Neli konstruktsioonikaalutlust fotogalvaanilisele võrgule energiasalvestise lisamisel

Kuigi fotogalvaaniliste (PV) rajatiste arv kasvab jätkuvalt, on päikesevõrgu nõudluse ja pakkumise poole vaheline tasakaalustamatus muutunud peamiseks piiranguks. Päikeseenergiat on päevasel ajal küllaldaselt saadaval, aga nõudlust pole eriti palju. See tähendab, et kliendid maksavad tipptundidel hommikuti ja õhtuti kõrgemat hinda vati kohta.

Elamu-, äri- ja kommunaalettevõtete päikeseenergia salvestussüsteemid (ESS) kasutavad invertereid elektri või võrgu salvestamiseks päevasel ajal, kui nõudlus on madalaim, ja salvestamiseks, kui nõudlus on suur, vabastades toodetud energia. ESS-i lisamine võrguga ühendatud päikesesüsteemile võimaldab kasutajatel säästa raha tehnoloogia kasutamise pealt, mida nimetatakse "peak shaving".

  Kahesuunaline võimsuse teisendamine

Traditsioonilised PV-seadmed koosnevad ühesuunalistest DC/AC ja DC/DC võimsusastmetest, kuid ühesuunaline teisendusmeetod on peamiseks takistuseks ESS-ide kaasamisel. Vaja on rohkem komponente, mooduleid ja alamsüsteeme, mis kõik suurendavad oluliselt olemasolevale päikeseenergiapaigaldise ESS-i lisamise kulusid.

Aku lisamiseks olemasolevale PV-seadmele tuleb kaks aku laadimise ja tühjenemise teed ühendada üheks teeks, mis koosneb võimsusteguri korrigeerimisest (PFC) ja inverteri võimsustasemetest. . Aga kuidas ehitada kahe ühesuunalise võimsusmuunduri asemel kahesuunaline võimsusmuundur?

 Hübriidinverterid võivad tõhusalt parandada konversioonietapi tõhusust, kuid see tõhususe parandamine on olulisem ESS-iga varustatud mikrovõrkude puhul, mis teostavad mitut võimsuse muundamist. Toitemuunduri süsteem haldab aku laadimiseks ja tühjendamiseks alalis-/alalisvoolukonversiooni. Samuti haldab see DC/AC ja AC/DC konverteerimist, mis muudab akudesse salvestatud alalisvoolu vahelduvvooluks nii võrgu sisse- kui ka väljavooluks.

  Kõrgepinge aku

Akuga mikrovõrgusüsteemis on aku põhiülesanne salvestada fotogalvaanilist energiat ja varustada elektrivõrku nõudmisel. Liitium-ioonakudel on oluliselt suurem mälumaht ühiku kohta kui pliiakudel.

Samal ajal kui 400 V akud on elektrisõidukites (EV-de) populaarsust kogumas, tõstavad päikesevõrguseadmed ka aku pinget 48 V-lt. Aga kuidas juhtida 400 V aku võimsuse muundamist?

Lisaks süsteemijuhtimis- ja sidevõimalustega mikroarvutitele, mis integreerivad ESS-i suurematesse süsteemidesse, parandavad madala kadudega ja tõhusad toitelülitid ka energiasalvestussüsteemide ohutust ja töökindlust. Ränikarbiidi (SiC) ja galliumnitriidi (GaN) materjalidel põhinevad kompaktsed toitelülitid ja reaalajas töötavad mikroarvutid võimaldavad kahesuunalisi muundureid muuta, et mahutada erinevaid alalisvoolu energiasalvestusseadmeid.

  Dual Active Bridge DC/DC muunduri disain

Lairibavahega pooljuhid, nagu SiC ja GaN, mängivad olulist rolli võimsuse muundamise süsteemide lahendamisel, mis suudavad toime tulla aku suureneva pingevahemikuga, kuna muundurid suurendavad võimsustihedust ja vähendavad lülituskadusid. . Toitemuundamissüsteem võimaldab ka akupaketil paremini hallata võimsuse kõikumisi hajutatud tootmissüsteemis, mille tulemuseks on nutikas ja vastupidav võrgutöö kõrgemal ja laiemal pingel.

Lõpuks võiksid päikeseseadmed jäljendada elektriautodes kasutatavaid akusid. Mõte praegu elektrisõidukites kasutatavate akude taaskasutamisest võrku ühendatud ESS-ina on muutumas tavaliseks.

  Tõhususe ja loomuliku konvektsiooni tagamiseks on vaja laia ribaga materjale

Intelligentse seinale paigaldatava salvestussüsteemi ehitamiseks on vaja konstrueerida inverter, mis optimeerib soojuse hajumist kasutades minimaalset loomulikku konvektiivjahutust. Jaotatud toitearhitektuurid võimaldavad soojust tsentraalselt jaotada kogu süsteemis. See arhitektuur tagab, et nõutavad energiasalvestid saavad hakkama erinevate pingete kõrgete voolutasemetega ja reageerivad usaldusväärselt kiiresti muutuvatele koormuse siirdetele.

Sellised süsteemid nõuavad väravadraivereid, mis toetavad kiiret ümberlülitust ja pakuvad kaitset lülitussagedustel 100 kHz kuni 400 kHz. Kui lülituskiirus ei ole piisavalt kiire, avastate, et võimsuse muundamise faas on oluliselt ebaefektiivne.

See on koht, kus tulevad kasutusele kiire ümberlülitamise ja suure võimsustihedusega lairiba materjalid, nagu SiC ja GaN. Need pooljuhtseadmed hõlbustavad selliste süsteemide projekteerimist, mis ei vaja ventilaatorjahutust. Sisseehitatud draiveri ja kaitsefunktsioonidega LMG3425R030 GaN seadmel on kompaktne profiil, suur võimsustihedus ja kiire lülitus.

Värava draiver teisendab kontrolleri digitaalse PWM-signaali vooluks, mida nõuab SiC või GaN väljatransistori (FET). PWM-põhine kontroller võimaldab pinge ja voolu täpset proovivõtmist mitmes võimsuse muundamise etapis.

  Voolu ja pinge tuvastamine

Kõrgsagedusliku lülitustoiteallika disain seisab silmitsi voolu ja pinge täpse tuvastamise väljakutsega. Voolumõõtmised šundi abil mitte ainult ei paranda täpsust, vaid kiirendavad ka reaktsiooniaegu, võimaldades teil kiiresti reageerida mis tahes muudatustele võrgus, nii et saate süsteemiühendused sulgeda, kui võrk on lühises või lahti ühendatud. Suurenenud.

Voolumõõtmised on inverterikeskse konstruktsiooni jaoks olulised, kuna juhtimisalgoritm nõuab juhtimiseks elektrofluomeetrilisi mõõtmisi. Mõned disainilahendused on saadaval isoleeritud voolu mõõtmiseks, kasutades võimendeid/modulaatoreid ja välistest šuntidest eraldatud toiteallikaid.

Toitemuundurid peavad mõõtma võrgu voolu, et näha, kas vool on pingega faasis. Voolu ja pinge mõõtmisega juhitakse lisaks aku laadimisvoolu juhtimisele ka inverteri tööd ja ülekoormuskaitse funktsiooni.

  Järeldus

Eeldatakse, et lähiaastatel asendavad traditsioonilised päikeseinverterid hübriidinverterid, mis teostavad kahesuunalist võimsuse muundamist AC/DC ja DC/DC vahel. Päikeseenergia inverterite disainerid suudavad hübriidinvertereid kasutades saavutada võimsuse muundamise laia väljundvõimsuse ja pingevahemikuga.

Aku pinge suurendamine ja pingevahemiku laiendamine on energiasalvestiga ühilduvate päikeseinverterite jaoks olulised küsimused. Oluliste komponentidega, nagu mikroarvuti juhtimine ja sisseehitatud paisudraiverite ja kaitsega laia ribalaiusega pooljuhid, saab neid kõrgemaid ja laiemaid rakupingeid toetada lisaks suure tõhususe ja loomuliku konvektsiooni vajadusele.