Com funcionen junts les bateries, els inversors i els panells solars d'emmagatzematge d'energia?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Estructura general del sistema i principis de subdivisió de components

 

Els tres components bàsics de tot el sistema són: mòduls fotovoltaics (plaques solars),bateries de liti d'emmagatzematge d'energia, i inversors d'emmagatzematge d'energia bidireccional (PCS). Els accessoris de suport inclouen: caixes combinadores de CC, disjuntors, comptadors d'electricitat, armaris de distribució, interfícies de xarxa i càrregues domèstiques.

 

1. Principis de funcionament subjacents de cada component

 

(1) Panells solars fotovoltaics (unitats de generació d'energia)

 

Els panells estan formats per un gran nombre de cèl·lules fotovoltaiques connectades en sèrie/paral·lel, en funció de l'efecte fotovoltaic: els fotons de la llum solar incideixen en els semiconductors de silici, excitant electrons per formar corrent continu direccional;

 

● Característiques de sortida: Potència CC pura; la tensió fluctua significativament amb la intensitat de la llum i la temperatura; alta tensió al migdia, baixa tensió a primera hora del matí/vespre i els dies ennuvolats;

 

● No es pot connectar directament als electrodomèstics (alimentació domèstica de 220 V CA), no es pot connectar directament a les bateries (desajustament de voltatge i la manca de protecció de càrrega provocaran protuberància i dany);

 

● Múltiples plaques connectades en sèrie augmenten la tensió total de CC, i connectades en paral·lel augmenten el corrent de càrrega total.

 

(2) Bateria d'emmagatzematge d'energia (unitat d'emmagatzematge d'energia, fosfat de ferro de liti principal)

 

Internament, consta de cel·les → mòduls →paquets de bateries + BMS (Battery Management System):

 

1) Funcions bàsiques del BMS: equilibri de la tensió de la cel·la, sobrecàrrega/sobre-descàrrega/sobreintensitat/protecció d'alta temperatura i informes en temps real-del SOC restant;

 

2) Forma d'energia: només pot emmagatzemar i produir potència de CC;

 

3) Càrrega: l'energia DC fotovoltaica inestable de baixa tensió només es pot carregar de manera segura després d'haver estat estabilitzada per l'inversor;

 

4) Descàrrega: emet una potència de CC estable a l'inversor per a la inversió i l'augment de tensió.

 

(3) Inversor d'emmagatzematge d'energia bidireccional PCS (Nucli de control del sistema)

 

Els inversors fotovoltaics normals només converteixen DC a AC; l'emmagatzematge d'energia PCS és un convertidor de potència bidireccional amb dos circuits:

 

1) Canal inversor (DC→AC): fotovoltaic/bateria DC → impuls, filtre → potència de CA sinusoïdal estàndard de 220V/380V per subministrar electrodomèstics;

 

2) Canal rectificador (AC→DC): potència CA de la xarxa → rectificació reduïda -baixada → potència CC estable per carregar la bateria (emmagatzematge d'electricitat fora de-punt màxim);

 

3)-xip de control principal integrat:-adquisició en temps real d'energia fotovoltaica, SOC de la bateria, potència de càrrega domèstica i tensió de xarxa; assignació automàtica d'energia a nivell de mil·lisegons-i canvi de modes de funcionament.

 

Comparació de paràmetres bàsics i funcions dels tres components bàsics:

 

Components	Tipus d'energia	Funcions bàsiques	Paràmetres clau	Limitacions de funcionament
Plaques solars fotovoltaiques	Sortides de CC només	L'energia solar es converteix en energia elèctrica; aquesta és l'única font de generació d'energia del sistema.	Potència màxima, tensió de circuit obert-, corrent de curt-circuit, eficiència de conversió	No es genera electricitat sense llum; la tensió de sortida varia amb la llum i la temperatura.
Bateria d'emmagatzematge d'energia	Emmagatzema/sortida d'energia de CC	Emmagatzema l'excés d'energia elèctrica per al subministrament elèctric durant els períodes de foscor.	Potència kWh, tensió nominal, interval de càrrega i descàrrega SOC, cicle de vida	La sobrecàrrega i la sobre{0}}descàrrega estan prohibides; Només es permet la càrrega i descàrrega de CC.
Inversor d'emmagatzematge d'energia bidireccional PCS	Convertidor bidireccional AC/DC	Distribució d'energia, regulació de tensió, control de càrrega i descàrrega, protecció de connexió a la xarxa	Potència nominal AC/DC, eficiència de conversió bidireccional, protecció d'illa, seguiment MPPT	El centre central per al control coordinat de la fotovoltaica, les bateries i la xarxa elèctrica

 

 

 

 

 

Flux de corrent complet en 4 condicions de funcionament

 

Condició 1: Dia assolellat amb molta llum solar, generació d'energia fotovoltaica > Consum d'electricitat de la llar

 

1. Els panells solars generen una potència de CC fluctuant → recollida a la caixa combinadora de CC → terminal d'entrada de CC de PCS;

 

2. Primer pas de PCS: converteix una part de la potència de CC en energia de CA, prioritzant el subministrament a tots els electrodomèstics;

 

3. L'excés de potència de CC restant, després d'haver estat regulat i{1}}limitat pel PCS, s'introdueix per carregar la bateria d'emmagatzematge d'energia. El BMS controla el corrent i la tensió de càrrega en temps real;

 

4. Un cop la bateria està completament carregada (SOC 100%), el PCS desconnecta automàticament el circuit de càrrega i l'excés d'energia es retorna a la xarxa nacional per a la venda.

 

 

Condició 2: llum solar moderada, la generació d'energia fotovoltaica és igual a la càrrega domèstica

 

Tota la potència de CC del sistema fotovoltaic es converteix en energia de CA per a l'ús de l'aparell. La bateria roman inactiva, ni es carrega ni es descarrega, sense interacció amb la xarxa.

 

 

Condició de funcionament 3: nit/ennuvolat/dia plujós, sense generació d'energia solar

 

1. L'energia solar no té sortida de CC; el PCS detecta una manca d'energia.

 

2. S'envia una ordre de descàrrega al BMS de la bateria; la bateria emet una potència de CC estable al PCS.

 

3. El PCS realitza la inversió, donant sortida de corrent alterna a la càrrega domèstica.

 

4. Quan la càrrega de la bateria baixa al límit inferior (SOC 20%), el PCS atura la descàrrega de la bateria i passa automàticament a l'alimentació de la xarxa.

 

 

Condició de funcionament 4: apagat-Emmagatzematge màxim d'energia (preus baixos de l'electricitat a la nit) + Còpia de seguretat per tall d'energia

 

1. A la nit, sense llum solar, el PCS extreu energia de CA de la xarxa, la rectifica en una potència de CC estable per carregar la bateria.

 

2. Tall sobtat d'energia: el PCS activa la protecció d'illa, desconnectant-se de la xarxa. Només l'energia solar (amb llum solar) i la bateria funcionen de manera independent, evitant la transmissió d'energia inversa que podria perjudicar el personal de manteniment de la xarxa.

 

3. Després de restaurar la xarxa, el sistema es sincronitza automàticament i es torna a connectar a la xarxa, reprenent el funcionament normal.

 

 

Taula lògica de distribució d'energia per a quatre condicions de funcionament:

 

Tecnologies bàsiques complementàries clau

 

1. Seguiment del punt de màxima potència (MPPT) (integrat en PCS): la tensió fotovoltaica fluctua molt. MPPT ajusta la impedància en temps real, assegurant que els panells fotovoltaics sempre emetin la màxima potència sota la llum solar actual, augmentant la generació d'energia entre un 15% i un 30%.

 

2. Comunicació i enllaç BMS i PCS: el BMS de la bateria transmet dades de voltatge, temperatura i SOC a l'inversor en temps real. L'inversor ajusta la potència de càrrega/descàrrega en funció de l'estat de la bateria per evitar danys a les cèl·lules.

 

3. Pèrdua de conversió Explicació: la pèrdua de càrrega fotovoltaica de CC a CA és d'aproximadament un 3%-6%; La pèrdua de càrrega de la xarxa AC a la bateria DC és del 4% al 7%. Els PCS d'alta qualitat de la indústria aconsegueixen una eficiència de conversió completa superior o igual al 96%.

 

 

Comparació dels components dels sistemes d'emmagatzematge d'energia-connectats a la xarxa i els sistemes d'emmagatzematge d'energia fora de la xarxa-:

 

Elements de comparació	Sistema d'emmagatzematge d'energia-connectat a la xarxa (normal per a ús domèstic)	Sistema d'emmagatzematge d'energia fora-de xarxa (zones sense xarxa elèctrica)
Inversor	PCS connectats a la xarxa bidireccional-amb funció de connexió-de xarxa síncrona	Inversor d'emmagatzematge d'energia fora-de xarxa, sense mòdul-connectat a la xarxa
Requisits de capacitat de la bateria	És una mica petit; si no hi ha alimentació, podeu canviar a l'alimentació de CA.	Les bateries de gran-capacitat s'han de combinar amb el consum d'energia-dia.
Processament d'excés de potència	L'electricitat es transmet a la xarxa elèctrica i es ven.	Equipar-se amb una resistència de descàrrega consumeix un excés d'energia.
Capacitat de tall elèctric	Font d'alimentació independent{0}}mode illa a curt termini	Tot el procés es basa en la fotovoltaica i les bateries per a l'autosuficiència.
cost	Potència-mitjana, adequada per a usuaris urbans amb xarxes elèctriques.	Gran altitud, adequat per al seu ús en zones muntanyoses i pastorals remotes

 

 

 

Resum simplificat (per facilitar la comprensió i la memorització)

 

1. Els panells fotovoltaics són els encarregats de "generar electricitat", produint només corrent continu inestable (DC).

 

2. Les bateries d'emmagatzematge d'energia s'encarreguen d'"emmagatzemar electricitat", emmagatzemar només DC, solucionant el problema de no generar energia a la nit.

 

3. L'inversor d'emmagatzematge d'energia (PCS) és el "gestor d'enviament", que completa la conversió bidireccional AC/DC i distribueix automàticament l'energia dels panells fotovoltaics, les bateries i la xarxa. Tot el sistema no pot funcionar de manera normal i estable sense cap d'aquests components.