باتری های ذخیره انرژی، اینورترها و پنل های خورشیدی چگونه با هم کار می کنند؟

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ساختار کلی سیستم و اصول زیربخش اجزا

 

سه جزء اصلی کل سیستم عبارتند از: ماژول های فتوولتائیک (پانل های خورشیدی)،باتری های لیتیومی ذخیره انرژیو اینورترهای ذخیره انرژی دو طرفه (PCS). لوازم جانبی پشتیبانی عبارتند از: جعبه های ترکیب کننده DC، قطع کننده های مدار، کنتورهای برق، کابینت های توزیع، رابط های شبکه و بارهای خانگی.

 

1. اصول کار اساسی هر جزء

 

(1) پانل های فتوولتائیک خورشیدی (واحدهای تولید برق)

 

پانل ها از تعداد زیادی سلول فتوولتائیک تشکیل شده اند که به صورت سری/موازی و بر اساس اثر فتوولتائیک به هم متصل شده اند: فوتون های نور خورشید به نیمه هادی های سیلیکونی برخورد می کنند، الکترون های هیجان انگیز برای تشکیل جریان مستقیم جهت دار.

 

● ویژگی های خروجی: توان DC خالص. ولتاژ به طور قابل توجهی با شدت نور و دما نوسان می کند. ولتاژ بالا در ظهر، ولتاژ پایین در اوایل صبح / عصر و در روزهای ابری.

 

● نمی توان مستقیماً به لوازم خانگی وصل شد (برق 220 ولت متناوب خانگی)، نمی توان مستقیماً به باتری ها وصل شد (عدم تطابق ولتاژ و عدم محافظت از شارژ باعث برآمدگی و آسیب می شود).

 

● چند برد متصل به صورت سری ولتاژ DC کل را افزایش می دهد و به صورت موازی وصل شده جریان شارژ کل را افزایش می دهد.

 

(2) باتری ذخیره انرژی (واحد ذخیره انرژی، جریان اصلی فسفات آهن لیتیوم)

 

در داخل از سلول ها → ماژول ها → تشکیل شده استبسته های باتری + BMS (سیستم مدیریت باتری):

 

1) عملکردهای اصلی BMS: متعادل کردن ولتاژ سلول، شارژ بیش از حد-تخلیه/جریان اضافه/حفاظت در دمای بالا، و گزارش زمان واقعی-SOC باقیمانده.

 

2) شکل انرژی: فقط می تواند برق DC را ذخیره و خروجی کند.

 

3) شارژ: برق DC فتوولتائیک ناپایدار با ولتاژ پایین فقط پس از تثبیت شدن توسط اینورتر می‌تواند با خیال راحت شارژ شود.

 

4) تخلیه: توان DC پایدار را برای وارونگی و افزایش ولتاژ به اینورتر می دهد.

 

(3) PCS اینورتر ذخیره انرژی دو طرفه (هسته کنترل سیستم)

 

اینورترهای فتوولتائیک معمولی فقط DC را به AC تبدیل می کنند. PCS ذخیره انرژی یک مبدل قدرت دو طرفه با دو مدار است:

 

1) کانال اینورتر (DC→AC): فتوولتائیک/باتری DC → تقویت، فیلتر → برق AC سینوسی استاندارد 220V/380V برای تامین لوازم خانگی.

 

2) کانال یکسو کننده (AC→DC): برق AC شبکه → مرحله-اصلاح پایین → توان DC پایدار برای شارژ باتری (خاموش-ذخیره‌سازی پیک برق).

 

3)-تراشه کنترل اصلی داخلی:-دستیابی به زمان واقعی برق فتوولتائیک، SOC باتری، توان بار خانگی، و ولتاژ شبکه. تخصیص خودکار توان در سطح میلی ثانیه-و تغییر حالت های عملیاتی.

 

مقایسه پارامترها و عملکردهای اصلی سه جزء اصلی:

 

اجزاء	نوع انرژی	توابع اصلی	پارامترهای کلیدی	محدودیت های عملیاتی
پانل های فتوولتائیک خورشیدی	خروجی DC فقط	انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. این تنها منبع تولید برق سیستم است.	حداکثر توان،-ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه-، راندمان تبدیل	هیچ برقی بدون نور تولید نمی شود. ولتاژ خروجی با نور و دما تغییر می کند.
باتری ذخیره انرژی	ذخیره/خروجی برق DC	انرژی الکتریکی اضافی را برای تامین برق در دوره های تاریکی ذخیره کنید.	ظرفیت کیلووات ساعت، ولتاژ اسمی، فاصله شارژ و دشارژ SOC، عمر چرخه	شارژ بیش از حد و{0}}تخلیه بیش از حد ممنوع است. شارژ و دشارژ DC فقط مجاز است.
PCS اینورتر ذخیره انرژی دوطرفه	مبدل دو طرفه AC/DC	توزیع برق، تنظیم ولتاژ، کنترل شارژ و دشارژ، حفاظت از اتصال به شبکه	توان نامی AC/DC، راندمان تبدیل دو طرفه، حفاظت جزیره ای، ردیابی MPPT	هاب مرکزی برای کنترل هماهنگ فتوولتائیک، باتری ها و شبکه برق

 

 

 

 

 

جریان کامل تحت 4 شرایط عملیاتی

 

شرایط 1: روز آفتابی با نور کافی خورشید، تولید برق فتوولتائیک > مصرف برق خانگی

 

1. پانل های خورشیدی نوسان برق DC → جمع آوری شده در جعبه ترکیب کننده DC → ترمینال ورودی DC PCS تولید می کنند.

 

2. PCS مرحله اول: بخشی از برق DC را به برق AC تبدیل می کند و تامین تمام لوازم خانگی را در اولویت قرار می دهد.

 

3. نیروی مازاد DC باقیمانده، پس از تنظیم و محدود شدن جریان توسط PCS، برای شارژ باتری ذخیره انرژی وارد می شود. BMS جریان و ولتاژ شارژ را در زمان واقعی نظارت می کند.

 

4. هنگامی که باتری به طور کامل شارژ شد (SOC 100%)، PCS به طور خودکار مدار شارژ را قطع می کند و نیروی اضافی برای فروش به شبکه ملی بازگردانده می شود.

 

 

شرایط 2: نور خورشید متوسط، تولید برق فتوولتائیک فقط برابر با بار خانگی است

 

تمام برق DC از سیستم فتوولتائیک برای استفاده در دستگاه به برق AC تبدیل می شود. باتری بیکار می ماند، نه شارژ می شود و نه تخلیه می شود، بدون تعامل با شبکه.

 

 

شرایط عملیاتی 3: شب / ابری / روز بارانی، بدون تولید انرژی خورشیدی

 

1. انرژی خورشیدی خروجی DC ندارد. PCS کمبود برق را تشخیص می دهد.

 

2. یک فرمان تخلیه به BMS باتری ارسال می شود. باتری برق DC پایدار را به PCS می دهد.

 

3. PCS وارونگی را انجام می دهد و برق متناوب را به بار خانگی خروجی می دهد.

 

4. هنگامی که شارژ باتری به حد پایین (SOC 20٪) کاهش می یابد، PCS تخلیه باتری را متوقف می کند و به طور خودکار به برق برق می رود.

 

 

شرایط عملیاتی 4: خاموش-ذخیره‌سازی اوج انرژی (قیمت‌های پایین برق در شب) + پشتیبان قطع برق

 

1. در شب، بدون نور خورشید، PCS برق متناوب را از شبکه می گیرد، آن را به برق DC ثابت برای شارژ باتری تبدیل می کند.

 

2. قطع ناگهانی برق: PCS حفاظت جزیره ای را فعال می کند و از شبکه جدا می شود. فقط برق خورشیدی (با نور خورشید) و باتری به طور مستقل کار می کنند و از انتقال معکوس برق که می تواند به پرسنل تعمیر و نگهداری شبکه آسیب برساند، جلوگیری می کند.

 

3. پس از بازیابی شبکه، سیستم به طور خودکار همگام شده و مجدداً به شبکه متصل می شود و کار عادی خود را از سر می گیرد.

 

 

جدول منطق توزیع توان برای چهار شرایط عملیاتی:

 

فن آوری های اصلی مکمل کلیدی

 

1. حداکثر توان ردیابی (MPPT) (ادغام شده در PCS): ولتاژ فتوولتائیک به شدت نوسان می کند. MPPT امپدانس را در زمان واقعی تنظیم می کند و اطمینان حاصل می کند که پانل های فتوولتائیک همیشه حداکثر توان را در زیر نور خورشید فعلی تولید می کنند و تولید برق را 15٪ -30٪ افزایش می دهد.

 

2. ارتباط و اتصال BMS و PCS: BMS باتری داده های ولتاژ، دما و SOC را به صورت بلادرنگ به اینورتر ارسال می کند. اینورتر قدرت شارژ/دشارژ را بر اساس وضعیت باتری تنظیم می کند تا از آسیب سلولی جلوگیری کند.

 

3. تلفات تبدیل توضیح: تلفات شارژ فتوولتائیک DC به AC تقریباً 3%-6% است. از دست دادن شارژ شبکه AC به باتری DC 4٪ -7٪ است. PCS با کیفیت بالا در صنعت به راندمان تبدیل جامعی بیش از یا مساوی 96% دست می یابد.

 

 

مقایسه مولفه‌ها در سیستم‌های ذخیره انرژی متصل به شبکه-در مقابل سیستم‌های ذخیره انرژی خاموش{2}}شبکه:

 

موارد مقایسه	شبکه-سیستم ذخیره انرژی متصل (جریان اصلی برای استفاده خانگی)	سیستم ذخیره انرژی خاموش-شبکه (مناطق بدون شبکه برق)
اینورتر	شبکه دوطرفه-PC متصل با شبکه همگام{{1}عملکرد اتصال	اینورتر ذخیره انرژی خاموش-شبکه، بدون ماژول متصل به شبکه
ظرفیت باتری مورد نیاز	کمی کوچک است؛ اگر برق وجود ندارد، می توانید به برق متناوب تغییر دهید.	باتری‌های با ظرفیت بزرگ-باید با مصرف برق تمام روز مطابقت داده شوند.
پردازش توان اضافی	برق به شبکه برق منتقل شده و فروخته می شود.	تجهیز به مقاومت تخلیه انرژی مازاد مصرف می کند.
قابلیت قطع برق	منبع تغذیه مستقل کوتاه مدت-حالت جزیره	کل فرآیند برای خودکفایی{0}}به فتوولتائیک و باتری ها متکی است.
هزینه	استحکام متوسط-، مناسب برای کاربران شهری دارای شبکه برق.	ارتفاع زیاد، مناسب برای استفاده در مناطق دورافتاده کوهستانی و مرتعی

 

 

 

خلاصه ساده (برای درک و به خاطر سپردن آسانتر)

 

1. پانل های فتوولتائیک مسئول "تولید الکتریسیته" هستند و فقط جریان مستقیم ناپایدار (DC) تولید می کنند.

 

2. باتری های ذخیره انرژی وظیفه "ذخیره برق" را بر عهده دارند، فقط DC را ذخیره می کنند و مشکل عدم تولید برق در شب را حل می کنند.

 

3. اینورتر ذخیره انرژی (PCS) "مدیر اعزام" است که تبدیل دو طرفه AC/DC را تکمیل می کند و به طور خودکار برق را از پانل های فتوولتائیک، باتری ها و شبکه توزیع می کند. کل سیستم بدون هیچ یک از این اجزا نمی تواند به طور عادی و پایدار کار کند.