Jak akumulatory, falowniki i panele słoneczne współpracują ze sobą?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ogólna struktura systemu i zasady podziału komponentów

 

Trzy podstawowe elementy całego systemu to: moduły fotowoltaiczne (panele słoneczne),akumulatory litowe magazynujące energięoraz dwukierunkowe falowniki magazynujące energię (PCS). Akcesoria pomocnicze obejmują: skrzynki połączeniowe prądu stałego, wyłączniki automatyczne, liczniki energii elektrycznej, szafy rozdzielcze, interfejsy sieciowe i obciążenia domowe.

 

1. Podstawowe zasady działania każdego komponentu

 

(1) Panele fotowoltaiczne (jednostki wytwarzania energii)

 

Panele składają się z dużej liczby ogniw fotowoltaicznych połączonych szeregowo/równolegle, w oparciu o efekt fotowoltaiczny: fotony światła słonecznego uderzają w półprzewodniki krzemowe, wzbudzając elektrony, tworząc kierunkowy prąd stały;

 

● Charakterystyka wyjściowa: Czysta moc prądu stałego; napięcie zmienia się znacznie wraz z natężeniem światła i temperaturą; wysokie napięcie w południe, niskie we wczesnych godzinach porannych/wieczornych oraz w pochmurne dni;

 

● Nie można podłączyć bezpośrednio do urządzeń gospodarstwa domowego (zasilanie domowe 220V AC), nie można bezpośrednio podłączyć do akumulatorów (niedopasowanie napięcia i brak zabezpieczenia ładowania spowoduje wybrzuszenie i uszkodzenie);

 

● Wiele płytek połączonych szeregowo zwiększa całkowite napięcie prądu stałego, a połączone równolegle zwiększa całkowity prąd ładowania.

 

(2) Akumulator energii (jednostka magazynowania energii, główny fosforan litowo-żelazowy)

 

Wewnętrznie składa się z komórek → modułów →pakiety akumulatorów + BMS (System Zarządzania Baterią):

 

1) Podstawowe funkcje BMS: równoważenie napięcia ogniwa, ochrona przed przeładowaniem/nadmiernym-rozładowaniem/przetężeniem/wysoką temperaturą oraz raportowanie-pozostałego SOC w czasie rzeczywistym;

 

2) Forma energii: może przechowywać i wyprowadzać jedynie energię prądu stałego;

 

3) Ładowanie: energię fotowoltaiczną prądu stałego o niskim-niestabilnym napięciu można bezpiecznie ładować dopiero po ustabilizowaniu jej przez falownik;

 

4) Rozładowanie: wyprowadza stabilną moc prądu stałego do falownika w celu inwersji i zwiększenia napięcia.

 

(3) Dwukierunkowy falownik magazynujący energię PCS (rdzeń sterujący systemem)

 

Zwykłe falowniki fotowoltaiczne przekształcają tylko prąd stały na prąd przemienny; Magazyn energii PCS to dwukierunkowy konwerter mocy z dwoma obwodami:

 

1) Kanał falownika (DC → AC): Fotowoltaika/akumulator DC → boost, filtr → standardowy sinusoidalny prąd przemienny 220 V/380 V do zasilania urządzeń gospodarstwa domowego;

 

2) Kanał prostownika (AC → DC): zasilanie prądem zmiennym z sieci → prostowanie-obniżające → stabilne zasilanie prądem stałym do ładowania akumulatora (magazynowanie energii elektrycznej poza-szczytem);

 

3) Wbudowany-główny układ sterujący: pomiar-w czasie rzeczywistym mocy fotowoltaicznej, SOC akumulatora, mocy obciążenia gospodarstwa domowego i napięcia sieciowego; automatyczny przydział mocy i przełączanie trybów pracy na poziomie milisekundowym-.

 

Porównanie podstawowych parametrów i funkcji trzech podstawowych komponentów:

 

Komponenty	Rodzaj energii	Podstawowe funkcje	Kluczowe parametry	Ograniczenia operacyjne
Panele fotowoltaiczne	Wyprowadza tylko prąd stały	Energia słoneczna jest przekształcana w energię elektryczną; jest to jedyne źródło wytwarzania energii w systemie.	Moc szczytowa,-napięcie obwodu otwartego,-prąd zwarciowy, wydajność konwersji	Bez światła nie powstaje prąd; napięcie wyjściowe zmienia się w zależności od światła i temperatury.
Akumulator magazynujący energię	Przechowuj/wyprowadzaj moc prądu stałego	Magazynuj nadmiar energii elektrycznej do zasilania w okresach ciemności.	Pojemność kWh, napięcie nominalne, interwały ładowania i rozładowywania SOC, żywotność cyklu	Przeładowanie i nadmierne-rozładowanie są zabronione; Dozwolone jest wyłącznie ładowanie i rozładowywanie prądem stałym.
Dwukierunkowy falownik magazynujący energię PCS	Dwukierunkowy konwerter AC/DC	Rozdział mocy, regulacja napięcia, kontrola ładowania i rozładowania, ochrona przyłącza do sieci	Moc znamionowa AC/DC, wydajność konwersji dwukierunkowej, ochrona wyspowa, śledzenie MPPT	Centralny węzeł do skoordynowanego sterowania fotowoltaiką, akumulatorami i siecią energetyczną

 

 

 

 

 

Pełny przepływ prądu w 4 warunkach pracy

 

Warunek 1: Słoneczny dzień z dużą ilością światła słonecznego, wytwarzanie energii fotowoltaicznej > Zużycie energii elektrycznej w gospodarstwie domowym

 

1. Panele słoneczne wytwarzają zmienną moc prądu stałego → gromadzoną w skrzynce przyłączeniowej DC → zacisk wejściowy DC PCS;

 

2. Pierwszy krok PCS: zamienia część prądu stałego na prąd przemienny, priorytetowo traktując zasilanie wszystkich urządzeń gospodarstwa domowego;

 

3. Pozostała nadwyżka mocy prądu stałego, po uregulowaniu i-ograniczeniu prądu przez PCS, jest wprowadzana w celu ładowania akumulatora energii. BMS monitoruje prąd i napięcie ładowania w czasie rzeczywistym;

 

4. Po całkowitym naładowaniu akumulatora (SOC 100%) PCS automatycznie rozłącza obwód ładowania, a nadwyżka energii jest zwracana do krajowej sieci w celu sprzedaży.

 

 

Warunek 2: Umiarkowane nasłonecznienie, produkcja energii fotowoltaicznej równa się obciążeniu gospodarstwa domowego

 

Cała moc prądu stałego z systemu fotowoltaicznego jest przekształcana na prąd przemienny do użytku w urządzeniach. Bateria pozostaje bezczynna, nie ładuje się ani nie rozładowuje, nie ma interakcji z siecią.

 

 

Warunki pracy 3: Noc/pochmurny/deszczowy dzień, brak wytwarzania energii słonecznej

 

1. Energia słoneczna nie ma wyjścia prądu stałego; PCS wykrywa brak zasilania.

 

2. Do BMS akumulatora zostaje wysłana komenda rozładowania; bateria wyprowadza stabilne zasilanie prądem stałym do PCS.

 

3. PCS wykonuje inwersję, wysyłając prąd przemienny do obciążenia domowego.

 

4. Gdy poziom naładowania akumulatora spadnie do dolnej granicy (SOC 20%), PCS zatrzymuje rozładowywanie akumulatora i automatycznie przełącza się na zasilanie sieciowe.

 

 

Warunek pracy 4: wyłączone-magazynowanie energii w szczycie (niskie ceny prądu w nocy) + rezerwa w razie przerwy w dostawie prądu

 

1. W nocy, gdy nie ma światła słonecznego, PCS pobiera prąd przemienny z sieci i przekształca go w stabilne źródło prądu stałego w celu ładowania akumulatora.

 

2. Nagła przerwa w dostawie prądu: PCS uruchamia zabezpieczenie wyspowe, odłączając się od sieci. Tylko energia słoneczna (ze światłem słonecznym) i akumulator działają niezależnie, zapobiegając odwrotnemu przesyłaniu mocy, które mogłoby zaszkodzić personelowi zajmującemu się konserwacją sieci.

 

3. Po przywróceniu sieci system automatycznie synchronizuje się i ponownie łączy z siecią, wznawiając normalną pracę.

 

 

Tabela logiki dystrybucji mocy dla czterech warunków pracy:

 

Kluczowe dodatkowe technologie podstawowe

 

1. Śledzenie maksymalnego punktu mocy (MPPT) (zintegrowane w PCS): Napięcie fotowoltaiczne podlega znacznym wahaniom. MPPT dostosowuje impedancję w czasie rzeczywistym, zapewniając, że panele fotowoltaiczne zawsze wytwarzają maksymalną moc przy obecnym świetle słonecznym, zwiększając wytwarzanie energii o 15% -30%.

 

2. Komunikacja i powiązania BMS i PCS: Akumulator BMS przesyła dane dotyczące napięcia, temperatury i SOC do falownika w czasie rzeczywistym. Falownik dostosowuje moc ładowania/rozładowania w oparciu o stan akumulatora, aby zapobiec uszkodzeniu ogniw.

 

3. Wyjaśnienie strat konwersji: Strata ładowania prądu stałego na prąd przemienny w fotowoltaice wynosi około 3%-6%; Utrata ładowania AC z sieci do akumulatora DC wynosi 4% -7%. Wysokiej jakości PCS w branży osiąga kompleksową wydajność konwersji większą lub równą 96%.

 

 

Porównanie komponentów systemów magazynowania energii-podłączonych do sieci i systemów magazynowania energii-poza siecią:

 

Porównanie elementów	System magazynowania energii-podłączony do sieci (główny do użytku domowego)	System magazynowania energii poza{0}}siecią (obszary bez sieci energetycznej)
Falownik	Dwukierunkowe-połączenie PCS z siecią synchroniczną-funkcją połączenia z siecią	Inwerter magazynujący energię poza siecią, bez modułu-podłączonego do sieci
Wymagania dotyczące pojemności baterii	Jest trochę mały; jeśli nie ma zasilania, możesz przełączyć się na zasilanie sieciowe.	Baterie-o dużej pojemności muszą być dopasowane do-zużycia energii przez cały dzień.
Nadmierne przetwarzanie mocy	Energia elektryczna jest przesyłana do sieci elektroenergetycznej i sprzedawana.	Wyposażenie w rezystor rozładowujący powoduje zużycie nadmiaru mocy.
Możliwość wyłączenia zasilania	Krótkoterminowy, niezależny zasilacz w trybie wyspowym	Cały proces opiera się na fotowoltaice i bateriach, które zapewniają samowystarczalność.
koszt	Średnia-wytrzymałość, odpowiednia dla użytkowników miejskich korzystających z sieci energetycznych.	Duża wysokość, odpowiednia do stosowania w odległych obszarach górskich i pasterskich

 

 

 

Uproszczone podsumowanie (dla łatwiejszego zrozumienia i zapamiętywania)

 

1. Panele fotowoltaiczne odpowiadają za „generowanie prądu”, wytwarzając jedynie niestabilny prąd stały (DC).

 

2. Baterie magazynujące energię odpowiadają za „magazynowanie energii elektrycznej”, przechowując wyłącznie prąd stały, rozwiązując problem braku wytwarzania energii w nocy.

 

3. Falownik magazynujący energię (PCS) to „menedżer wysyłki”, dokonujący dwukierunkowej konwersji AC/DC i automatycznie dystrybuujący energię z paneli fotowoltaicznych, akumulatorów i sieci. Cały system nie może działać normalnie i stabilnie bez któregokolwiek z tych elementów.