za punjenje i pražnjenje baterije. Također upravlja DC/AC i AC/DC konverzijom, koja pretvara jednosmjernu struju pohranjenu u baterijama u naizmjeničnu struju za ulaz i odliv iz mreže.
Visokonaponska baterija
U mikromrežnom sistemu sa baterijom za skladištenje, glavna funkcija baterije je skladištenje fotonaponske energije i napajanje mreže na zahtev. Litijum-jonske baterije imaju znatno veći kapacitet skladištenja po jedinici od olovno-kiselinskih baterija.
Dok baterije od 400 V postaju sve popularnije u električnim vozilima (EV), solarni uređaji također povećavaju napon baterije sa 48 V. Ali kako upravljati konverzijom snage baterije od 400 V?
Pored mikroračunara sa sistemskom kontrolom i komunikacijskim mogućnostima koji uključuju ESS u veće sisteme, prekidači za napajanje sa malim gubicima i efikasnim napajanjem takođe poboljšavaju sigurnost i pouzdanost sistema za skladištenje energije. Kompaktni prekidači za napajanje i mikroračunari u realnom vremenu bazirani na materijalima od silicijum karbida (SiC) i galij nitrida (GaN) omogućavaju modifikaciju dvosmjernih pretvarača za smještaj različitih jedinica za pohranu jednosmjerne energije.
Dizajn DC/DC pretvarača s dvostrukim aktivnim mostom
Poluprovodnici širokog pojasa kao što su SiC i GaN igraju važnu ulogu u rješavanju sistema za konverziju energije koji mogu podnijeti rastući raspon napona baterije jer pretvarači povećavaju gustinu snage i smanjuju gubitke pri prebacivanju. . Sistem konverzije energije takođe omogućava baterijskom paketu da bolje upravlja fluktuacijama snage u sistemu distribuirane proizvodnje, što rezultira pametnim i otpornim radom mreže na višim i širim naponima.
Na kraju bi solarni uređaji mogli oponašati baterije koje se koriste u električnim automobilima. Ideja o recikliranju baterijskih paketa koji se trenutno koriste u električnim vozilima kao ESS povezan na mrežu postaje uobičajena.
Materijali sa širokim pojasom potrebni za efikasnost i prirodnu konvekciju
Da bi se izgradio inteligentni zidni sistem za skladištenje, potrebno je dizajnirati inverter koji optimizuje rasipanje toplote koristeći minimalno prirodno konvektivno hlađenje. Arhitektura distribuirane energije omogućava centralnu distribuciju toplote kroz sistem. Ova arhitektura osigurava da potrebni pretvarači za skladištenje energije mogu podnijeti visoke nivoe struje pri različitim naponima i pouzdano odgovoriti na brze promjene opterećenja.
Takvi sistemi zahtijevaju drajvere za kapije koji podržavaju brzo prebacivanje i pružaju zaštitu na frekvencijama prebacivanja od 100 kHz do 400 kHz. Ako brzina prebacivanja nije dovoljno brza, vidjet ćete da je faza konverzije energije značajno neefikasna.
Ovdje dolaze na scenu širokopojasni materijali sa brzim prebacivanjem i velikom gustinom snage, kao što su SiC i GaN. Ovi poluprovodnički uređaji olakšavaju dizajn sistema koji ne zahtijevaju hlađenje ventilatorom. LMG3425R030 GaN uređaj sa ugrađenim drajverom i zaštitnim funkcijama karakteriše kompaktan profil, velika gustina snage i brzo prebacivanje.
Drajver gejta pretvara digitalni PWM signal kontrolera u struju potrebnu za SiC ili GaN tranzistor sa efektom polja (FET). PWM kontroler omogućava precizno uzorkovanje napona i struje u više faza konverzije energije.
Detekcija struje i napona
Dizajn visokofrekventnog prekidačkog napajanja suočava se sa izazovom preciznog detekcije struje i napona. Trenutna mjerenja sa šantom ne samo da poboljšavaju preciznost već i ubrzavaju vrijeme reakcije, omogućavajući vam da brzo reagujete na sve promjene u mreži, tako da možete isključiti sistemske veze ako je mreža kratko spojena ili isključena. Povećano.
Mjerenja struje su bitna za inverter-centrične dizajne, jer algoritam upravljanja zahtijeva elektrofluometrijska mjerenja za kontrolu. Dostupna su neka dizajnerska rješenja za izolovana mjerenja struje pomoću pojačala/modulatora i izvora napajanja izolovanih od vanjskih šantova.
Energetski pretvarači moraju izmjeriti struju u mreži kako bi vidjeli da li je struja u fazi s naponom. Mjerenjem struje i napona, osim kontrole struje punjenja baterije, kontrolira se i rad pretvarača i funkcija zaštite od preopterećenja.
Zaključak
Očekuje se da će hibridni invertori, koji izvode dvosmjernu konverziju snage između AC/DC i DC/DC, zamijeniti tradicionalne solarne pretvarače u narednim godinama. Dizajneri solarnih invertera će moći da ostvare konverziju snage sa širokim opsegom izlazne snage i napona korišćenjem hibridnih pretvarača.
Povećanje napona baterije i proširenje raspona napona važna su pitanja za solarne pretvarače kompatibilne sa skladištenjem energije. Sa osnovnim komponentama kao što su kontrola mikroračunara i poluprovodnici sa širokim pojasom sa ugrađenim drajverima i zaštitom, ovi viši i širi naponi ćelija mogu biti podržani pored potrebe za visokom efikasnošću i prirodnom konvekcijom.
