Fyra designöverväganden när du lägger till energilagringsbatteriutrustning till ett solcellsnät

Medan antalet solcellsanläggningar (PV) fortsätter att växa, har obalansen mellan utbuds- och efterfrågesidan av solelnätet blivit en stor begränsning. Det finns gott om solenergi tillgängligt under dagen, men efterfrågan är inte särskilt stor. Det innebär att kunderna kommer att betala ett högre pris per watt på morgonen och kvällen under rusningstid.

Energilagringssystem (ESS) för solenheter i bostäder, kommersiella och allmännyttiga företag använder växelriktare för att lagra el eller nätet under dagen när efterfrågan är som lägst och för att lagra när efterfrågan är enorm, vilket frigör den energi som har genererats. Genom att lägga till ESS till ett nätanslutet solsystem kan användare spara pengar på att använda en teknik som kallas "peak shaving".

  Dubbelriktad kraftomvandling

Traditionell solcellsutrustning består av enkelriktade DC/AC- och DC/DC-effektsteg, men den enkelriktade konverteringsmetoden är ett stort hinder för införlivandet av ESS. Det krävs fler komponenter, moduler och delsystem, vilket avsevärt ökar kostnaden för att lägga till en ESS till en befintlig solcellsanläggning.

För att lägga till ett batteri till en befintlig PV-enhet måste de två vägarna för batteriladdning och urladdning kombineras till en enda väg som består av effektfaktorkorrigering (PFC) och växelriktareffektnivåer. . Men hur bygger man en dubbelriktad effektomvandlare istället för två enkelriktade kraftomvandlare?

 Hybridväxelriktare kan effektivt förbättra konverteringsstegets effektivitet, men denna effektivitetsförbättring är viktigare för ESS-utrustade mikronät som utför flera effektomvandlingar. Strömomvandlarsystemet hanterar DC/DC-omvandlingen för att ladda och ladda ur batteriet. Den hanterar även DC/AC- och AC/DC-omvandling, som omvandlar likström lagrad i batterier till växelström för både in- och utflöde från nätet.

  Högspänningsbatteri

I ett mikronätsystem med lagringsbatteri är batteriets huvudsakliga funktion att lagra solcellsenergi och leverera ström till nätet vid behov. Litiumjonbatterier har betydligt högre lagringskapacitet per enhet än blybatterier.

Medan 400V-batterier ökar i popularitet i elfordon (EV), ökar också solcellsnätsenheter batterispänningen från 48V. Men hur hanterar du strömomvandlingen av ett 400V-batteri?

Förutom mikrodatorer med systemkontroll- och kommunikationsmöjligheter som integrerar ESS i större system, förbättrar även lågförluster och effektiva strömbrytare säkerheten och tillförlitligheten hos energilagringssystem. Kompakta strömbrytare och mikrodatorer i realtid baserade på material av kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN) tillåter modifiering av tvåvägsomvandlare för att rymma en mängd olika DC-energilagringsenheter.

  Dual Active Bridge DC/DC-omvandlardesign

Bredbandsgap-halvledare som SiC och GaN spelar en viktig roll för att lösa effektomvandlingssystem som kan hantera det stigande batterispänningsintervallet eftersom omvandlare ökar effekttätheten och minskar kopplingsförlusterna. . Effektomvandlingssystemet gör det också möjligt för batteripaketet att bättre hantera effektfluktuationer i det distribuerade generationssystemet, vilket resulterar i smart och fjädrande nätdrift vid högre och bredare spänningar.

Så småningom kunde solenergiapparater efterlikna batteripaketen som används i elbilar. Tanken på att återvinna batteripaket som för närvarande används i elfordon som nätansluten ESS börjar bli vanlig.

  Material med brett bandgap som krävs för effektivitet och naturlig konvektion

För att bygga ett intelligent väggmonterat lagringssystem är det nödvändigt att designa en växelriktare som optimerar värmeavledning med minimal naturlig konvektiv kylning. Distribuerade kraftarkitekturer gör att värmen kan distribueras centralt i hela systemet. Denna arkitektur säkerställer att de erforderliga energilagringsväxelriktarna kan hantera höga strömnivåer vid olika spänningar och tillförlitligt svara på snabbt föränderliga lasttransienter.

Sådana system kräver grinddrivrutiner som stöder höghastighetsväxling och ger skydd vid växlingsfrekvenser på 100kHz till 400kHz. Om växlingshastigheten inte är tillräckligt snabb kommer du att upptäcka att effektomvandlingsfasen är betydligt ineffektiv.

Det är här bredbandsgapmaterial med snabb omkoppling och höga effekttätheter, som SiC och GaN, kommer in. Dessa halvledarenheter underlättar designen av system som inte kräver fläktkylning. LMG3425R030 GaN-enheten med inbyggd drivrutin och skyddsfunktioner har kompakt profil, hög effekttäthet och snabb växling.

Grinddrivenheten omvandlar styrenhetens digitala PWM-signal till den ström som krävs av SiC- eller GaN-fälteffekttransistorn (FET). Den PWM-baserade styrenheten tillåter noggrann sampling av spänning och ström över flera effektomvandlingssteg.

  Ström- och spänningsdetektering

Utformningen av högfrekvent switchande strömförsörjning står inför utmaningen med exakt ström- och spänningsavkänning. Aktuella mätningar med en shunt förbättrar inte bara noggrannheten utan snabbar också upp reaktionstiderna, vilket gör att du kan reagera snabbt på eventuella förändringar i nätet, så att du kan stänga av systemanslutningar om nätet är kortslutet eller frånkopplat. Ökade.

Strömmätningar är väsentliga för invertercentrerade konstruktioner, eftersom kontrollalgoritmen kräver elektrofluometriska mätningar för kontroll. Vissa designlösningar finns tillgängliga för isolerade strömmätningar med förstärkare/modulatorer och strömförsörjning isolerade från externa shuntar.

Effektomvandlare måste mäta strömmen i nätet för att se om strömmen är i fas med spänningen. Genom att mäta ström och spänning styrs, förutom att kontrollera batteriets laddningsström, även växelriktarens drift och överbelastningsskyddsfunktionen.

  Slutsats

Hybridväxelriktare, som utför dubbelriktad effektomvandling mellan AC/DC och DC/DC, förväntas ersätta traditionella solväxelriktare under de kommande åren. Konstruktörer av solenergiomriktare kommer att kunna uppnå effektomvandling med ett brett uteffekt och spänningsområde genom att använda hybridväxelriktare.

Att öka batterispänningen och utöka spänningsområdet är viktiga frågor för energilagringskompatibla solväxelriktare. Med viktiga komponenter som mikrodatorkontroll och halvledare med breda bandgap med inbyggda gate-drivrutiner och skydd, kan dessa högre och bredare cellspänningar stödjas utöver behovet av hög effektivitet och naturlig konvektion.