Fire designhensyn når du legger til energilagringsbatteriutstyr til et solcellenett

Mens antallet solcelleanlegg (PV) fortsetter å vokse, har ubalansen mellom tilbuds- og etterspørselssiden av solcellenettet blitt en stor begrensning. Det er rikelig med solenergi tilgjengelig på dagtid, men etterspørselen er ikke særlig stor. Det betyr at kundene vil betale en høyere pris per watt morgen og kveld i rushtiden.

Energilagringssystemer (ESS) for solenergienheter i boliger, kommersielle og offentlige forsyninger bruker omformere til å lagre elektrisitet eller nettet i løpet av dagen når etterspørselen er lavest og for å lagre når etterspørselen er enorm, og frigjøre energien som er generert. Å legge ESS til et netttilkoblet solsystem lar brukere spare penger på bruken av en teknologi som kalles «peak shaving».

  Toveis strømkonvertering

Tradisjonelt PV-utstyr består av enveis DC/AC og DC/DC effekttrinn, men den ensrettede konverteringsmetoden er en stor hindring for inkorporering av ESS-er. Det kreves flere komponenter, moduler og delsystemer, som alle øker kostnadene ved å legge en ESS til en eksisterende solcelleinstallasjon betydelig.

For å legge til et batteri til en eksisterende PV-enhet, må de to banene for batterilading og utlading kombineres til en enkelt vei som består av effektfaktorkorreksjon (PFC) og invertereffektnivåer. . Men hvordan bygger du en toveis strømomformer i stedet for to enveis strømomformere?

 Hybrid-invertere kan effektivt forbedre effektiviteten til konverteringstrinnet, men denne effektivitetsforbedringen er viktigere for ESS-utstyrte mikronett som utfører flere strømkonverteringer. Strømomformersystemet styrer DC/DC-konverteringen for å lade og utlade batteriet. Den håndterer også DC/AC og AC/DC konvertering, som konverterer likestrøm lagret i batterier til vekselstrøm for både inn- og utstrømning fra nettet.

  Høyspent batteri

I et mikronettsystem med lagringsbatteri er hovedfunksjonen til batteriet å lagre solcelleenergi og levere strøm til nettet ved behov. Litium-ion-batterier har betydelig høyere lagringskapasitet per enhet enn bly-syre-batterier.

Mens 400V-batterier øker i popularitet i elektriske kjøretøy (EV), øker også solcellenettenheter batterispenningen fra 48V. Men hvordan klarer du strømkonverteringen til en 400V batteripakke?

I tillegg til mikrodatamaskiner med systemkontroll og kommunikasjonsevner som inkorporerer ESS i større systemer, forbedrer også effektive strømbrytere med lavt tap sikkerheten og påliteligheten til energilagringssystemer. Kompakte strømbrytere og sanntidsmikrodatamaskiner basert på silisiumkarbid (SiC) og galliumnitrid (GaN) materialer tillater modifikasjon av toveis omformere for å romme en rekke DC energilagringsenheter.

  Dobbel Active Bridge DC/DC-omformerdesign

Bredbåndsgap-halvledere som SiC og GaN spiller en viktig rolle i å løse strømkonverteringssystemer som kan håndtere det økende batterispenningsområdet ettersom omformere øker effekttettheten og reduserer svitsjingstap. . Strømkonverteringssystemet lar også batteripakken bedre håndtere strømsvingninger i det distribuerte generasjonssystemet, noe som resulterer i smart og spenstig nettdrift ved høyere og bredere spenninger.

Til slutt kunne solenergiapparater etterligne batteripakkene som brukes i elbiler. Ideen om å resirkulere batteripakker som i dag brukes i elektriske kjøretøy som netttilkoblet ESS, blir vanlig.

  Materialer med stort båndgap som kreves for effektivitet og naturlig konveksjon

For å bygge et intelligent veggmontert lagringssystem, er det nødvendig å designe en inverter som optimerer varmespredningen ved å bruke minimal naturlig konvektiv kjøling. Distribuerte kraftarkitekturer gjør at varme kan distribueres sentralt i hele systemet. Denne arkitekturen sikrer at de nødvendige energilagringsinverterne kan håndtere høye strømnivåer ved forskjellige spenninger og pålitelig reagere på raskt skiftende lasttransienter.

Slike systemer krever portdrivere som støtter høyhastighetssvitsjing og gir beskyttelse ved svitsjefrekvenser på 100kHz til 400kHz. Hvis koblingshastigheten ikke er rask nok, vil du oppdage at kraftkonverteringsfasen er betydelig ineffektiv.

Det er her bredbåndsgapmaterialer med rask svitsjing og høye effekttettheter, som SiC og GaN, kommer inn. Disse halvlederenhetene letter utformingen av systemer som ikke krever viftekjøling. LMG3425R030 GaN-enheten med innebygd driver og beskyttelsesfunksjoner har kompakt profil, høy effekttetthet og rask veksling.

Portdriveren konverterer kontrollerens digitale PWM-signal til strømmen som kreves av SiC- eller GaN-felteffekttransistoren (FET). Den PWM-baserte kontrolleren tillater nøyaktig sampling av spenning og strøm over flere kraftkonverteringstrinn.

  Strøm- og spenningsdeteksjon

Utformingen av høyfrekvent svitsjingsstrømforsyning står overfor utfordringen med nøyaktig strøm- og spenningsføling. Gjeldende målinger med en shunt forbedrer ikke bare nøyaktigheten, men øker også reaksjonstidene, slik at du kan reagere raskt på eventuelle endringer i nettet, slik at du kan stenge systemforbindelser hvis nettet er kortsluttet eller frakoblet. Økt.

Strømmålinger er avgjørende for inverter-sentriske design, da kontrollalgoritmen krever elektrofluometriske målinger for kontroll. Noen designløsninger er tilgjengelige for isolerte strømmålinger ved bruk av forsterkere/modulatorer og strømforsyninger isolert fra eksterne shunter.

Strømomformere må måle strømmen i nettet for å se om strømmen er i fase med spenningen. Ved å måle strøm og spenning, i tillegg til å kontrollere ladestrømmen til batteriet, styres også omformerdrift og overbelastningsbeskyttelsesfunksjon.

  Konklusjon

Hybride invertere, som utfører toveis kraftkonvertering mellom AC/DC og DC/DC, forventes å erstatte tradisjonelle solcelle-invertere i årene som kommer. Solar inverter designere vil kunne oppnå strømkonvertering med et bredt utgangseffekt og spenningsområde ved å bruke hybride invertere.

Å øke batterispenningen og utvide spenningsområdet er viktige problemer for energilagringskompatible solcelleomformere. Med essensielle komponenter som mikrodatamaskinkontroll og halvledere med brede båndgap med innebygde portdrivere og beskyttelse, kan disse høyere og bredere cellespenningene støttes i tillegg til behovet for høy effektivitet og naturlig konveksjon.