Fire designovervejelser, når du tilføjer energilagerbatteriudstyr til et fotovoltaisk net

Mens antallet af solcelleanlæg (PV) fortsætter med at vokse, er ubalancen mellem udbuds- og efterspørgselssiden af ​​solcellenettet blevet en stor begrænsning. Der er masser af solenergi til rådighed i løbet af dagen, men efterspørgslen er ikke særlig stor. Det betyder, at kunderne vil betale en højere pris per watt morgen og aften i myldretiden.

Energilagringssystemer (ESS) til solenergienheder i boliger, kommercielle og offentlige forsyninger bruger invertere til at lagre elektricitet eller nettet i løbet af dagen, når efterspørgslen er lavest, og til at lagre, når efterspørgslen er enorm, hvilket frigiver den energi, der er blevet genereret. Tilføjelse af ESS til et netforbundet solsystem giver brugerne mulighed for at spare penge på brugen af ​​en teknologi kaldet "peak shaving".

  Tovejs strømkonvertering

Traditionelt solcelleudstyr består af ensrettet DC/AC og DC/DC effekttrin, men den ensrettede konverteringsmetode er en stor hindring for inkorporeringen af ​​ESS'er. Der kræves flere komponenter, moduler og delsystemer, som alle øger omkostningerne ved at tilføje en ESS til en eksisterende solcelleinstallation markant.

For at tilføje et batteri til en eksisterende PV-enhed skal de to baner for batteriopladning og -afladning kombineres til en enkelt vej bestående af effektfaktorkorrektion (PFC) og invertereffektniveauer. . Men hvordan bygger man en tovejs strømomformer i stedet for to ensrettet strømomformere?

 Hybride invertere kan effektivt forbedre effektiviteten af ​​konverteringstrinnet, men denne effektivitetsforbedringer er vigtigere for ESS-udstyrede mikronet, der udfører flere strømkonverteringer. Strømomformersystemet styrer DC/DC-konverteringen for at oplade og aflade batteriet. Den håndterer også DC/AC og AC/DC konvertering, som konverterer jævnstrøm lagret i batterier til vekselstrøm for både ind- og udstrømning fra nettet.

  Højspændingsbatteri

I et mikronetsystem med lagerbatteri er batteriets hovedfunktion at lagre fotovoltaisk energi og levere strøm til nettet efter behov. Lithium-ion-batterier har væsentlig højere lagerkapacitet pr. enhed end bly-syre-batterier.

Mens 400V-batterier vinder popularitet i elektriske køretøjer (EV'er), øger solcelleanlæg også batterispændingen fra 48V. Men hvordan styrer du strømkonverteringen af ​​en 400V batteripakke?

Ud over mikrocomputere med systemkontrol- og kommunikationsmuligheder, der inkorporerer ESS i større systemer, forbedrer strømafbrydere med lavt tab også sikkerheden og pålideligheden af ​​energilagringssystemer. Kompakte strømafbrydere og mikrocomputere i realtid baseret på siliciumcarbid (SiC) og galliumnitrid (GaN) materialer tillader modifikation af to-vejs konvertere til at rumme en række DC energilagringsenheder.

  Dual Active Bridge DC/DC-konverterdesign

Bredbåndsgab-halvledere såsom SiC og GaN spiller en vigtig rolle i løsningen af ​​strømkonverteringssystemer, der kan håndtere det stigende batterispændingsområde, da konvertere øger effekttætheden og reducerer switchtab. . Strømkonverteringssystemet gør det også muligt for batteripakken bedre at styre strømudsving i det distribuerede generationssystem, hvilket resulterer i smart og robust netdrift ved højere og bredere spændinger.

Til sidst kunne solenergienheder efterligne batteripakkerne, der bruges i elbiler. Ideen om at genbruge batteripakker, der i øjeblikket bruges i elektriske køretøjer som nettilsluttet ESS, er ved at blive almindelig.

  Materialer med stort båndgab, der kræves for effektivitet og naturlig konvektion

For at kunne bygge et intelligent vægmonteret lagersystem er det nødvendigt at designe en inverter, der optimerer varmeafledning ved brug af minimal naturlig konvektiv køling. Distribuerede strømarkitekturer gør det muligt at distribuere varme centralt i hele systemet. Denne arkitektur sikrer, at de nødvendige energilagringsinvertere kan håndtere høje strømniveauer ved forskellige spændinger og pålideligt reagere på hurtigt skiftende belastningstransienter.

Sådanne systemer kræver gate-drivere, der understøtter højhastighedskobling og giver beskyttelse ved koblingsfrekvenser på 100kHz til 400kHz. Hvis omskiftningshastigheden ikke er hurtig nok, vil du opdage, at strømkonverteringsfasen er betydeligt ineffektiv.

Det er her, bredbåndsgab-materialer med hurtig switching og høje effekttætheder, såsom SiC og GaN, kommer ind i billedet. Disse halvlederenheder letter designet af systemer, der ikke kræver ventilatorkøling. LMG3425R030 GaN-enheden med indbygget driver og beskyttelsesfunktioner har en kompakt profil, høj effekttæthed og hurtig skift.

Gatedriveren konverterer controllerens digitale PWM-signal til den strøm, der kræves af SiC- eller GaN-felteffekttransistoren (FET). Den PWM-baserede controller tillader nøjagtig sampling af spænding og strøm på tværs af flere effektkonverteringstrin.

  Strøm- og spændingsdetektering

Designet af højfrekvent switching strømforsyning står over for udfordringen med nøjagtig strøm- og spændingsføling. Strømmålinger med en shunt forbedrer ikke kun nøjagtigheden, men fremskynder også reaktionstiderne, så du kan reagere hurtigt på eventuelle ændringer i nettet, så du kan lukke systemforbindelser, hvis nettet er kortsluttet eller afbrudt. Øget.

Strømmålinger er essentielle for inverter-centrerede designs, da kontrolalgoritmen kræver elektrofluometriske målinger til kontrol. Nogle designløsninger er tilgængelige til isolerede strømmålinger ved hjælp af forstærkere/modulatorer og strømforsyninger isoleret fra eksterne shunts.

Strømomformere skal måle strømmen i nettet for at se, om strømmen er i fase med spændingen. Ved at måle strøm og spænding styres udover styring af batteriets ladestrøm også inverterdriften og overbelastningsbeskyttelsesfunktionen.

  Konklusion

Hybride invertere, som udfører tovejs strømkonvertering mellem AC/DC og DC/DC, forventes at erstatte traditionelle solcelle-invertere i de kommende år. Solar inverter designere vil være i stand til at opnå strømkonvertering med et bredt udgangseffekt og spændingsområde ved at bruge hybrid invertere.

Forøgelse af batterispændingen og udvidelse af spændingsområdet er vigtige spørgsmål for energilagringskompatible solcelle-invertere. Med essentielle komponenter som mikrocomputerstyring og halvledere med bred båndgab med indbyggede gate-drivere og beskyttelse, kan disse højere og bredere cellespændinger understøttes ud over behovet for høj effektivitet og naturlig konvektion.