Empat pertimbangan desain saat menambahkan peralatan baterai penyimpanan energi ke jaringan fotovoltaik
Sementara jumlah fasilitas fotovoltaik (PV) terus bertambah, ketidakseimbangan antara sisi penawaran dan permintaan jaringan surya telah menjadi kendala utama. Ada banyak energi matahari yang tersedia di siang hari, tetapi permintaannya tidak terlalu banyak. Itu berarti pelanggan akan membayar harga per watt yang lebih tinggi di pagi dan sore hari selama jam penggunaan puncak.
Sistem penyimpanan energi (ESS) untuk perangkat surya di perumahan, komersial, dan utilitas publik menggunakan inverter untuk menyimpan listrik atau jaringan pada siang hari saat permintaan paling rendah dan untuk menyimpan saat permintaan sangat besar, melepaskan energi yang telah dihasilkan. Menambahkan ESS ke tata surya yang terhubung ke jaringan memungkinkan pengguna menghemat uang untuk penggunaan teknologi yang disebut "pencukuran puncak".
Konversi Daya Dua Arah
Peralatan PV tradisional terdiri dari tahap daya DC/AC dan DC/DC searah, tetapi metode konversi searah merupakan hambatan utama untuk penggabungan ESS. Diperlukan lebih banyak komponen, modul, dan subsistem, yang semuanya secara signifikan meningkatkan biaya penambahan ESS ke instalasi tenaga surya yang ada.
Untuk menambahkan baterai ke perangkat PV yang ada, dua jalur pengisian dan pengosongan baterai harus digabungkan menjadi satu jalur yang terdiri dari koreksi faktor daya (PFC) dan level daya inverter. . Tetapi bagaimana Anda membuat konverter daya dua arah alih-alih dua konverter daya searah?
Inverter hibrida dapat secara efektif meningkatkan efisiensi tahap konversi, tetapi peningkatan efisiensi ini lebih penting untuk jaringan mikro yang dilengkapi ESS yang melakukan banyak konversi daya. Sistem konverter daya mengelola konversi DC/DC untuk mengisi dan mengosongkan baterai. Ini juga mengelola konversi DC/AC dan AC/DC, yang mengubah arus searah yang disimpan dalam baterai menjadi arus bolak-balik untuk arus masuk dan keluar dari jaringan.
Baterai tegangan tinggi
Dalam sistem microgrid dengan baterai penyimpanan, fungsi utama baterai adalah untuk menyimpan energi fotovoltaik dan memasok daya ke jaringan sesuai permintaan. Baterai lithium-ion memiliki kapasitas penyimpanan per unit yang jauh lebih tinggi daripada baterai timbal-asam.
Sementara baterai 400V semakin populer di kendaraan listrik (EV), perangkat jaringan surya juga meningkatkan tegangan baterai dari 48V. Tapi bagaimana Anda mengatur konversi daya baterai 400V?
Selain mikrokomputer dengan kontrol sistem dan kemampuan komunikasi yang menggabungkan ESS ke dalam sistem yang lebih besar, sakelar daya dengan kerugian rendah dan efisien juga meningkatkan keamanan dan keandalan sistem penyimpanan energi. Sakelar daya kompak dan mikrokomputer real-time berdasarkan bahan silikon karbida (SiC) dan galium nitrida (GaN) memungkinkan modifikasi konverter dua arah untuk mengakomodasi berbagai unit penyimpanan energi DC.
Desain Konverter DC/DC Jembatan Aktif Ganda
Semikonduktor celah pita lebar seperti SiC dan GaN memainkan peran penting dalam menyelesaikan sistem konversi daya yang dapat menangani rentang tegangan baterai yang meningkat karena konverter meningkatkan kerapatan daya dan mengurangi kerugian switching. . Sistem konversi daya juga memungkinkan paket baterai untuk mengelola fluktuasi daya dengan lebih baik dalam sistem pembangkitan terdistribusi, menghasilkan operasi jaringan yang cerdas dan tangguh pada voltase yang lebih tinggi dan lebih luas.
Akhirnya, perangkat tenaga surya dapat meniru paket baterai yang digunakan pada mobil listrik. Gagasan mendaur ulang paket baterai yang saat ini digunakan dalam kendaraan listrik sebagai ESS yang terhubung ke jaringan menjadi hal yang umum.
Material Celah Pita Lebar Diperlukan untuk Efisiensi dan Konveksi Alami
Untuk membangun sistem penyimpanan yang dipasang di dinding yang cerdas, perlu dirancang sebuah inverter yang mengoptimalkan pembuangan panas menggunakan pendinginan konvektif alami yang minimal. Arsitektur daya terdistribusi memungkinkan panas didistribusikan secara terpusat ke seluruh sistem. Arsitektur ini memastikan bahwa inverter penyimpanan energi yang diperlukan dapat menangani level arus tinggi pada voltase berbeda dan secara andal merespons transien beban yang berubah dengan cepat.
Sistem seperti itu membutuhkan driver gerbang yang mendukung peralihan kecepatan tinggi dan memberikan perlindungan pada frekuensi peralihan 100kHz hingga 400kHz. Jika kecepatan switching tidak cukup cepat, Anda akan menemukan bahwa fase konversi daya sangat tidak efisien.
Di sinilah material celah pita lebar dengan perpindahan cepat dan kepadatan daya tinggi, seperti SiC dan GaN, masuk. Perangkat semikonduktor ini memfasilitasi desain sistem yang tidak memerlukan pendinginan kipas. Perangkat LMG3425R030 GaN dengan driver bawaan dan fitur perlindungan menampilkan profil ringkas, kepadatan daya tinggi, dan perpindahan cepat.
Penggerak gerbang mengubah sinyal PWM digital pengontrol menjadi arus yang dibutuhkan oleh transistor efek medan (FET) SiC atau GaN. Pengontrol berbasis PWM memungkinkan pengambilan sampel tegangan dan arus yang akurat di berbagai tahap konversi daya.
Deteksi Arus dan Tegangan
Desain catu daya switching frekuensi tinggi dihadapkan pada tantangan penginderaan arus dan tegangan yang akurat. Pengukuran arus dengan shunt tidak hanya meningkatkan akurasi tetapi juga mempercepat waktu reaksi, memungkinkan Anda untuk bereaksi dengan cepat terhadap setiap perubahan di jaringan, sehingga Anda dapat mematikan koneksi sistem jika jaringan dihubung pendek atau terputus. Ditingkatkan.
Pengukuran arus sangat penting untuk desain inverter-sentris, karena algoritma kontrol memerlukan pengukuran elektrofluometrik untuk kontrol. Beberapa solusi desain tersedia untuk pengukuran arus terisolasi menggunakan amplifier/modulator dan catu daya yang diisolasi dari shunt eksternal.
Konverter daya perlu mengukur arus di jaringan untuk melihat apakah arus sefase dengan tegangan. Dengan mengukur arus dan voltase, selain mengontrol arus pengisian baterai, operasi inverter dan fungsi proteksi beban berlebih juga dikontrol.
Kesimpulan
Inverter hibrida, yang melakukan konversi daya dua arah antara AC/DC dan DC/DC, diharapkan dapat menggantikan inverter surya tradisional di tahun-tahun mendatang. Perancang inverter surya akan dapat mencapai konversi daya dengan daya keluaran dan rentang tegangan yang lebar dengan menggunakan inverter hibrida.
Meningkatkan voltase baterai dan memperluas rentang voltase adalah masalah penting untuk inverter surya yang kompatibel dengan penyimpanan energi. Dengan komponen penting seperti kontrol komputer mikro dan semikonduktor celah pita lebar dengan driver dan perlindungan gerbang bawaan, tegangan sel yang lebih tinggi dan lebih lebar ini dapat didukung selain kebutuhan akan efisiensi tinggi dan konveksi alami.
