Πώς συνεργάζονται οι μπαταρίες αποθήκευσης ενέργειας, οι μετατροπείς και τα ηλιακά πάνελ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Γενική δομή συστήματος και αρχές υποδιαίρεσης στοιχείων

 

Τα τρία βασικά στοιχεία ολόκληρου του συστήματος είναι: φωτοβολταϊκά πλαίσια (ηλιακά πάνελ),μπαταρίες λιθίου αποθήκευσης ενέργειας, και αμφίδρομους μετατροπείς αποθήκευσης ενέργειας (PCS). Τα υποστηρικτικά εξαρτήματα περιλαμβάνουν: κουτιά συνδυασμού DC, διακόπτες κυκλώματος, μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας, ερμάρια διανομής, διεπαφές δικτύου και οικιακά φορτία.

 

1. Βασικές αρχές λειτουργίας κάθε στοιχείου

 

(1) Ηλιακά Φωτοβολταϊκά Πάνελ (Μονάδες Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας)

 

Τα πάνελ αποτελούνται από μεγάλο αριθμό φωτοβολταϊκών κυψελών συνδεδεμένων σε σειρά/παράλληλα, με βάση το φωτοβολταϊκό φαινόμενο: τα φωτόνια του ηλιακού φωτός προσπίπτουν σε ημιαγωγούς πυριτίου, διεγείροντας ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν κατευθυντικό συνεχές ρεύμα.

 

● Χαρακτηριστικά εξόδου: Καθαρή ισχύς συνεχούς ρεύματος. Η τάση κυμαίνεται σημαντικά με την ένταση του φωτός και τη θερμοκρασία. Υψηλή τάση το μεσημέρι, χαμηλή τάση νωρίς το πρωί/βράδυ και τις συννεφιασμένες μέρες.

 

● Δεν μπορεί να συνδεθεί απευθείας με οικιακές συσκευές (οικιακή τροφοδοσία 220V AC), δεν μπορεί να συνδεθεί απευθείας σε μπαταρίες (αναντιστοιχία τάσης και έλλειψη προστασίας φόρτισης θα προκαλέσει διόγκωση και ζημιά).

 

● Οι πολλαπλές πλακέτες που συνδέονται σε σειρά αυξάνουν τη συνολική τάση DC και οι παράλληλες συνδέσεις αυξάνουν το συνολικό ρεύμα φόρτισης.

 

(2) Μπαταρία αποθήκευσης ενέργειας (Μονάδα αποθήκευσης ενέργειας, κύρια ροή φωσφορικού σιδήρου λιθίου)

 

Εσωτερικά, αποτελείται από κελιά → ενότητες →πακέτα μπαταριών + BMS (Σύστημα διαχείρισης μπαταριών):

 

1) Βασικές λειτουργίες του BMS: εξισορρόπηση της τάσης κυψέλης, υπερφόρτιση/υπερφόρτιση-εκφόρτιση/υπερένταση/προστασία υψηλής θερμοκρασίας και αναφορά σε πραγματικό-χρόνο του υπολειπόμενου SOC.

 

2) Μορφή ενέργειας: μπορεί να αποθηκεύσει και να παράγει μόνο ισχύ DC.

 

3) Φόρτιση: Το ασταθές φωτοβολταϊκό ρεύμα συνεχούς ρεύματος χαμηλής-τάσης μπορεί να φορτιστεί με ασφάλεια μόνο αφού σταθεροποιηθεί από τον μετατροπέα.

 

4) Εκφόρτιση: εξάγει σταθερή ισχύ συνεχούς ρεύματος στον μετατροπέα για αναστροφή και ενίσχυση τάσης.

 

(3) Αντιστροφέας Αμφίδρομης Αποθήκευσης Ενέργειας PCS (Πυρήνας Ελέγχου Συστήματος)

 

Οι συνηθισμένοι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς μετατρέπουν μόνο DC σε AC. το PCS αποθήκευσης ενέργειας είναι ένας αμφίδρομος μετατροπέας ισχύος με δύο κυκλώματα:

 

1) Κανάλι μετατροπέα (DC→ AC): Φωτοβολταϊκό/μπαταρία DC → boost, φίλτρο → τυπική ημιτονοειδής τροφοδοσία AC 220V/380V για τροφοδοσία οικιακών συσκευών.

 

2) Κανάλι ανορθωτή (AC→DC): Εναλλασσόμενο ρεύμα δικτύου → Βήμα-διόρθωση προς τα κάτω → σταθερή ισχύς συνεχούς ρεύματος για φόρτιση της μπαταρίας (απενεργοποίηση-αιχμής αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας).

 

3) Ενσωματωμένο-κύριο τσιπ ελέγχου: Σε πραγματικό-απόκτηση φωτοβολταϊκού ρεύματος, SOC μπαταρίας, ισχύος οικιακού φορτίου και τάσης δικτύου. Αυτόματη κατανομή ισχύος σε επίπεδο χιλιοστών του δευτερολέπτου-και εναλλαγή των τρόπων λειτουργίας.

 

Σύγκριση βασικών παραμέτρων και λειτουργιών των τριών βασικών στοιχείων:

 

εξαρτήματα	Τύπος Ενέργειας	Βασικές Λειτουργίες	Βασικές Παράμετροι	Λειτουργικοί Περιορισμοί
Ηλιακά Φωτοβολταϊκά Πάνελ	Έξοδοι DC μόνο	Η ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. αυτή είναι η μοναδική πηγή παραγωγής ενέργειας του συστήματος.	Μέγιστη ισχύς, ανοιχτό-τάση κυκλώματος, βραχυκύκλωμα-ρεύμα, απόδοση μετατροπής	Δεν παράγεται ηλεκτρική ενέργεια χωρίς φως. η τάση εξόδου ποικίλλει ανάλογα με το φως και τη θερμοκρασία.
Μπαταρία αποθήκευσης ενέργειας	Αποθήκευση/εξόδου DC ισχύος	Αποθηκεύστε την περίσσεια ηλεκτρικής ενέργειας για παροχή ρεύματος σε περιόδους σκότους.	Χωρητικότητα kWh, ονομαστική τάση, διάστημα φόρτισης και εκφόρτισης SOC, διάρκεια ζωής	Η υπερφόρτιση και η υπερφόρτιση-απαγορεύονται. Επιτρέπεται μόνο η φόρτιση και εκφόρτιση DC.
Αμφίδρομος μετατροπέας αποθήκευσης ενέργειας PCS	Αμφίδρομος μετατροπέας AC/DC	Διανομή ισχύος, ρύθμιση τάσης, έλεγχος φόρτισης και εκφόρτισης, προστασία σύνδεσης δικτύου	Ονομαστική ισχύς AC/DC, αμφίδρομη απόδοση μετατροπής, προστασία νησίδας, παρακολούθηση MPPT	Ο κεντρικός κόμβος για συντονισμένο έλεγχο φωτοβολταϊκών, μπαταριών και του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας

 

 

 

 

 

Πλήρης ροή ρεύματος κάτω από 4 συνθήκες λειτουργίας

 

Συνθήκη 1: Ηλιόλουστη μέρα με άφθονο ηλιακό φως, Παραγωγή Φωτοβολταϊκών > Οικιακή κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας

 

1. Οι ηλιακοί συλλέκτες παράγουν κυμαινόμενη ισχύ συνεχούς ρεύματος → συλλέγεται στο κιβώτιο συνδυασμού DC → ακροδέκτης εισόδου DC του PCS.

 

2. PCS πρώτο βήμα: μετατρέπει ένα μέρος της ισχύος συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο ρεύμα, δίνοντας προτεραιότητα στην παροχή σε όλες τις οικιακές συσκευές.

 

3. Η εναπομένουσα υπερβολική ισχύς συνεχούς ρεύματος, αφού ρυθμιστεί και περιοριστεί το ρεύμα- από το PCS, εισάγεται για τη φόρτιση της μπαταρίας αποθήκευσης ενέργειας. Το BMS παρακολουθεί το ρεύμα και την τάση φόρτισης σε πραγματικό χρόνο.

 

4. Μόλις η μπαταρία φορτιστεί πλήρως (SOC 100%), το PCS αποσυνδέει αυτόματα το κύκλωμα φόρτισης και η πλεονάζουσα ισχύς τροφοδοτείται ξανά στο εθνικό δίκτυο προς πώληση.

 

 

Συνθήκη 2: Μέτρια ηλιακή ακτινοβολία, Παραγωγή φωτοβολταϊκών ενέργειας ισούται με το οικιακό φορτίο

 

Όλη η ισχύς συνεχούς ρεύματος από το φωτοβολταϊκό σύστημα μετατρέπεται σε εναλλασσόμενο ρεύμα για χρήση σε συσκευές. Η μπαταρία παραμένει σε αδράνεια, ούτε φορτίζεται ούτε αποφορτίζεται, χωρίς αλληλεπίδραση με το δίκτυο.

 

 

Κατάσταση λειτουργίας 3: Νύχτα/Συννεφιασμένη/Βροχερή μέρα, Χωρίς Παραγωγή ηλιακής ενέργειας

 

1. Η ηλιακή ενέργεια δεν έχει έξοδο DC. το PCS ανιχνεύει έλλειψη ρεύματος.

 

2. Μια εντολή αποφόρτισης αποστέλλεται στο BMS της μπαταρίας. η μπαταρία παρέχει σταθερή ισχύ DC στο PCS.

 

3. Το PCS εκτελεί αναστροφή, αποδίδοντας εναλλασσόμενο ρεύμα στο οικιακό φορτίο.

 

4. Όταν η φόρτιση της μπαταρίας πέσει στο κατώτερο όριο (SOC 20%), το PCS σταματά την αποφόρτιση της μπαταρίας και μεταβαίνει αυτόματα στο ρεύμα.

 

 

Κατάσταση λειτουργίας 4: Off-Αποθήκευση ενέργειας αιχμής (χαμηλές τιμές ηλεκτρικής ενέργειας τη νύχτα) + Εφεδρική διακοπή ρεύματος

 

1. Τη νύχτα, χωρίς ηλιακό φως, το PCS αντλεί τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος από το δίκτυο, το διορθώνει σε σταθερή ισχύ DC για να φορτίσει την μπαταρία.

 

2. Ξαφνική διακοπή ρεύματος: Το PCS ενεργοποιεί την προστασία νησίδας, αποσυνδέοντας από το δίκτυο. Μόνο η ηλιακή ενέργεια (με ηλιακό φως) και η μπαταρία λειτουργούν ανεξάρτητα, αποτρέποντας την αντίστροφη μετάδοση ισχύος που θα μπορούσε να βλάψει το προσωπικό συντήρησης του δικτύου.

 

3. Αφού αποκατασταθεί το δίκτυο, το σύστημα συγχρονίζεται αυτόματα και επανασυνδέεται στο δίκτυο, επαναλαμβάνοντας την κανονική λειτουργία.

 

 

Πίνακας λογικής κατανομής ισχύος για τέσσερις συνθήκες λειτουργίας:

 

Βασικές Συμπληρωματικές Βασικές Τεχνολογίες

 

1. Μέγιστη Παρακολούθηση Σημείου Ισχύος (MPPT) (Ενσωματωμένη σε PCS): Η τάση των φωτοβολταϊκών παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις. Το MPPT προσαρμόζει την αντίσταση σε πραγματικό χρόνο, διασφαλίζοντας ότι τα φωτοβολταϊκά πάνελ αποδίδουν πάντα τη μέγιστη ισχύ υπό το τρέχον ηλιακό φως, αυξάνοντας την παραγωγή ενέργειας κατά 15%-30%.

 

2. Επικοινωνία και σύνδεση BMS και PCS: Η μπαταρία BMS μεταδίδει δεδομένα τάσης, θερμοκρασίας και SOC στον μετατροπέα σε πραγματικό χρόνο. Ο μετατροπέας προσαρμόζει την ισχύ φόρτισης/εκφόρτισης με βάση την κατάσταση της μπαταρίας για να αποτρέψει την καταστροφή της κυψέλης.

 

3. Απώλεια μετατροπής Επεξήγηση: Η απώλεια φόρτισης φωτοβολταϊκού DC σε AC είναι περίπου 3%-6%; Η απώλεια φόρτισης εναλλασσόμενου ρεύματος δικτύου μπαταρίας DC είναι 4%-7%. Υψηλής ποιότητας PCS στον κλάδο επιτυγχάνει συνολική απόδοση μετατροπής Μεγαλύτερη ή ίση με 96%.

 

 

Σύγκριση εξαρτημάτων σε Συστήματα αποθήκευσης ενέργειας που είναι συνδεδεμένα στο δίκτυο-σε σχέση με τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας εκτός δικτύου-:

 

Σύγκριση στοιχείων	Σύστημα αποθήκευσης ενέργειας με σύνδεση στο δίκτυο-(κυρίως για οικιακή χρήση)	Εκτός-σύστημα αποθήκευσης ενέργειας δικτύου (περιοχές χωρίς ηλεκτρικό δίκτυο)
Αντιστροφέας	Αμφίδρομο πλέγμα-συνδεδεμένο PCS με σύγχρονο δίκτυο-λειτουργία σύνδεσης	Ανενεργός-μετατροπέας αποθήκευσης ενέργειας δικτύου, χωρίς συνδεδεμένη μονάδα στο δίκτυο-
Απαιτήσεις χωρητικότητας μπαταρίας	Είναι λίγο μικρό? Εάν δεν υπάρχει ρεύμα, μπορείτε να μεταβείτε σε τροφοδοσία AC.	Οι μπαταρίες{0}}μεγάλης χωρητικότητας πρέπει να ταιριάζουν με την κατανάλωση ρεύματος όλης-της ημέρας.
Υπερβολική επεξεργασία ισχύος	Η ηλεκτρική ενέργεια μεταδίδεται στο ηλεκτρικό δίκτυο και πωλείται.	Ο εξοπλισμός με αντίσταση εκφόρτισης καταναλώνει υπερβολική ισχύ.
Δυνατότητα διακοπής ρεύματος	Ανεξάρτητη τροφοδοσία βραχυπρόθεσμης-νησιωτικής λειτουργίας	Η όλη διαδικασία βασίζεται σε φωτοβολταϊκά και μπαταρίες για αυτάρκεια-.
κόστος	Μέτριας αντοχής-κατάλληλη για αστικούς χρήστες με ηλεκτρικά δίκτυα.	Μεγάλο υψόμετρο, κατάλληλο για χρήση σε απομακρυσμένες ορεινές και ποιμενικές περιοχές

 

 

 

Απλοποιημένη περίληψη (για ευκολότερη κατανόηση και απομνημόνευση)

 

1. Τα φωτοβολταϊκά πάνελ είναι υπεύθυνα για την «παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας», παράγοντας μόνο ασταθές συνεχές ρεύμα (DC).

 

2. Οι μπαταρίες αποθήκευσης ενέργειας είναι υπεύθυνες για την «αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας», αποθηκεύοντας μόνο συνεχές ρεύμα, λύνοντας το πρόβλημα της μη παραγωγής ενέργειας τη νύχτα.

 

3. Ο μετατροπέας αποθήκευσης ισχύος (PCS) είναι ο "διαχειριστής αποστολής", ο οποίος ολοκληρώνει την αμφίδρομη μετατροπή AC/DC και κατανέμει αυτόματα την ισχύ από φωτοβολταϊκά πάνελ, μπαταρίες και το δίκτυο. Ολόκληρο το σύστημα δεν μπορεί να λειτουργήσει κανονικά και σταθερά χωρίς κανένα από αυτά τα στοιχεία.