ארבעה שיקולים עיצוביים בעת הוספת ציוד סוללה לאחסון אנרגיה לרשת פוטו-וולטאית

בעוד שמספר המתקנים הפוטו-וולטאיים (PV) ממשיך לגדול, חוסר האיזון בין צד ההיצע והביקוש של הרשת הסולארית הפך למגבלה מרכזית. יש שפע של אנרגיה סולארית זמינה במהלך היום, אבל הביקוש לא גדול במיוחד. המשמעות היא שהלקוחות ישלמו מחיר גבוה יותר לוואט בבוקר ובערב בשעות שיא השימוש.

מערכות אחסון אנרגיה (ESS) למכשירים סולאריים במגורים, מסחר ושירותים ציבוריים משתמשות בממירים כדי לאחסן חשמל או רשת במהלך היום כאשר הביקוש הוא הנמוך ביותר ולאחסן כאשר הביקוש עצום, משחרר את האנרגיה שנוצרה. הוספת ESS למערכת סולארית המחוברת לרשת מאפשרת למשתמשים לחסוך כסף על השימוש בטכנולוגיה הנקראת "שיא גילוח".

  המרת חשמל דו כיוונית

ציוד PV מסורתי מורכב משלבי הספק DC/AC ו-DC/DC חד-כיווני, אך שיטת ההמרה החד-כיוונית מהווה מכשול עיקרי לשילובם של ESSs. נדרשים עוד רכיבים, מודולים ותתי מערכות, כולם מייקרים משמעותית את עלות הוספת ESS למתקן סולארי קיים.

כדי להוסיף סוללה להתקן PV קיים, יש לשלב את שני הנתיבים של טעינה ופריקה של סוללה לנתיב אחד המורכב מתיקון גורם הספק (PFC) ורמות הספק של המהפך. . אבל איך בונים ממיר הספק דו-כיווני במקום שני ממירי הספק חד-כיווני?

 ממירים היברידיים יכולים למעשה לשפר את היעילות של שלב ההמרה, אך שיפור יעילות זה חשוב יותר עבור מיקרו-רשתות המצוידות ב-ESS המבצעות המרות כוח מרובות. מערכת ממיר הכוח מנהלת את המרת DC/DC לטעינה ולפריקה של הסוללה. הוא גם מנהל המרת DC/AC ו-AC/DC, הממיר זרם ישר המאוחסן בסוללות לזרם חילופין עבור זרימה ויציאה מהרשת כאחד.

  סוללת מתח גבוה

במערכת מיקרוגריד עם סוללת אחסון, תפקידה העיקרי של הסוללה הוא לאגור אנרגיה פוטו-וולטאית ואספקת חשמל לרשת לפי דרישה. לסוללות ליתיום-יון קיבולת אחסון גבוהה משמעותית ליחידה מאשר סוללות עופרת.

בעוד שסוללות 400V צוברות פופולריות בכלי רכב חשמליים (EVs), מכשירי רשת סולארית גם מעלים את מתח הסוללה מ-48V. אבל איך מנהלים את המרת החשמל של ערכת סוללות 400V?

בנוסף למחשבים מיקרו עם יכולות בקרת מערכת ותקשורת המשלבים ESS במערכות גדולות יותר, מתגי חשמל בעלי אובדן נמוך ויעילים גם משפרים את הבטיחות והאמינות של מערכות אחסון אנרגיה. מתגי מתח קומפקטיים ומחשבי מיקרו בזמן אמת המבוססים על חומרים סיליקון קרביד (SiC) וגליום ניטריד (GaN) מאפשרים שינוי של ממירים דו-כיוונים כדי להכיל מגוון יחידות אחסון אנרגיה DC.

  עיצוב ממיר DC/DC Dual Active Bridge

מוליכים למחצה מרווחי פס רחב כגון SiC ו-GaN ממלאים תפקיד חשוב בפתרון מערכות המרת הספק שיכולות להתמודד עם טווח מתח הסוללה העולה כאשר ממירים מגבירים את צפיפות ההספק ומפחיתים את הפסדי המיתוג. . מערכת המרת החשמל גם מאפשרת לחבילת הסוללות לנהל טוב יותר את תנודות ההספק במערכת הייצור המבוזר, וכתוצאה מכך לפעולת רשת חכמה וגמישה במתחים גבוהים ורחבים יותר.

בסופו של דבר, מכשירים סולאריים יכולים לחקות את חבילות הסוללות המשמשות במכוניות חשמליות. הרעיון של מיחזור חבילות סוללות המשמשות כיום ברכבים חשמליים כ-ESS המחובר לרשת הופך נפוץ.

  נדרשים חומרים מרווחים רחבים ליעילות והסעה טבעית

על מנת לבנות מערכת אחסון חכמה צמודת קיר, יש צורך לתכנן מהפך המייעל את פיזור החום באמצעות קירור הסעה טבעי מינימלי. ארכיטקטורות כוח מבוזר מאפשרות פיזור חום מרכזי בכל המערכת. ארכיטקטורה זו מבטיחה שממירי אחסון האנרגיה הנדרשים יכולים להתמודד עם רמות זרם גבוהות במתחים שונים ולהגיב באופן אמין למעברי עומס המשתנים במהירות.

מערכות כאלה דורשות דרייברים של שערים התומכים במיתוג במהירות גבוהה ומספקים הגנה בתדרי מיתוג של 100kHz עד 400kHz. אם מהירות המיתוג אינה מהירה מספיק, תגלו ששלב המרת ההספק אינו יעיל באופן משמעותי.

כאן נכנסים לתמונה חומרים מרווחי פס רחב עם מיתוג מהיר וצפיפות הספק גבוהות, כגון SiC ו-GaN. התקני מוליכים למחצה אלו מקלים על התכנון של מערכות שאינן דורשות קירור מאוורר. התקן LMG3425R030 GaN עם דרייבר מובנה ותכונות הגנה כולל פרופיל קומפקטי, צפיפות הספק גבוהה ומעבר מהיר.

מנהל השער ממיר את אות ה-PWM הדיגיטלי של הבקר לזרם הנדרש על ידי טרנזיסטור אפקט השדה SiC או GaN (FET). הבקר מבוסס PWM מאפשר דגימה מדויקת של מתח וזרם לאורך שלבי המרת הספק מרובים.

  זיהוי זרם ומתח

התכנון של ספק כוח מיתוג בתדר גבוה מתמודד עם האתגר של חישת זרם ומתח מדויקת. מדידות זרם עם shunt לא רק משפרות את הדיוק אלא גם מזרזות את זמני התגובה, מה שמאפשר להגיב במהירות לכל שינוי ברשת, כך שתוכל לכבות את חיבורי המערכת אם הרשת קצרה או מנותקת. מוּגדָל.

מדידות זרם חיוניות עבור עיצובים ממוקדי אינוורטר, מכיוון שאלגוריתם הבקרה דורש מדידות אלקטרופלומטריות לצורך בקרה. חלק מפתרונות התכנון זמינים למדידות זרם מבודדות באמצעות מגברים/מאפננים וספקי כוח מבודדים משאנטים חיצוניים.

ממירי הספק צריכים למדוד את הזרם ברשת כדי לראות אם הזרם נמצא בשלב עם המתח. על ידי מדידת הזרם והמתח, בנוסף לשליטה בזרם הטעינה של הסוללה, נשלטת גם פעולת המהפך ופונקציית הגנת עומס יתר.

  סיכום

ממירים היברידיים, המבצעים המרת הספק דו-כיוונית בין AC/DC ו-DC/DC, צפויים להחליף את הממירים הסולאריים המסורתיים בשנים הקרובות. מתכנני ממירים סולאריים יוכלו להשיג המרת הספק עם טווח הספק ומתח רחב של הספק על ידי שימוש בממירים היברידיים.

הגדלת מתח הסוללה והרחבת טווח המתח הם נושאים חשובים עבור ממירי שמש תואמים לאגירת אנרגיה. עם רכיבים חיוניים כמו בקרת מיקרו-מחשבים ומוליכים למחצה רחבים עם פערי פס רחבים עם מנהלי השערים והגנה מובנים, ניתן לתמוך במתחים גבוהים ורחבים יותר של תאים אלו בנוסף לצורך ביעילות גבוהה והסעה טבעית.