Πηγή: cleanenergyreview
Τι είναι η σύζευξη ac ή DC
Ac ή DC σύζευξη αναφέρεται στον τρόπο ηλιακούς συλλέκτες συνδέονται ή συνδέονται με μια αποθήκευση ενέργειας ή σύστημα μπαταρίας.
Ο τύπος ηλεκτρικής σύνδεσης μεταξύ μιας ηλιακής συστοιχίας και μιας μπαταρίας μπορεί να είναι είτε εναλλασσόμενο ρεύμα (ΕΝΑΛΛΑΣΣΌΜΕΝΟ ΡΕΎΜΑ) είτε άμεσο ρεύμα (ΣΥΝΕΧΈΣ ΡΕΎΜΑ). AC είναι όταν το ρεύμα ρέει γρήγορα προς τα εμπρός και προς τα πίσω (αυτό είναι που το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιεί για να λειτουργήσει) και DC είναι όπου το ρεύμα ρέει προς μία κατεύθυνση. Τα περισσότερα ηλεκτρονικά κυκλώματα χρησιμοποιούν dc, ενώ οι ηλιακοί συλλέκτες παράγουν DC, και οι μπαταρίες αποθηκεύουν ενέργεια DC. Ωστόσο, οι περισσότερες ηλεκτρικές συσκευές λειτουργούν με ac. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο όλα τα σπίτια και οι επιχειρήσεις έχουν κυκλώματα AC. DC μπορεί να μετατραπεί σε AC χρησιμοποιώντας ένα μετατροπέα, αλλά, όπως εξηγείται παρακάτω κάποια ενέργεια χάνεται πάντα στη μετατροπή.
Η ηλιακή εξέλιξη μπαταριών
Τα απλά συνδεόμενα dc ηλιακά συστήματα μπαταριών χρησιμοποιήθηκαν μιά φορά μόνο για τα μακρινά συστήματα δύναμης και τα σπίτια off-grid, αλλά κατά τη διάρκεια της τελευταίας τεχνολογίας αναστροφέων δεκαετίας προώθησε γρήγορα και οδήγησε στην ανάπτυξη των νέων συνδυαζόμενων συνδυασμών συνδεόμενα υαλοφορικών διαμορφώσεων ενέργειας εναλλασσόμενου ρεύματος. Εντούτοις, τα συνδεμένος dc συστήματα είναι μακριά από τα νεκρά, στην πραγματικότητα η χρέωση ενός συστήματος μπαταριών χρησιμοποιώντας έναν ηλιακό ελεγκτή δαπανών ή έναν υβριδικό ηλιακό αναστροφέα είναι ακόμα η αποδοτικότερη μέθοδος διαθέσιμη.
Τα τελευταία χρόνια η τεχνολογία μπαταριών έχει βελτιωθεί σημαντικά με πολλούς νέους τύπους μπαταριών λίθιου που προκύπτουν δεδομένου ότι οι κατασκευαστές ερευνούν τους διαφορετικούς τρόπους να προστεθούν ή να ζευγαώσουν τις μπαταρίες στα νέα ή υπάρχοντα ηλιακά συστήματα. Το αρχικό Tesla Powerwall ήταν το πρώτο σύστημα μπαταριών «υψηλής τάσης» DC. Από τότε οι μπαταρίες υψηλότερης τάσης (200-500V) έχουν γίνει όλο και πιο δημοφιλείς και χρησιμοποιούνται με εξειδικευμένους υβριδικούς μετατροπείς. Πιο πρόσφατα, οι μπαταρίες AC έχουν αναπτυχθεί από πολλούς κορυφαίους κατασκευαστές ηλιακής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των Tesla, Sonnen και Enphase.
Με τις πολλές σύνθετες ποικιλίες των συστημάτων αποθήκευσης μπαταριών τώρα διαθέσιμα, εδώ εξηγούμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα κάθε τύπου.
Οι 4 κύριοι τύποι ηλιακών συστημάτων μπαταριών
Dc συστήματα συνδεδεμένα
Συνδεδεμένα συστήματα εναλλασσόμενου ρεύματος
Συστήματα μπαταριών εναλλασσόμενου ρεύματος
Υβριδικά συστήματα μετατροπέων
Σημείωση: Μόνο τα συνδεδεμένα συστήματα dc ή AC χρησιμοποιούνται γενικά για ηλιακές εγκαταστάσεις εκτός δικτύου. Εξηγούμε τους παρακάτω λόγους, καθώς και μια σύγκριση του AC vs DC συζευγμωμένο ηλιακή για off-grid συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας.
Σημαντικό: Αυτόείναι ένας οδηγός μόνο! Για τις λιγότερο τεχνικές πληροφορίες δείτε το βασικό οδηγό για την επιλογή του εγχώριου πλέγματος-δεσμών ή του ηλιακού συστήματος μπαταριών σπίτι-πλέγματος. Τα ηλιακά συστήματα αποθήκευσης και τα συστήματα αποθήκευσης μπαταριών πρέπει να εγκατασταθούν από έναν εξουσιοδοτημένο ηλεκτρικό/ηλιακό επαγγελματία. Τα συστήματα αποθήκευσης ηλιακής/ενέργειας παράγουν και αποθηκεύουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας που μπορεί να προκαλέσουν ζημιές ή σοβαρούς τραυματισμούς εάν η εγκατάσταση δεν πληροί όλους τους σχετικούς κανονισμούς, πρότυπα και κατευθυντήριες γραμμές της βιομηχανίας.
1. DC συνδεδεμένα συστήματα
Dc συνδεδεμένα συστήματα έχουν χρησιμοποιηθεί για δεκαετίες σε εκτός δικτύου ηλιακές εγκαταστάσεις και μικρής χωρητικότητας αυτοκινήτων / συστήματα ισχύος βαρκάδα. Τα πιο συνηθισμένα dc συνδεδεμένα συστήματα χρησιμοποιούν ελεγκτές ηλιακής φόρτισης (επίσης γνωστή ως ηλιακή ρυθμιστικές αρχές) για να φορτίσετε μια μπαταρία απευθείας από την ηλιακή, καθώς και ένα μετατροπέα μπαταρίας για την παροχή εναλλασσόμενου ρεύματος στις οικιακές συσκευές.
Βασικό διάγραμμα διάταξης ενός dc συζευγμωμένο (εκτός δικτύου) ηλιακού συστήματος μπαταρίας
Για τα συστήματα μικροϋπολογιστών, όπως εκείνοι που χρησιμοποιούνται στα τροχόσπιτα/τις βάρκες ή τις καλύβες, οι απλοί ηλιακοί ελεγκτές τύπων PWM είναι πολύ χαμηλού κόστους τρόπος να συνδεθούν 1 ή 2 ηλιακοί συλλέκτες για να χρεώσουν μια μπαταρία 12 βολτ. PWM (διαμόρφωση πλάτους σφυγμού) οι ελεγκτές έρχονται σε πολλά διαφορετικά μεγέθη και κοστίζουν τόσο λίγα όπως $25 για μια μικρή έκδοση 10A.
Για τα μεγαλύτερα συστήματα, οι ελεγκτές ηλιακής φόρτισης MPPT είναι έως και 30% πιο αποδοτικοί και διατίθενται σε μια σειρά μεγεθών έως 100A. Αντίθετα από τους απλούς ελεγκτές PWM, τα συστήματα MPPT μπορούν να λειτουργήσουν στις πολύ υψηλότερες τάσεις σειράς, χαρακτηριστικά μέχρι 150 βολτ συνεχές ρεύμα. Εντούτοις αυτό είναι ακόμα σχετικά χαμηλό έναντι των ηλιακών μετατροπών σειράς πλέγματος-δεσμών που λειτουργούν 300-600V.
Ελεγκτές ηλιακής φόρτισης MPPT υψηλότερης τάσης MPPT
Οι ισχυρότεροι, ηλιακοί ελεγκτές υψηλότερης τάσης είναι διαθέσιμοι έως 250V από την Victron Energy και 300V από την AERL στην Αυστραλία. Υπάρχουν επίσης ακόμη υψηλότερες μονάδες 600V διαθέσιμες από schneider electric και Morningstar. Αυτοί είναι ακριβότεροι και δεν έχουν τις πολλαπλάσιες εισόδους MPPT όπως πολλούς ηλιακούς μετατροπείς σειράς που χρησιμοποιούνται στα συνδεόμενα εναλλασσόμενα συστήματα. Εντούτοις, ο ελεγκτής δαπανών MPPT είναι ακόμα ένας σχετικά φτηνός και πολύ ασφαλής τρόπος τις μπαταρίες χρεώνεται ακόμη και σε περίπτωση διακοπής ενός αναστροφέα εναλλασσόμενου ρεύματος - αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στις μακρινές θέσεις.
Πλεονεκτήματα
Πολύ υψηλή απόδοση - έως και 99% απόδοση φόρτισης μπαταρίας (με χρήση MPPT)
Μεγάλη ρύθμιση χαμηλού κόστους για συστήματα εκτός δικτύου μικρότερης κλίμακας έως 5kW
Ιδανικό για μικρά αυτόματα ή θαλάσσια συστήματα που απαιτούν μόνο 1 - 2 ηλιακούς συλλέκτες.
Modular - Επιπλέον πίνακες και ελεγκτές μπορούν εύκολα να προστεθούν, εάν απαιτείται.
Πολύ αποτελεσματικό για την τροφοδοσία συσκευών dc και φορτίων.
Εάν ένας πάροχος υπηρεσιών ηλεκτρικής ενέργειας περιορίζει ή περιορίζει τη επιτρεπόμενη χωρητικότητα ηλιακής σύνδεσης πλέγματος (δηλαδή 5kW max), μπορεί να προστεθεί πρόσθετη ηλιακή ενέργεια με τη σύζευξη ενός συστήματος μπαταριών dc.
Μειονεκτήματα
Πιο πολύπλοκα για τα συστήματα εγκατάστασης πάνω από 5kW, καθώς συχνά απαιτούνται πολλαπλές συμβολοσειρές παράλληλα, καθώς και τήξη συμβολοσειράς.
Μπορέστε να γίνετε ακριβοί για τα συστήματα επάνω από 5kW δεδομένου ότι οι πολλαπλάσιοι ηλιακοί ελεγκτές δαπανών υψηλότερης τάσης απαιτούνται.
Ελαφρώς χαμηλότερη αποδοτικότητα εάν τροφοδοτώντας τα μεγάλα φορτία εναλλασσόμενου ρεύματος κατά τη διάρκεια της ημέρας λόγω της μετατροπής από το συνεχές ρεύμα (PV) στο συνεχές ρεύμα (batt) στο εναλλασσόμενο ρεύμα.
Πολλοί ηλιακοί ελεγκτές δεν είναι συμβατοί με «διαχειριζόμενα» συστήματα μπαταριών λιθίου, όπως το LG Chem RESU ή byd B-Box.
2. Συνδεδεμένα συστήματα εναλλασσόμενου ρεύματος
Τα συνδεδεμένα συστήματα εναλλασσόμενου ρεύματος χρησιμοποιούν έναν ηλιακό μετατροπέα σειράς που συνδέεται με έναν προηγμένο multi-mode αναστροφέα ή έναν αναστροφέα/το φορτιστή για να διαχειριστούν την μπαταρία και το πλέγμα/τη γεννήτρια. Αν και σχετικά απλό στην εγκατάσταση και πολύ ισχυρό, είναι ελαφρώς λιγότερο αποτελεσματική (90-94%) στη φόρτιση μιας μπαταρίας σε σύγκριση με τα συστήματα συνδέων DC (98%). Εντούτοις, αυτά τα συστήματα είναι πολύ αποδοτικά στην τροφοδοσία των υψηλών φορτίων εναλλασσόμενου ρεύματος κατά τη διάρκεια της ημέρας και μερικοί μπορούν να επεκταθούν με τους πολλαπλάσιους ηλιακούς μετατροπείς για να διαμορφώσουν τα μικρο-πλέγματα.
Βασικό διάγραμμα διάταξης ενός συνδεδεμένου συστήματος ηλιακής μπαταρίας εναλλασσόμενου ρεύματος - Ρύθμιση γρατσουιού πλέγματος (υβριδικό)
Τα περισσότερα σύγχρονα σπίτια off-grid χρησιμοποιούν τα συνδυασμένα εναλλασσόμενα συστήματα λόγω του προηγμένου multi-mode inverter/φορτιστές, των ελέγχων γεννητριών και των χαρακτηριστικών γνωρισμάτων ενεργειακής διαχείρισης. Επίσης, δεδομένου ότι string ηλιακούς μετατροπείς λειτουργούν με υψηλές τάσεις DC (600V ή υψηλότερη), μεγαλύτερες ηλιακές συστοιχίες μπορούν εύκολα να εγκατασταθούν. Η σύζευξη εναλλασσόμενου ρεύματος είναι επίσης κατάλληλη για μεσαία έως μεγάλα τριφασικά εμπορικά συστήματα.
Πλεονεκτήματα
Υψηλότερη απόδοση όταν χρησιμοποιείται για να τροφοδοτήσει τις συσκευές εναλλασσόμενου ρεύματος κατά τη διάρκεια της ημέρας όπως ο κλιματισμός, οι αντλίες λιμνών, και τα συστήματα ζεστού νερού, (μέχρι 96%).
Γενικά χαμηλότερο κόστος εγκατάστασης για μεγαλύτερα συστήματα άνω των 5kW.
Μπορέστε να χρησιμοποιήσετε τους πολλαπλάσιους ηλιακούς μετατροπείς σειράς στις πολλαπλάσιες θέσεις (συνδυαζόμενα μικρο-πλέγματα εναλλασσόμενου ρεύματος)
Οι περισσότεροι ηλιακοί μετατροπείς σειράς επάνω από 3kW έχουν τις διπλές εισόδους MPPT, έτσι οι σειρές των επιτροπών μπορούν να εγκατασταθούν στους διαφορετικούς προσανατολισμούς και τις γωνίες κλίσης.
Τα προηγμένα συνδεδεμένα συστήματα εναλλασσόμενου ρεύματος μπορούν να χρησιμοποιήσουν ένα συνδυασμό εναλλασσόμενου ρεύματος και dc σύζευξης (Σημείωση: αυτό δεν είναι δυνατό με ορισμένες μπαταρίες λιθίου)
Μειονεκτήματα
Χαμηλότερη απόδοση κατά τη φόρτιση ενός συστήματος μπαταρίας - περίπου 92%
Ποιότητα Ηλιακή μετατροπείς μπορεί να είναι ακριβό για τα μικρά συστήματα.
Χαμηλότερη απόδοση κατά την τροφοδοσία άμεσων φορτίων DC κατά τη διάρκεια της ημέρας.
3. Μπαταρίες εναλλασσόμενου ρεύματος
Οι μπαταρίες εναλλασσόμενου ρεύματος είναι μια νέα εξέλιξη στην αποθήκευση μπαταριών για τα συνδεδεμένα δίκτυο σπίτια που επιτρέπουν στις μπαταρίες για να συνδεθούν εύκολα με τη νέα ή υπάρχουσα ηλιακή εγκατάσταση σας. Οι μπαταρίες εναλλασσόμενου ρεύματος αποτελούνται από τα κύτταρα μπαταριών λίθιου, ένα σύστημα διαχείρισης μπαταριών (BMS) και το inverter/το φορτιστή όλα σε μια συμπαγή μονάδα.
Αυτά τα συστήματα συνδυάζουν μια μπαταρία DC με ένα AC μπαταρία Inverter, αλλά έχουν σχεδιαστεί μόνο για το δίκτυο που συνδέονται με τα συστήματα, όπως η (transformerless) μετατροπείς είναι συνήθως δεν είναι αρκετά ισχυρό για να τρέξει τα περισσότερα σπίτια εντελώς off-grid. Η πιο γνωστή μπαταρία ac είναι το Tesla Powerwall 2, μαζί με το SonnenBatterie που είναι πιο κοινό στην Ευρώπη και την Αυστραλία. Η κύρια επιχείρηση enphase ενεργειακών inphase αναστροφέων μικροϋπολογιστών επίσης κατασκευαστής ένα πολύ συμπαγές σύστημα μπαταριών εναλλασσόμενου ρεύματος για την εγχώρια χρήση. Αυτά τα συστήματα είναι γενικά απλά να εγκαταστήσουν, μορφωματικά και μια από τις οικονομικότερες επιλογές για την αποθήκευση της ηλιακής ενέργειας για τη μεταγενέστερη χρήση.
Βασικό διάγραμμα διάταξης μιας μπαταρίας εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνδυασμό με ένα ηλιακό σύστημα AC - Grid-tie (δεν εμφανίζεται αντίγραφο ασφαλείας)
Εναλλασσόμενοι μετατροπείς μπαταριών εναλλασσόμενου ρεύματος
Μια πιο πρόσφατη τάση είναι να χρησιμοποιήσετε ένα «εκ των υστέρων εξοπλισμού» ac ζεύξης αναστροφέα για να δημιουργήσετε ένα σύστημα μπαταρίας AC. Τα συστήματα αυτά χρησιμοποιούν ένα εξειδικευμένο ac συζευγμωμένο μετατροπέα μπαταρίας, όπως η SMA ηλιόλουστη αποθήκευση αγόρι μαζί με μια κοινή μπαταρία DC, όπως η δημοφιλής LG chem RESU.
Πλεονεκτήματα
Εύκολη μετασκευή - μπορεί να προστεθεί σε σπίτια με μια υπάρχουσα ηλιακή εγκατάσταση
Οικονομικός τρόπος για να προσθέσετε αποθήκευση ενέργειας.
Γενικά απλό να εγκαταστήσει.
Αρθρωτό σύστημα για να καταστεί δυνατή η επέκταση.
Μειονεκτήματα
Χαμηλότερη απόδοση λόγω μετατροπής (DC - AC - DC) - περίπου 90%
Ορισμένες μπαταρίες εναλλασσόμενου ρεύματος δεν μπορούν να λειτουργήσουν ως εφεδρική παροχή (Enphase)
Δεν έχει σχεδιαστεί για εγκαταστάσεις εκτός δικτύου.
4. Υβριδικά συστήματα μετατροπέων
Τα υβριδικά συστήματα μπορούν να περιγραφούν ως συνδεδεμένα με το δίκτυο dc συζευγμένα ηλιακά συστήματα μπαταριών. Έρχονται σε πολλές διαφορετικές διαμορφώσεις και συνήθως χρησιμοποιούν ένα υβριδικό ή πολλαπλών λειτουργιών μετατροπέα. Οι σύγχρονοι υβριδικοί μετατροπείς ενσωματώνουν τον ελεγκτή/s MPPT υψηλής τάσης και το μετατροπέα μπαταριών/τους φορτιστές μέσα σε μια κοινή μονάδα. Οι υβριδικοί μετατροπείς πρώτης γενιάς ήταν συμβατοί με συστήματα μπαταριών μολύβδου-οξέος ή λιθίου 48V, ωστόσο τα τελευταία χρόνια τα υβριδικά συστήματα υψηλότερης τάσης (400V+) έχουν γίνει όλο και πιο δημοφιλή.
Υψηλή τάση ή χαμηλή τάση; Οι μπαταρίες «υψηλής τάσης» νέας γενιάς λειτουργούν στην περιοχή των 300-500V DC (400V ονομαστικές) σε αντίθεση με τα παραδοσιακά συστήματα μπαταριών 48V. Αυτό προσφέρει διάφορα πλεονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένης της αυξανόμενης αποδοτικότητας δεδομένου ότι η ηλιακή σειρά λειτουργεί χαρακτηριστικά σε 300-600V που είναι πολύ παρόμοια με την τάση μπαταριών.
Οι μπαταρίες υψηλότερης τάσης νέας γενιάς (400V) και οι συμβατοί υβριδικοί μετατροπείς χρησιμοποιούν συστήματα μπαταριών λιθίου που λειτουργούν μεταξύ 200-500V DC, αντί για 48V. Οι μπαταρίες υψηλότερης τάσης μπορούν να διαμορφωθούν με δύο διαφορετικούς τρόπους:
DC σε συνδυασμό μεταξύ της ηλιακής συστοιχίας και του μετατροπέα.
Dc σε απευθείας σύνδεση με ένα συμβατό υβριδικό μετατροπέα (όπως φαίνεται παρακάτω).
Δεδομένου ότι οι περισσότερες ηλιακές συστοιχίες λειτουργούν σε υψηλές τάσεις περίπου 300-600V, μπαταρίες υψηλής τάσης χρησιμοποιούν αποδοτικούς dc-DC μετατροπείς με πολύ χαμηλές απώλειες. Η πρώτη γενεά Tesla Powerwall ήταν η πρώτη μπαταρία 400V διαθέσιμη και ζευγάρωσε με το δημοφιλές υβριδικό αναστροφέα SolarEdge Storedge.
Η νέα σειρά μπαταριών CHEM RESUH της LG είναι τώρα ένα από τα δημοφιλέστερα συστήματα μπαταριών της LV 400V διαθέσιμα που είναι συμβατά με πολλούς υβριδικούς μετατροπείς συμπεριλαμβανομένου SolarEdge Storedge, της ηλιόλουστης αποθήκευσης αγοριών SMA και του solax Χ-υβριδικού gen 3.
Βασικό διάγραμμα διάταξης ενός υβριδικού ηλιακού μετατροπέα με σύστημα μπαταρίας DC
Πλεονεκτήματα
Οικονομική και απλή στην εγκατάσταση
Συμπαγείς, αρθρωτές επιλογές μπαταρίας
Μικρότερο μέγεθος καλωδίων και χαμηλές απώλειες χρησιμοποιώντας συστήματα μπαταριών υψηλής τάσης (συστήματα μπαταριών 400V)
Μπορεί να τοποθετηθεί εκ των υστέρων σε «ορισμένες» υπάρχουσες ηλιακές εγκαταστάσεις.
Φόρτιση μπαταρίας υψηλής απόδοσης - περίπου 95%
Αυξανόμενος αριθμός υβριδικών μετατροπέων που καθίστανται διαθέσιμοι
Μειονεκτήματα
Ορισμένα συστήματα δεν μπορούν να λειτουργήσουν ως εφεδρική παροχή ηλεκτρικού ρεύματος
Πολλά συστήματα με back-up έχουν καθυστέρηση 3-5 δευτερολέπτων κατά τη διάρκεια μιας διακοπής ρεύματος
Γενικά δεν είναι κατάλληλο για εγκαταστάσεις εκτός δικτύου λόγω μετασχηματιστών υβριδικών μετατροπέων με χαμηλή βαθμολογία κύματος και χωρίς χειριστήρια γεννητριών.
