Bir fotovoltaik şebekeye enerji depolama bataryası ekipmanı eklerken dört tasarım hususu
Fotovoltaik (PV) tesislerin sayısı artmaya devam ederken, güneş enerjisi şebekesinin arz ve talep tarafları arasındaki dengesizlik önemli bir kısıtlama haline geldi. Gün içerisinde bol miktarda güneş enerjisi mevcuttur ancak talep çok fazla değildir. Bu, müşterilerin en yoğun kullanım saatlerinde sabah ve akşam watt başına daha yüksek bir fiyat ödeyeceği anlamına gelir.
Konut, ticari ve kamu hizmetlerindeki güneş enerjisi cihazları için enerji depolama sistemleri (ESS), talebin en düşük olduğu gün boyunca elektriği veya şebekeyi depolamak ve talebin çok yüksek olduğu zamanlarda depolamak için üretilen enerjiyi serbest bırakmak için invertörler kullanır. Şebekeye bağlı bir güneş sistemine ESS eklemek, kullanıcıların "tepe noktası tıraşı" adı verilen bir teknolojinin kullanımında tasarruf etmelerini sağlar.
Çift Yönlü Güç Dönüşümü
Geleneksel PV ekipmanı, tek yönlü DC/AC ve DC/DC güç aşamalarından oluşur, ancak tek yönlü dönüştürme yöntemi, ESS'lerin dahil edilmesinin önündeki en büyük engeldir. Daha fazla bileşen, modül ve alt sistem gereklidir ve bunların tümü mevcut bir güneş enerjisi tesisatına bir ESS eklemenin maliyetini önemli ölçüde artırır.
Mevcut bir PV cihazına bir pil eklemek için, iki pil şarj etme ve boşaltma yolu, güç faktörü düzeltmesi (PFC) ve inverter güç seviyelerinden oluşan tek bir yolda birleştirilmelidir. . Ancak iki tek yönlü güç dönüştürücü yerine çift yönlü bir güç dönüştürücü nasıl oluşturulur?
Hibrit invertörler, dönüşüm aşamasının verimliliğini etkili bir şekilde artırabilir, ancak bu verimlilik artışı, çoklu güç dönüşümü gerçekleştiren ESS donanımlı mikro şebekeler için daha önemlidir. Güç dönüştürücü sistemi, pili şarj etmek ve boşaltmak için DC/DC dönüşümünü yönetir. Ayrıca, pillerde depolanan doğru akımı şebekeden hem giriş hem de çıkış için alternatif akıma dönüştüren DC/AC ve AC/DC dönüşümünü de yönetir.
yüksek voltajlı pil
Akümülatörlü bir mikro şebeke sisteminde, akünün ana işlevi fotovoltaik enerjiyi depolamak ve talep üzerine şebekeye güç sağlamaktır. Lityum-iyon piller, kurşun-asit pillere göre birim başına önemli ölçüde daha yüksek depolama kapasitesine sahiptir.
Elektrikli araçlarda (EV'ler) 400V piller popülerlik kazanırken, güneş enerjisi şebekesi cihazları da pil voltajını 48V'tan yükseltiyor. Ancak 400V pil paketinin güç dönüşümünü nasıl yönetirsiniz?
ESS'yi daha büyük sistemlere dahil eden sistem kontrolü ve iletişim özelliklerine sahip mikro bilgisayarlara ek olarak, düşük kayıplı ve verimli güç anahtarları da enerji depolama sistemlerinin güvenliğini ve güvenilirliğini artırır. Silisyum karbür (SiC) ve galyum nitrür (GaN) malzemelerine dayanan kompakt güç anahtarları ve gerçek zamanlı mikro bilgisayarlar, çeşitli DC enerji depolama birimlerini barındırmak için iki yollu dönüştürücülerin değiştirilmesine izin verir.
Çift Aktif Köprü DC/DC Dönüştürücü Tasarımı
SiC ve GaN gibi geniş bant aralıklı yarı iletkenler, dönüştürücüler güç yoğunluğunu artırıp anahtarlama kayıplarını azalttığı için artan pil voltajı aralığını kaldırabilen güç dönüştürme sistemlerinin çözümünde önemli bir rol oynar. . Güç dönüştürme sistemi aynı zamanda pil takımının dağıtılmış üretim sistemindeki güç dalgalanmalarını daha iyi yönetmesini sağlayarak daha yüksek ve daha geniş voltajlarda akıllı ve dirençli şebeke çalışması sağlar.
Sonunda, güneş enerjisi cihazları elektrikli arabalarda kullanılan pil paketlerini taklit edebilir. Şu anda elektrikli araçlarda kullanılan pil paketlerinin şebekeye bağlı ESS olarak geri dönüştürülmesi fikri yaygınlaşıyor.
Akıllı bir duvara monte depolama sistemi oluşturmak için, minimum doğal konvektif soğutma kullanarak ısı dağılımını optimize eden bir invertör tasarlamak gerekir. Dağıtılmış güç mimarileri, ısının sistem boyunca merkezi olarak dağıtılmasına izin verir. Bu mimari, gerekli enerji depolama invertörlerinin farklı voltajlarda yüksek akım seviyelerini idare edebilmesini ve hızla değişen yük geçişlerine güvenilir bir şekilde yanıt verebilmesini sağlar.
Bu tür sistemler, yüksek hızlı anahtarlamayı destekleyen ve 100kHz ile 400kHz arasındaki anahtarlama frekanslarında koruma sağlayan kapı sürücüleri gerektirir. Anahtarlama hızı yeterince hızlı değilse, güç dönüştürme aşamasının önemli ölçüde verimsiz olduğunu göreceksiniz.
SiC ve GaN gibi hızlı anahtarlama ve yüksek güç yoğunluklarına sahip geniş bant aralığı malzemelerinin devreye girdiği yer burasıdır. Bu yarı iletken cihazlar, fan soğutması gerektirmeyen sistemlerin tasarımını kolaylaştırır. Yerleşik sürücü ve koruma özelliklerine sahip LMG3425R030 GaN cihazı, kompakt profil, yüksek güç yoğunluğu ve hızlı anahtarlama özelliklerine sahiptir.
Kapı sürücüsü, denetleyicinin dijital PWM sinyalini SiC veya GaN alan etkili transistörün (FET) gerektirdiği akıma dönüştürür. PWM tabanlı denetleyici, birden fazla güç dönüştürme aşamasında doğru voltaj ve akım örneklemesine izin verir.
Akım ve Gerilim Tespiti
Yüksek frekanslı anahtarlamalı güç kaynağı tasarımı, doğru akım ve voltaj algılama zorluğuyla karşı karşıyadır. Bir şönt ile akım ölçümleri sadece doğruluğu artırmakla kalmaz, aynı zamanda reaksiyon sürelerini hızlandırır, böylece şebekedeki herhangi bir değişikliğe hızlı bir şekilde tepki vermenizi sağlar, böylece şebeke kısa devre yaparsa veya bağlantısı kesilirse sistem bağlantılarını kapatabilirsiniz. Artırılmış.
Kontrol algoritması kontrol için elektrofluometrik ölçümler gerektirdiğinden, akım ölçümleri invertör merkezli tasarımlar için önemlidir. Amfiler/modülatörler ve harici şöntlerden izole edilmiş güç kaynakları kullanılarak izole akım ölçümleri için bazı tasarım çözümleri mevcuttur.
Güç dönüştürücülerin, akımın voltajla aynı fazda olup olmadığını görmek için şebekedeki akımı ölçmesi gerekir. Akım ve gerilim ölçülerek, akünün şarj akımının kontrol edilmesine ek olarak inverter çalışması ve aşırı yük koruma fonksiyonu da kontrol edilir.
Çözüm
AC/DC ve DC/DC arasında çift yönlü güç dönüşümü gerçekleştiren hibrit eviricilerin, önümüzdeki yıllarda geleneksel solar eviricilerin yerini alması bekleniyor. Solar invertör tasarımcıları, hibrit inverterler kullanarak geniş bir çıkış gücü ve voltaj aralığında güç dönüşümü elde edebileceklerdir.
Akü voltajının yükseltilmesi ve voltaj aralığının genişletilmesi, enerji depolama uyumlu solar inverterler için önemli konulardır. Mikrobilgisayar kontrolü ve yerleşik kapı sürücülerine ve korumaya sahip geniş bant aralıklı yarı iletkenler gibi temel bileşenlerle, yüksek verimlilik ve doğal konveksiyon ihtiyacına ek olarak bu daha yüksek ve daha geniş hücre voltajları desteklenebilir.
