Négy tervezési szempont, amikor energiatároló akkumulátort adunk a fotovoltaikus hálózathoz
Miközben a fotovoltaikus (PV) létesítmények száma folyamatosan növekszik, a napelemes hálózat keresleti és kínálati oldala közötti egyensúlyhiány komoly korláttá vált. Napközben rengeteg napenergia áll rendelkezésre, de az igény nem túl nagy. Ez azt jelenti, hogy az ügyfelek magasabb árat fizetnek wattonként reggel és este a csúcsforgalom idején.
A lakossági, kereskedelmi és közüzemi napelemes eszközök energiatároló rendszerei (ESS) invertereket használnak az elektromos energia vagy a hálózat tárolására a nap folyamán, amikor a legalacsonyabb a kereslet, és tárolják, amikor a kereslet hatalmas, felszabadítva a megtermelt energiát. Az ESS hálózatra kapcsolt napelemes rendszerhez való hozzáadásával a felhasználók pénzt takaríthatnak meg a "csúcsborotválkozás" nevű technológia használatával.
Kétirányú teljesítményátalakítás
A hagyományos PV berendezések egyirányú DC/AC és DC/DC teljesítményfokozatokból állnak, de az egyirányú átalakítási módszer nagy akadálya az ESS-ek beépítésének. Több komponensre, modulra és alrendszerre van szükség, amelyek mindegyike jelentősen megnöveli az ESS meglévő szolárrendszerhez való hozzáadásának költségeit.
Ahhoz, hogy akkumulátort adjunk egy meglévő PV-eszközhöz, az akkumulátor töltési és kisütési útvonalát egyetlen útvonalba kell kombinálni, amely a teljesítménytényező-korrekcióból (PFC) és az inverter teljesítményszintjéből áll. . De hogyan lehet két egyirányú teljesítményátalakítót építeni két egyirányú áramátalakító helyett?
A hibrid inverterek hatékonyan javíthatják az átalakítási szakasz hatékonyságát, de ez a hatékonyságjavulás fontosabb az ESS-sel felszerelt mikrohálózatok esetében, amelyek többszörös teljesítményátalakítást hajtanak végre. A teljesítményátalakító rendszer kezeli a DC/DC konverziót az akkumulátor töltéséhez és kisütéséhez. Kezeli a DC/AC és AC/DC konverziót is, amely az akkumulátorokban tárolt egyenáramot váltóárammá alakítja a hálózat be- és kiáramlásához egyaránt.
Nagyfeszültségű akkumulátor
A tároló akkumulátorral rendelkező mikrogrid rendszerben az akkumulátor fő funkciója a fotovoltaikus energia tárolása és igény szerinti áramellátása a hálózatnak. A lítium-ion akkumulátorok egységenkénti tárolókapacitása lényegesen nagyobb, mint az ólom-savas akkumulátoroknak.
Míg a 400 V-os akkumulátorok egyre népszerűbbek az elektromos járművekben (EV), a napelemes hálózati eszközök is növelik az akkumulátor feszültségét 48 V-ról. De hogyan kezelheti a 400 V-os akkumulátorcsomag teljesítményátalakítását?
Az ESS-t nagyobb rendszerekbe integráló rendszervezérlési és kommunikációs képességekkel rendelkező mikroszámítógépek mellett az alacsony veszteségű és hatékony tápkapcsolók is javítják az energiatároló rendszerek biztonságát és megbízhatóságát. A szilícium-karbid (SiC) és gallium-nitrid (GaN) anyagokon alapuló kompakt tápkapcsolók és valós idejű mikroszámítógépek lehetővé teszik a kétirányú konverterek módosítását a különféle egyenáramú energiatároló egységekhez.
Dual Active Bridge DC/DC átalakító kialakítás
A szélessávú félvezetők, mint például a SiC és a GaN, fontos szerepet játszanak az olyan energiaátalakító rendszerek megoldásában, amelyek képesek kezelni a növekvő akkumulátorfeszültség-tartományt, mivel a konverterek növelik a teljesítménysűrűséget és csökkentik a kapcsolási veszteségeket. . Az energiaátalakító rendszer azt is lehetővé teszi, hogy az akkumulátorcsomag jobban kezelje az elosztott termelési rendszer energiaingadozásait, ami intelligens és rugalmas hálózati működést eredményez magasabb és szélesebb feszültségeken.
Végül a napelemes eszközök utánozhatják az elektromos autókban használt akkumulátorokat. Egyre általánossá válik az a gondolat, hogy az elektromos járművekben jelenleg használt akkumulátorcsomagokat hálózatra kapcsolt ESS-ként hasznosítsák újra.
Széles sávszélességű anyagok szükségesek a hatékonysághoz és a természetes légáramláshoz
Az intelligens falra szerelhető tárolórendszer kiépítéséhez olyan invertert kell tervezni, amely minimális természetes konvektív hűtéssel optimalizálja a hőleadást. Az elosztott teljesítményű architektúrák lehetővé teszik a hő központi elosztását a rendszerben. Ez az architektúra biztosítja, hogy a szükséges energiatároló inverterek képesek legyenek kezelni a nagy áramszinteket különböző feszültségeknél, és megbízhatóan reagáljanak a gyorsan változó terhelési tranziensekre.
Az ilyen rendszerekhez olyan kapumeghajtókra van szükség, amelyek támogatják a nagy sebességű kapcsolást, és védelmet nyújtanak a 100 kHz és 400 kHz közötti kapcsolási frekvenciákon. Ha a kapcsolási sebesség nem elég gyors, akkor azt tapasztalja, hogy a teljesítményátalakítási fázis jelentősen nem hatékony.
Itt jönnek be a gyors kapcsolású és nagy teljesítménysűrűségű szélessávú résanyagok, mint például a SiC és a GaN. Ezek a félvezető eszközök megkönnyítik a ventilátoros hűtést nem igénylő rendszerek tervezését. A beépített meghajtóval és védelmi funkciókkal rendelkező LMG3425R030 GaN eszköz kompakt profilt, nagy teljesítménysűrűséget és gyors kapcsolást kínál.
A kapumeghajtó átalakítja a vezérlő digitális PWM jelét a SiC vagy GaN térhatású tranzisztor (FET) által igényelt árammá. A PWM alapú vezérlő lehetővé teszi a feszültség és áram pontos mintavételét több teljesítményátalakítási fokozaton keresztül.
Áram- és feszültségérzékelés
A nagyfrekvenciás kapcsolóüzemű tápegységek tervezése a pontos áram- és feszültségérzékelés kihívásával néz szembe. A sönttel végzett jelenlegi mérések nem csak a pontosságot javítják, hanem felgyorsítják a reakcióidőket is, így gyorsan reagálhat a rács bármely változására, így a hálózat rövidzárlata vagy megszakadása esetén leállíthatja a rendszerkapcsolatokat. Megnövekedett.
Az árammérések elengedhetetlenek az inverter-centrikus kialakításokhoz, mivel a szabályozási algoritmus elektrofluometrikus méréseket igényel a szabályozáshoz. Egyes tervezési megoldások állnak rendelkezésre szigetelt árammérésekhez erősítők/modulátorok és külső söntektől elkülönített tápegységek használatával.
Az áramátalakítóknak meg kell mérniük az áramerősséget a hálózatban, hogy lássák, az áram fázisban van-e a feszültséggel. Az áram és feszültség mérésével az akkumulátor töltőáramának szabályozása mellett az inverter működése és a túlterhelés elleni védelem funkciója is vezérlésre kerül.
Következtetés
Az AC/DC és DC/DC közötti kétirányú teljesítményátalakítást végző hibrid inverterek várhatóan felváltják a hagyományos szoláris invertereket a következő években. A szoláris inverterek tervezői a hibrid inverterek használatával széles kimeneti teljesítmény- és feszültségtartományú teljesítményátalakítást tudnak majd elérni.
Az akkumulátor feszültségének növelése és a feszültségtartomány bővítése fontos kérdés az energiatároló kompatibilis szoláris invertereknél. Az olyan alapvető komponensekkel, mint a mikroszámítógépes vezérlés és a széles sávszélességű félvezetők beépített kapumeghajtókkal és védelemmel, ezek a magasabb és szélesebb cellafeszültségek a nagy hatékonyság és a természetes konvekció igénye mellett támogathatók.
