Štirje načrtovalski premisleki pri dodajanju baterijske opreme za shranjevanje energije v fotovoltaično omrežje

Medtem ko število fotovoltaičnih (PV) objektov še naprej raste, je neravnovesje med ponudbo in povpraševanjem solarnega omrežja postalo velika omejitev. Čez dan je na voljo dovolj sončne energije, vendar povpraševanje ni veliko. To pomeni, da bodo kupci plačali višjo ceno za vat zjutraj in zvečer v času največje porabe.

Sistemi za shranjevanje energije (ESS) za solarne naprave v stanovanjskih, komercialnih in javnih službah uporabljajo pretvornike za shranjevanje električne energije ali omrežja čez dan, ko je povpraševanje najmanjše, in za shranjevanje, ko je povpraševanje ogromno, pri čemer se sprosti energija, ki je bila ustvarjena. Dodajanje ESS solarnemu sistemu, povezanemu z omrežjem, omogoča uporabnikom, da prihranijo denar pri uporabi tehnologije, imenovane "peak shaving".

  Dvosmerna pretvorba moči

Tradicionalna PV oprema je sestavljena iz enosmernih napajalnih stopenj DC/AC in DC/DC, vendar je enosmerna metoda pretvorbe velika ovira za vgradnjo ESS. Potrebnih je več komponent, modulov in podsistemov, kar vse bistveno poveča stroške dodajanja ESS k obstoječi solarni napeljavi.

Če želite obstoječi PV napravi dodati baterijo, je treba dve poti polnjenja in praznjenja baterije združiti v eno pot, ki jo sestavljata korekcija faktorja moči (PFC) in ravni moči pretvornika. . Toda kako zgraditi dvosmerni pretvornik moči namesto dveh enosmernih pretvornikov moči?

 Hibridni pretvorniki lahko učinkovito izboljšajo učinkovitost stopnje pretvorbe, vendar je ta izboljšava učinkovitosti bolj pomembna za mikromreža, opremljena z ESS, ki izvajajo več pretvorb moči. Sistem pretvornika moči upravlja pretvorbo DC/DC za polnjenje in praznjenje baterije. Upravlja tudi pretvorbo DC/AC in AC/DC, ki pretvarja enosmerni tok, shranjen v baterijah, v izmenični tok za dotok in odtok iz omrežja.

  Visokonapetostna baterija

V mikromrežnem sistemu s hranilno baterijo je glavna funkcija baterije shranjevanje fotovoltaične energije in dovajanje električne energije v omrežje na zahtevo. Litij-ionske baterije imajo znatno večjo zmogljivost shranjevanja na enoto kot svinčeve baterije.

Medtem ko 400 V baterije postajajo vse bolj priljubljene v električnih vozilih (EV), solarne naprave prav tako povečujejo napetost baterije z 48 V. Toda kako upravljate pretvorbo moči 400 V baterijskega sklopa?

Poleg mikroračunalnikov s sistemskim nadzorom in komunikacijskimi zmogljivostmi, ki vključujejo ESS v večje sisteme, tudi nizkoizgubna in učinkovita napajalna stikala izboljšujejo varnost in zanesljivost sistemov za shranjevanje energije. Kompaktna napajalna stikala in mikroračunalniki v realnem času, ki temeljijo na materialih iz silicijevega karbida (SiC) in galijevega nitrida (GaN), omogočajo modifikacijo dvosmernih pretvornikov za namestitev različnih enot za shranjevanje enosmerne energije.

  Zasnova pretvornika DC/DC z dvojnim aktivnim mostom

Polprevodniki s širokopasovno vrzeljo, kot sta SiC in GaN, igrajo pomembno vlogo pri reševanju sistemov za pretvorbo električne energije, ki lahko obvladajo naraščajoč obseg napetosti baterije, saj pretvorniki povečajo gostoto moči in zmanjšajo izgube pri preklapljanju. . Sistem za pretvorbo električne energije tudi omogoča, da baterijski sklop bolje obvladuje nihanja moči v sistemu porazdeljene proizvodnje, kar ima za posledico pametno in prožno delovanje omrežja pri višjih in širših napetostih.

Sčasoma bi lahko sončne naprave posnemale baterije, ki se uporabljajo v električnih avtomobilih. Zamisel o recikliranju baterijskih vložkov, ki se trenutno uporabljajo v električnih vozilih kot omrežno povezanih ESS, postaja pogosta.

  Za učinkovitost in naravno konvekcijo so potrebni materiali s široko pasovno vrzeljo

Za izgradnjo inteligentnega stenskega sistema za shranjevanje je treba zasnovati pretvornik, ki optimizira odvajanje toplote z uporabo minimalnega naravnega konvekcijskega hlajenja. Arhitekture porazdeljene moči omogočajo centralno porazdelitev toplote po celotnem sistemu. Ta arhitektura zagotavlja, da lahko zahtevani pretvorniki za shranjevanje energije prenesejo visoke tokovne ravni pri različnih napetostih in se zanesljivo odzovejo na hitro spreminjajoče se prehodne obremenitve.

Takšni sistemi zahtevajo gonilnike vrat, ki podpirajo hitro preklapljanje in zagotavljajo zaščito pri preklopnih frekvencah od 100 kHz do 400 kHz. Če hitrost preklapljanja ni dovolj visoka, boste ugotovili, da je faza pretvorbe moči bistveno neučinkovita.

Tukaj pridejo na vrsto širokopasovni materiali s hitrim preklapljanjem in visoko gostoto moči, kot sta SiC in GaN. Te polprevodniške naprave olajšajo načrtovanje sistemov, ki ne potrebujejo ventilatorskega hlajenja. Naprava LMG3425R030 GaN z vgrajenim gonilnikom in zaščitnimi funkcijami ima kompakten profil, visoko gostoto moči in hitro preklapljanje.

Gonilnik vrat pretvori krmilnikov digitalni signal PWM v tok, ki ga potrebuje SiC ali GaN tranzistor na učinku polja (FET). Krmilnik na osnovi PWM omogoča natančno vzorčenje napetosti in toka v več stopnjah pretvorbe moči.

  Zaznavanje toka in napetosti

Zasnova visokofrekvenčnega preklopnega napajalnika se sooča z izzivom natančnega zaznavanja toka in napetosti. Meritve toka s šantom ne le izboljšajo natančnost, ampak tudi pospešijo reakcijske čase, kar vam omogoča, da se hitro odzovete na vse spremembe v omrežju, tako da lahko prekinete sistemske povezave, če je omrežje v kratkem stiku ali je odklopljeno. Povečana.

Meritve toka so bistvenega pomena za zasnove, osredotočene na pretvornik, saj krmilni algoritem za nadzor zahteva elektrofluometrične meritve. Nekatere konstrukcijske rešitve so na voljo za izolirane tokovne meritve z uporabo ojačevalnikov/modulatorjev in napajalnikov, izoliranih od zunanjih shuntov.

Pretvorniki moči morajo izmeriti tok v omrežju, da ugotovijo, ali je tok v fazi z napetostjo. Z merjenjem toka in napetosti se poleg nadzora polnilnega toka akumulatorja nadzoruje tudi delovanje inverterja in funkcija zaščite pred preobremenitvijo.

  Zaključek

Hibridni razsmerniki, ki izvajajo dvosmerno pretvorbo moči med AC/DC in DC/DC, naj bi v prihodnjih letih nadomestili tradicionalne sončne razsmernike. Oblikovalci sončnih razsmernikov bodo z uporabo hibridnih razsmernikov lahko dosegli pretvorbo moči s širokim razponom izhodne moči in napetosti.

Povečanje napetosti akumulatorja in razširitev razpona napetosti sta pomembna vprašanja za sončne razsmernike, združljive s shranjevanjem energije. Z bistvenimi komponentami, kot so krmiljenje mikroračunalnika in polprevodniki s širokim pasovnim razmakom z vgrajenimi gonilniki vrat in zaščito, je mogoče te višje in širše napetosti celic podpirati poleg potrebe po visoki učinkovitosti in naravni konvekciji.