Četri dizaina apsvērumi, pievienojot enerģijas uzglabāšanas akumulatoru aprīkojumu fotoelektriskajam tīklam
Kamēr fotoelementu (PV) iekārtu skaits turpina pieaugt, nelīdzsvarotība starp saules enerģijas tīkla piedāvājuma un pieprasījuma pusēm ir kļuvusi par galveno ierobežojumu. Dienas laikā ir pieejams daudz saules enerģijas, taču pieprasījums nav īpaši liels. Tas nozīmē, ka klienti maksās augstāku cenu par vatu no rīta un vakarā maksimālās izmantošanas stundās.
Enerģijas uzglabāšanas sistēmas (ESS) saules ierīcēm dzīvojamās, komerciālajās un komunālajos uzņēmumos izmanto invertorus, lai uzglabātu elektroenerģiju vai tīklu dienas laikā, kad pieprasījums ir vismazākais, un uzglabātu, kad pieprasījums ir milzīgs, atbrīvojot saražoto enerģiju. ESS pievienošana ar tīklu savienotai saules sistēmai ļauj lietotājiem ietaupīt naudu, izmantojot tehnoloģiju, ko sauc par "pīķa skūšanu".
Divvirzienu jaudas pārveidošana
Tradicionālās PV iekārtas sastāv no vienvirziena līdzstrāvas/maiņstrāvas un līdzstrāvas/līdzstrāvas jaudas posmiem, bet vienvirziena konversijas metode ir galvenais šķērslis ESS iekļaušanai. Ir nepieciešams vairāk komponentu, moduļu un apakšsistēmu, un tas viss ievērojami palielina ESS pievienošanas izmaksas esošai saules enerģijas iekārtai.
Lai pievienotu akumulatoru esošai PV ierīcei, divi akumulatora uzlādes un izlādes ceļi ir jāapvieno vienā ceļā, kas sastāv no jaudas koeficienta korekcijas (PFC) un invertora jaudas līmeņiem. . Bet kā izveidot divvirzienu jaudas pārveidotāju divu vienvirziena jaudas pārveidotāju vietā?
Hibrīdie invertori var efektīvi uzlabot konversijas stadijas efektivitāti, taču šis efektivitātes uzlabojums ir svarīgāks ar ESS aprīkotiem mikrotīkliem, kas veic vairākas jaudas pārveides. Strāvas pārveidotāja sistēma pārvalda līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidi, lai uzlādētu un izlādētu akumulatoru. Tas arī pārvalda līdzstrāvas/maiņstrāvas un maiņstrāvas/līdzstrāvas pārveidošanu, kas pārvērš baterijās uzkrāto līdzstrāvu maiņstrāvā gan ieplūdei, gan izplūdei no tīkla.
Mikrotīkla sistēmā ar akumulatoru baterijas galvenā funkcija ir uzglabāt fotoelementu enerģiju un piegādāt elektroenerģiju tīklam pēc pieprasījuma. Litija jonu akumulatoriem ir ievērojami lielāka uzglabāšanas jauda uz vienu vienību nekā svina-skābes akumulatoriem.
Kamēr 400 V akumulatori kļūst arvien populārāki elektriskajos transportlīdzekļos (EV), saules tīkla ierīces arī palielina akumulatora spriegumu no 48 V. Bet kā pārvaldīt 400 V akumulatora jaudas pārveidošanu?
Papildus mikrodatoriem ar sistēmas vadības un sakaru iespējām, kas iekļauj ESS lielākās sistēmās, zemu zudumu un efektīvi jaudas slēdži arī uzlabo enerģijas uzglabāšanas sistēmu drošību un uzticamību. Kompakti jaudas slēdži un reāllaika mikrodatori, kuru pamatā ir silīcija karbīda (SiC) un gallija nitrīda (GaN) materiāli, ļauj modificēt divvirzienu pārveidotājus, lai pielāgotos dažādām līdzstrāvas enerģijas uzglabāšanas ierīcēm.
Divkāršā aktīvā tilta līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotāja dizains
Platjoslas spraugas pusvadītājiem, piemēram, SiC un GaN, ir svarīga loma jaudas pārveidošanas sistēmu risināšanā, kas spēj izturēt pieaugošo akumulatora sprieguma diapazonu, jo pārveidotāji palielina jaudas blīvumu un samazina pārslēgšanas zudumus. . Strāvas pārveidošanas sistēma arī ļauj akumulatora blokam labāk pārvaldīt jaudas svārstības sadalītajā ražošanas sistēmā, kā rezultātā tiek nodrošināta vieda un elastīga tīkla darbība ar augstāku un plašāku spriegumu.
Galu galā saules ierīces varētu atdarināt elektriskajos automobiļos izmantotos akumulatoru blokus. Ideja par akumulatoru bloku pārstrādi, ko pašlaik izmanto elektriskajos transportlīdzekļos kā ar tīklu savienotu ESS, kļūst izplatīta.
Materiāli ar plašu diapazonu, kas nepieciešami efektivitātei un dabiskai konvekcijai
Lai izveidotu inteliģentu sienas uzglabāšanas sistēmu, ir nepieciešams izstrādāt invertoru, kas optimizē siltuma izkliedi, izmantojot minimālu dabisko konvektīvo dzesēšanu. Sadalītās jaudas arhitektūras ļauj centralizēti sadalīt siltumu visā sistēmā. Šī arhitektūra nodrošina, ka nepieciešamie enerģijas uzglabāšanas invertori var izturēt augstu strāvas līmeni dažādos spriegumos un droši reaģēt uz strauji mainīgām slodzes pārejām.
Šādām sistēmām ir nepieciešami vārtu draiveri, kas atbalsta ātrdarbīgu komutāciju un nodrošina aizsardzību pārslēgšanas frekvencēs no 100 kHz līdz 400 kHz. Ja pārslēgšanas ātrums nav pietiekami ātrs, jūs atklāsiet, ka jaudas pārveidošanas fāze ir ievērojami neefektīva.
Šeit tiek izmantoti platjoslas spraugas materiāli ar ātru pārslēgšanu un lielu jaudas blīvumu, piemēram, SiC un GaN. Šīs pusvadītāju ierīces atvieglo tādu sistēmu projektēšanu, kurām nav nepieciešama ventilatora dzesēšana. LMG3425R030 GaN ierīcei ar iebūvētu draiveri un aizsardzības funkcijām ir kompakts profils, augsts jaudas blīvums un ātra pārslēgšana.
Vārtu draiveris pārveido kontroliera digitālo PWM signālu strāvā, kas nepieciešama SiC vai GaN lauka efekta tranzistoram (FET). Uz PWM balstītais kontrolieris ļauj precīzi ņemt sprieguma un strāvas paraugus vairākos jaudas pārveidošanas posmos.
Strāvas un sprieguma noteikšana
Augstfrekvences komutācijas barošanas avota dizains saskaras ar precīzas strāvas un sprieguma noteikšanas izaicinājumu. Pašreizējie mērījumi ar šuntu ne tikai uzlabo precizitāti, bet arī paātrina reakcijas laiku, ļaujot ātri reaģēt uz jebkādām izmaiņām režģī, lai jūs varētu izslēgt sistēmas savienojumus, ja tīkls ir īssavienojums vai atvienots. Palielināts.
Strāvas mērījumi ir būtiski uz invertoru vērstām konstrukcijām, jo vadības algoritmam kontrolei ir nepieciešami elektrofluometriskie mērījumi. Ir pieejami daži dizaina risinājumi izolētiem strāvas mērījumiem, izmantojot pastiprinātājus/modulatorus un barošanas avotus, kas izolēti no ārējiem šuntiem.
Strāvas pārveidotājiem ir jāmēra strāva tīklā, lai redzētu, vai strāva ir fāzē ar spriegumu. Mērot strāvu un spriegumu, papildus akumulatora uzlādes strāvas kontrolei tiek kontrolēta arī invertora darbība un pārslodzes aizsardzības funkcija.
Secinājums
Paredzams, ka hibrīdie invertori, kas veic divvirzienu jaudas pārveidošanu starp AC/DC un DC/DC, nākamajos gados aizstās tradicionālos saules enerģijas invertorus. Saules invertoru projektētāji varēs panākt jaudas pārveidi ar plašu izejas jaudas un sprieguma diapazonu, izmantojot hibrīdinvertorus.
Akumulatora sprieguma palielināšana un sprieguma diapazona paplašināšana ir svarīgas problēmas ar enerģijas uzkrāšanu saderīgiem saules enerģijas invertoriem. Izmantojot tādus būtiskus komponentus kā mikrodatora vadība un platjoslas pusvadītāji ar iebūvētiem aizbīdņiem un aizsardzību, šos augstākos un plašākos šūnu spriegumus var atbalstīt papildus vajadzībai pēc augstas efektivitātes un dabiskās konvekcijas.
