Četiri razmatranja dizajna pri dodavanju baterijske opreme za pohranu energije fotonaponskoj mreži

Dok broj fotonaponskih (PV) objekata nastavlja rasti, neravnoteža između strane ponude i potražnje solarne mreže postala je glavno ograničenje. Tijekom dana ima dosta sunčeve energije, ali potražnja nije velika. To znači da će kupci plaćati višu cijenu po vatu ujutro i navečer tijekom sati najveće potrošnje.

Sustavi za pohranu energije (ESS) za solarne uređaje u stambenim, komercijalnim i javnim poduzećima koriste pretvarače za pohranu električne energije ili mreže tijekom dana kada je potražnja najmanja i za pohranu kada je potražnja velika, oslobađajući energiju koja je generirana. Dodavanje ESS-a solarnom sustavu spojenom na mrežu omogućuje korisnicima da uštede novac na korištenju tehnologije koja se zove "brišanje vršnog opterećenja".

  Dvosmjerna pretvorba snage

Tradicionalna PV oprema sastoji se od jednosmjernih DC/AC i DC/DC stupnjeva napajanja, ali jednosmjerna metoda pretvorbe glavna je prepreka za ugradnju ESS-ova. Potrebno je više komponenti, modula i podsustava, a svi oni značajno povećavaju troškove dodavanja ESS-a postojećoj solarnoj instalaciji.

Da biste dodali bateriju postojećem PV uređaju, dva puta punjenja i pražnjenja baterije moraju se kombinirati u jedan put koji se sastoji od korekcije faktora snage (PFC) i razina snage pretvarača. . Ali kako izgraditi dvosmjerni pretvarač energije umjesto dva jednosmjerna pretvarača?

 Hibridni pretvarači mogu učinkovito poboljšati učinkovitost stupnja pretvorbe, ali ovo poboljšanje učinkovitosti važnije je za mikromreže opremljene ESS-om koje izvode višestruke pretvorbe energije. Sustav pretvarača struje upravlja DC/DC pretvorbom za punjenje i pražnjenje baterije. Također upravlja DC/AC i AC/DC pretvorbom, koja pretvara istosmjernu struju pohranjenu u baterijama u izmjeničnu struju za ulaz i izlaz iz mreže.

  Baterija visokog napona

U mikromrežnom sustavu s baterijom za pohranjivanje, glavna funkcija baterije je pohranjivanje fotonaponske energije i napajanje mreže na zahtjev. Litij-ionske baterije imaju značajno veći kapacitet skladištenja po jedinici od olovnih baterija.

Dok baterije od 400 V postaju sve popularnije u električnim vozilima (EV), solarni mrežni uređaji također povećavaju napon baterije s 48 V. Ali kako upravljati pretvorbom energije 400V baterije?

Uz mikroračunala sa sustavnom kontrolom i komunikacijskim mogućnostima koja uključuju ESS u veće sustave, niski gubici i učinkoviti prekidači napajanja također poboljšavaju sigurnost i pouzdanost sustava za pohranu energije. Kompaktni prekidači napajanja i mikroračunala u stvarnom vremenu temeljena na materijalima od silicij karbida (SiC) i galij nitrida (GaN) omogućuju modifikaciju dvosmjernih pretvarača za prilagodbu različitim jedinicama za pohranu istosmjerne energije.

  Dizajn DC/DC pretvarača s dvostrukim aktivnim mostom

Poluvodiči sa širokim pojasom kao što su SiC i GaN igraju važnu ulogu u rješavanju sustava za pretvorbu energije koji se mogu nositi s rastućim rasponom napona baterije jer pretvarači povećavaju gustoću snage i smanjuju gubitke pri prebacivanju. . Sustav pretvorbe energije također omogućuje baterijskom paketu da bolje upravlja fluktuacijama snage u sustavu 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-a spojenog na mrežu postaje uobičajena.

  Materijali sa širokim pojasnim razmakom potrebni za učinkovitost i prirodnu konvekciju

Kako bi se izgradio inteligentni zidni sustav za pohranu, potrebno je dizajnirati inverter koji optimizira disipaciju topline korištenjem minimalnog prirodnog konvektivnog hlađenja. Arhitekture distribuiranog napajanja omogućuju centralnu distribuciju topline u cijelom sustavu. Ova arhitektura osigurava da potrebni pretvarači za pohranu energije mogu podnijeti visoke razine struje pri različitim naponima i pouzdano odgovoriti na brzo promjenjive prijelazne pojave opterećenja.

Takvi sustavi zahtijevaju drajvere vrata koji podržavaju brzu komutaciju i pružaju zaštitu na komutacijskim frekvencijama od 100 kHz do 400 kHz. Ako brzina prebacivanja nije dovoljno velika, ustanovit ćete da je faza pretvorbe snage značajno neučinkovita.

Ovdje dolaze na scenu širokopojasni materijali s brzim prebacivanjem i velikom gustoćom snage, kao što su SiC i GaN. Ovi poluvodički uređaji olakšavaju dizajn sustava koji ne zahtijevaju hlađenje ventilatorom. LMG3425R030 GaN uređaj s ugrađenim pokretačkim programom i zaštitnim značajkama ima kompaktan profil, veliku gustoću snage i brzo prebacivanje.

Pokretač vrata pretvara digitalni PWM signal kontrolera u struju potrebnu za SiC ili GaN tranzistor s efektom polja (FET). Upravljač koji se temelji na PWM-u omogućuje precizno uzorkovanje napona i struje kroz više stupnjeva pretvorbe energije.

  Detekcija struje i napona

Dizajn visokofrekventnog prekidačkog napajanja suočen je s izazovom točnog očitavanja struje i napona. Mjerenja struje sa shuntom ne samo da poboljšavaju točnost, već i ubrzavaju vrijeme reakcije, omogućujući vam da brzo reagirate na sve promjene u mreži, tako da možete isključiti veze sustava ako je mreža u kratkom spoju ili je isključena. Povećana.

Mjerenja struje neophodna su za dizajne usmjerene na invertere, budući da kontrolni algoritam zahtijeva elektrofluometrijska mjerenja za kontrolu. Dostupna su neka dizajnerska rješenja za izolirana mjerenja struje pomoću pojačala/modulatora i izvora napajanja izoliranih od vanjskih shuntova.

Pretvarači snage trebaju mjeriti struju u mreži kako bi vidjeli je li struja u fazi s naponom. Mjerenjem struje i napona, osim kontrole struje punjenja akumulatora, kontrolira se i rad pretvarača te funkcija zaštite od preopterećenja.

  Zaključak

Očekuje se da će hibridni pretvarači, koji izvode dvosmjernu pretvorbu energije između AC/DC i DC/DC, zamijeniti tradicionalne solarne pretvarače u nadolazećim godinama. Dizajneri solarnih pretvarača moći će postići pretvorbu snage sa širokim rasponom izlazne snage i napona korištenjem hibridnih pretvarača.

Povećanje napona baterije i proširenje raspona napona važna su pitanja za solarne izmjenjivače kompatibilne sa pohranom energije. S bitnim komponentama kao što su kontrola mikroračunala i poluvodiči sa širokim pojasnim razmakom s ugrađenim drajverima i zaštitom, ovi viši i širi naponi ćelija mogu se podržati uz potrebu za visokom učinkovitošću i prirodnom konvekcijom.