Как аккумуляторы энергии, инверторы и солнечные панели работают вместе?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общая структура системы и принципы разделения компонентов

 

Основными тремя компонентами всей системы являются: фотоэлектрические модули (солнечные панели),литиевые аккумуляторы для хранения энергиии двунаправленные инверторы накопления энергии (PCS). Вспомогательные аксессуары включают в себя: распределительные коробки постоянного тока, автоматические выключатели, счетчики электроэнергии, распределительные шкафы, интерфейсы сети и бытовые нагрузки.

 

1. Основные принципы работы каждого компонента

 

(1) Солнечные фотоэлектрические панели (электростанции)

 

Панели состоят из большого количества фотоэлектрических элементов, соединенных последовательно/параллельно, на основе фотоэлектрического эффекта: фотоны солнечного света ударяются о кремниевые полупроводники, возбуждая электроны с образованием направленного постоянного тока;

 

● Выходные характеристики: Чистая мощность постоянного тока; напряжение значительно колеблется в зависимости от интенсивности освещения и температуры; высокое напряжение в полдень, низкое напряжение рано утром/вечером и в пасмурные дни;

 

● Нельзя напрямую подключать к бытовой технике (бытовая сеть переменного тока 220 В), нельзя напрямую подключать к аккумуляторам (несоответствие напряжения и отсутствие защиты от зарядки приведет к вздутию и повреждению);

 

● Несколько плат, соединенных последовательно, увеличивают общее напряжение постоянного тока, а параллельное соединение увеличивает общий зарядный ток.

 

(2) Аккумуляторная батарея (накопитель энергии, обычный литий-железо-фосфатный)

 

Внутри он состоит из ячеек → модулей →аккумуляторные блоки + BMS (система управления батареями):

 

1) Основные функции BMS: балансировка напряжения элемента, защита от перезаряда/перегрузки-разряда/перегрузки по току/высокой температуры, а также отчетность в-времени об оставшемся SOC;

 

2) Форма энергии: может хранить и выводить только мощность постоянного тока;

 

3) Зарядка. Нестабильные фотоэлектрические источники постоянного тока низкого-напряжения можно безопасно заряжать только после стабилизации инвертором;

 

4) Разрядка: подача стабильного постоянного тока на инвертор для инверсии и повышения напряжения.

 

(3) Двунаправленный инвертор хранения энергии PCS (ядро управления системой)

 

Обычные фотоэлектрические инверторы преобразуют только постоянный ток в переменный; накопитель энергии PCS представляет собой двунаправленный преобразователь мощности с двумя цепями:

 

1) Канал инвертора (постоянный ток → переменный ток): фотогальванический/батарейный постоянный ток → повышающий, фильтр → стандартный синусоидальный переменный ток 220 В/380 В для питания бытовой техники;

 

2) Канал выпрямителя (переменный ток→постоянный ток): питание переменного тока в сети → понижающее-выпрямление → стабильное питание постоянного тока для зарядки аккумулятора (аккумулирование электроэнергии вне-пиковой нагрузки);

 

3) Встроенный-основной чип управления: сбор данных в-времени о фотоэлектрической энергии, SOC батареи, мощности бытовой нагрузки и напряжении сети; автоматическое распределение мощности и переключение режимов работы на миллисекундном-уровне.

 

Сравнение основных параметров и функций трех основных компонентов:

 

Компоненты	Тип энергии	Основные функции	Ключевые параметры	Эксплуатационные ограничения
Солнечные фотоэлектрические панели	Выходы только постоянного тока	Солнечная энергия преобразуется в электрическую энергию; это единственный источник выработки электроэнергии в системе.	Пиковая мощность, напряжение-холостого хода, ток короткого-замыкания, эффективность преобразования	Никакое электричество не вырабатывается без света; выходное напряжение меняется в зависимости от освещенности и температуры.
Энергетическая аккумуляторная батарея	Хранение/вывод мощности постоянного тока	Сохраняйте избыточную электрическую энергию для электропитания в темное время суток.	Мощность, кВтч, номинальное напряжение, интервал зарядки и разрядки SOC, срок службы	Перезарядка и чрезмерная-разрядка запрещены; Разрешена только зарядка и разрядка постоянным током.
Двунаправленный инвертор хранения энергии PCS	Двунаправленный преобразователь переменного/постоянного тока	Распределение мощности, регулирование напряжения, контроль заряда и разряда, защита подключения к сети	Номинальная мощность переменного/постоянного тока, эффективность двунаправленного преобразования, защита от секционирования, отслеживание MPPT	Центральный узел для скоординированного управления фотоэлектрическими системами, батареями и энергосистемой.

 

 

 

 

 

Полный ток при 4 рабочих условиях

 

Условие 1: Солнечный день с обильным солнечным светом, фотоэлектрическая выработка энергии > Бытовое потребление электроэнергии

 

1. Солнечные панели генерируют переменную мощность постоянного тока → собираются в объединителе постоянного тока → входная клемма постоянного тока ПКС;

 

2. Первый этап PCS: преобразует часть мощности постоянного тока в мощность переменного тока, отдавая приоритет поставке ко всем бытовым приборам;

 

3. Оставшаяся избыточная мощность постоянного тока после регулирования и ограничения тока-с помощью PCS подается на зарядку аккумуляторной батареи. BMS контролирует зарядный ток и напряжение в режиме реального времени;

 

4. Как только аккумулятор полностью заряжен (SOC 100%), PCS автоматически отключает цепь зарядки, а избыточная мощность возвращается в национальную сеть для продажи.

 

 

Условие 2: Умеренный солнечный свет, выработка фотоэлектрической энергии равна нагрузке дома

 

Вся мощность постоянного тока фотоэлектрической системы преобразуется в мощность переменного тока для использования в электроприборах. Аккумулятор остается бездействующим, не заряжается и не разряжается, без взаимодействия с сетью.

 

 

Условия эксплуатации 3: Ночь/облачный/дождливый день, отсутствие солнечной энергии.

 

1. Солнечная энергия не имеет выхода постоянного тока; PCS обнаруживает нехватку питания.

 

2. На аккумулятор BMS отправляется команда разряда; батарея выводит стабильную мощность постоянного тока на ПК.

 

3. PCS выполняет инверсию, подавая мощность переменного тока на бытовую нагрузку.

 

4. Когда заряд аккумулятора падает до нижнего предела (SOC 20%), АСУ ТП прекращает разряд аккумулятора и автоматически переключается на питание от сети.

 

 

Условия эксплуатации 4: Выкл.-Накопление пиковой энергии (низкие цены на электроэнергию в ночное время) + резервное питание при отключении электроэнергии

 

1. Ночью, при отсутствии солнечного света, PCS потребляет переменный ток из сети, преобразует его в стабильный постоянный ток для зарядки аккумулятора.

 

2. Внезапное отключение электроэнергии: PCS активирует защиту от изолирования, отключаясь от сети. Только солнечная энергия (с солнечным светом) и батарея работают независимо, предотвращая обратную передачу энергии, которая может нанести вред обслуживающему персоналу сети.

 

3. После восстановления сети система автоматически синхронизируется и повторно подключается к сети, возобновляя нормальную работу.

 

 

Логическая таблица распределения мощности для четырех условий эксплуатации:

 

Ключевые дополнительные основные технологии

 

1. Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT) (интегрировано в PCS): Фотоэлектрическое напряжение сильно колеблется. MPPT регулирует импеданс в режиме реального времени, гарантируя, что фотоэлектрические панели всегда выдают максимальную мощность при текущем солнечном свете, увеличивая выработку электроэнергии на 15–30%.

 

2. Связь и связь между BMS и PCS. Батарея BMS передает данные о напряжении, температуре и SOC на инвертор в режиме реального времени. Инвертор регулирует мощность зарядки/разрядки в зависимости от состояния батареи, чтобы предотвратить повреждение элементов.

 

3. Объяснение потерь при преобразовании: Потери при зарядке фотоэлектрического постоянного тока в переменный составляют примерно 3%-6%; Потери при зарядке переменного тока от сети к постоянному току батареи составляют 4–7%. Высококачественные отраслевые PCS достигают комплексной эффективности преобразования, превышающей или равной 96%.

 

 

Сравнение компонентов систем хранения энергии,-подключенных к сети, и систем хранения энергии, подключенных к сети-автономно:

 

Элементы сравнения	Система хранения энергии,-подключаемая к сети (основной вариант для домашнего использования)	Автономная-система хранения энергии (территории без электросети)
Инвертор	Двунаправленная сеть-подключенная ПК с синхронной сетью-функция подключения	Выключенный-инвертор для хранения энергии в сети, без модуля, подключенного к сети-
Требования к емкости аккумулятора	Это немного мало; если нет питания, вы можете переключиться на питание переменного тока.	Батареи большой-емкости должны обеспечивать энергопотребление в течение-дня.
Обработка избыточной мощности	Электроэнергия передается в электросеть и продается.	Оснащение разрядным резистором потребляет избыточную мощность.
Возможность отключения электроэнергии	Островной режим, кратковременный-независимый источник питания	Весь процесс основан на фотоэлектрических элементах и ​​батареях, обеспечивающих самообеспеченность-.
расходы	Средней-мощности, подходит для городских пользователей с электросетями.	Большая высота, подходит для использования в отдаленных горных и пасторальных районах.

 

 

 

Упрощенное резюме (для облегчения понимания и запоминания)

 

1. Фотоэлектрические панели отвечают за «генерацию электроэнергии», производя только нестабильный постоянный ток (DC).

 

2. Аккумуляторы энергии отвечают за «хранение электричества», сохраняя только постоянный ток, решая проблему отсутствия выработки электроэнергии в ночное время.

 

3. Инвертор накопления энергии (PCS) является «диспетчерским диспетчером», осуществляющим двунаправленное преобразование переменного/постоянного тока и автоматически распределяющим мощность от фотоэлектрических панелей, батарей и сети. Вся система не может нормально и стабильно работать без одного из этих компонентов.