Quatre consideracions de disseny a l'hora d'afegir equips de bateries d'emmagatzematge d'energia a una xarxa fotovoltaica
Tot i que el nombre d'instal·lacions fotovoltaiques (PV) continua creixent, el desequilibri entre els costats de l'oferta i la demanda de la xarxa solar s'ha convertit en una limitació important. Hi ha molta energia solar disponible durant el dia, però la demanda no és gaire. Això significa que els clients pagaran un preu més alt per watt al matí i al vespre durant les hores d'ús punta.
Els sistemes d'emmagatzematge d'energia (ESS) per a dispositius solars en serveis residencials, comercials i públics utilitzen inversors per emmagatzemar l'electricitat o la xarxa durant el dia quan la demanda és més baixa i per emmagatzemar quan la demanda és enorme, alliberant l'energia que s'ha generat. L'addició d'ESS a un sistema solar connectat a la xarxa permet als usuaris estalviar diners en l'ús d'una tecnologia anomenada "afaitat del pic".
Conversió de potència bidireccional
Els equips fotovoltaics tradicionals consisteixen en etapes de potència de CC/CA i CC/CC unidireccionals, però el mètode de conversió unidireccional és un obstacle important per a la incorporació d'ESS. Es requereixen més components, mòduls i subsistemes, la qual cosa augmenta significativament el cost d'afegir un ESS a una instal·lació solar existent.
Per afegir una bateria a un dispositiu fotovoltaic existent, les dues vies de càrrega i descàrrega de la bateria s'han de combinar en una única ruta que consisteix en la correcció del factor de potència (PFC) i els nivells de potència de l'inversor. . Però, com es construeix un convertidor de potència bidireccional en lloc de dos convertidors de potència unidireccionals?
Els inversors híbrids poden millorar eficaçment l'eficiència de l'etapa de conversió, però aquesta millora de l'eficiència és més important per a les microxarxes equipades amb ESS que realitzen múltiples conversions d'energia. El sistema convertidor d'energia gestiona la conversió DC/DC per carregar i descarregar la bateria. També gestiona la conversió DC/AC i AC/DC, que converteix el corrent continu emmagatzemat a les bateries en corrent altern tant per a l'entrada com per a la sortida de la xarxa.
Bateria d'alta tensió
En un sistema de microxarxa amb bateria d'emmagatzematge, la funció principal de la bateria és emmagatzemar energia fotovoltaica i subministrar energia a la xarxa sota demanda. Les bateries d'ió de liti tenen una capacitat d'emmagatzematge significativament més gran per unitat que les bateries de plom-àcid.
Mentre que les bateries de 400 V estan guanyant popularitat en els vehicles elèctrics (EV), els dispositius de xarxa solar també augmenten la tensió de la bateria des de 48 V. Però, com gestioneu la conversió d'energia d'una bateria de 400 V?
A més dels microordinadors amb capacitats de control i comunicació del sistema que incorporen ESS a sistemes més grans, els interruptors d'alimentació eficients i de baixes pèrdues també milloren la seguretat i la fiabilitat dels sistemes d'emmagatzematge d'energia. Els interruptors d'alimentació compactes i els microordinadors en temps real basats en materials de carbur de silici (SiC) i nitrur de gal·li (GaN) permeten modificar els convertidors de dues vies per adaptar-se a diverses unitats d'emmagatzematge d'energia de corrent continu.
Disseny de convertidor DC/DC de doble pont actiu
Els semiconductors de banda ampla com el SiC i el GaN tenen un paper important a l'hora de resoldre els sistemes de conversió d'energia que poden gestionar l'augment del rang de tensió de la bateria, ja que els convertidors augmenten la densitat de potència i redueixen les pèrdues de commutació. . El sistema de conversió d'energia també permet que el paquet de bateries gestioni millor les fluctuacions de potència en el sistema de generació distribuïda, donant lloc a un funcionament de la xarxa intel·ligent i resistent a tensions més altes i més amples.
Finalment, els dispositius solars podrien imitar els paquets de bateries utilitzats en els cotxes elèctrics. La idea de reciclar els paquets de bateries que s'utilitzen actualment en vehicles elèctrics com a ESS connectats a la xarxa s'està tornant habitual.
Materials de banda ampla necessaris per a l'eficiència i la convecció natural
Per construir un sistema d'emmagatzematge intel·ligent de paret, és necessari dissenyar un inversor que optimitzi la dissipació de calor mitjançant una refrigeració convectiva natural mínima. Les arquitectures d'energia distribuïda permeten que la calor es distribueixi de manera centralitzada per tot el sistema. Aquesta arquitectura garanteix que els inversors d'emmagatzematge d'energia necessaris puguin gestionar nivells de corrent elevats a diferents voltatges i respondre de manera fiable als transitoris de càrrega que canvien ràpidament.
Aquests sistemes requereixen controladors de porta que admetin la commutació d'alta velocitat i proporcionin protecció a freqüències de commutació de 100 kHz a 400 kHz. Si la velocitat de commutació no és prou ràpida, trobareu que la fase de conversió d'energia és significativament ineficient.
Aquí és on entren els materials de banda ampla amb commutació ràpida i altes densitats de potència, com ara SiC i GaN. Aquests dispositius semiconductors faciliten el disseny de sistemes que no requereixen refrigeració del ventilador. El dispositiu LMG3425R030 GaN amb controlador integrat i funcions de protecció presenta un perfil compacte, una alta densitat de potència i un canvi ràpid.
El controlador de la porta converteix el senyal PWM digital del controlador en el corrent requerit pel transistor d'efecte de camp SiC o GaN (FET). El controlador basat en PWM permet un mostreig precís de voltatge i corrent en múltiples etapes de conversió de potència.
Detecció de corrent i tensió
El disseny de la font d'alimentació de commutació d'alta freqüència s'enfronta al repte de la detecció precisa de corrent i tensió. Les mesures actuals amb derivació no només milloren la precisió sinó que també acceleren els temps de reacció, cosa que us permet reaccionar ràpidament a qualsevol canvi a la xarxa, de manera que podeu tancar les connexions del sistema si la xarxa està en curtcircuit o desconnectada. Augmentat.
Les mesures actuals són essencials per als dissenys centrats en l'inversor, ja que l'algoritme de control requereix mesures electrofluomètriques per al control. Algunes solucions de disseny estan disponibles per a mesures de corrent aïllades mitjançant amplificadors/moduladors i fonts d'alimentació aïllades de derivacions externes.
Els convertidors de potència han de mesurar el corrent a la xarxa per veure si el corrent està en fase amb la tensió. Mitjançant la mesura del corrent i la tensió, a més de controlar el corrent de càrrega de la bateria, també es controla el funcionament de l'inversor i la funció de protecció contra sobrecàrregues.
Conclusió
Es preveu que els inversors híbrids, que realitzen una conversió d'energia bidireccional entre AC/DC i DC/DC, substituiran els inversors solars tradicionals en els propers anys. Els dissenyadors d'inversors solars podran aconseguir una conversió d'energia amb una potència de sortida i un rang de voltatge amplis mitjançant l'ús d'inversors híbrids.
Augmentar la tensió de la bateria i ampliar el rang de voltatge són problemes importants per als inversors solars compatibles amb l'emmagatzematge d'energia. Amb components essencials com el control de microordinadors i semiconductors de banda ampla amb controladors de porta integrats i protecció, aquestes tensions de cel·les més altes i més amples es poden suportar a més de la necessitat d'una alta eficiència i convecció natural.
