כיצד פועלים יחד סוללות, ממירים ופאנלים סולאריים לאחסון אנרגיה?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

מבנה כללי של המערכת ועקרונות המשנה של רכיבים

 

שלושת מרכיבי הליבה של המערכת כולה הם: מודולים פוטו-וולטאיים (פאנלים סולאריים),סוללות ליתיום לאחסון אנרגיה, וממירי אגירת אנרגיה דו-כיוונית (PCS). אביזרים תומכים כוללים: קופסאות שילוב DC, מפסקי זרם, מדי חשמל, ארונות חלוקה, ממשקי רשת ועומסים ביתיים.

 

1. עקרונות העבודה הבסיסיים של כל רכיב

 

(1) פאנלים פוטו-וולטאיים סולאריים (יחידות ייצור חשמל)

 

הלוחות מורכבים ממספר רב של תאים פוטו-וולטאיים המחוברים בסדרה/מקביל, על בסיס האפקט הפוטו-וולטאי: פוטונים מאור השמש פוגעים מוליכים למחצה סיליקון, אלקטרונים מרגשים ליצירת זרם ישר כיווני;

 

● מאפייני פלט: כוח DC טהור; המתח משתנה באופן משמעותי עם עוצמת האור והטמפרטורה; מתח גבוה בצהריים, מתח נמוך בשעות הבוקר/ערב המוקדמות ובימים מעוננים;

 

● לא ניתן לחבר ישירות למכשירי חשמל ביתיים (מתח 220V AC ביתי), לא ניתן לחבר ישירות לסוללות (חוסר התאמה של מתח והיעדר הגנת טעינה יגרמו לבליטות ולנזק);

 

● לוחות מרובים המחוברים בסדרה מגדילים את מתח ה-DC הכולל, ומחוברים במקביל מגדילים את זרם הטעינה הכולל.

 

(2) סוללת אחסון אנרגיה (יחידת אחסון אנרגיה, זרם ליתיום ברזל פוספט)

 

באופן פנימי, הוא מורכב מתאים → מודולים →ערכות סוללות + BMS (מערכת ניהול סוללות):

 

1) פונקציות ליבה של BMS: איזון מתח התא, טעינת יתר/-פריקה/הגנה מפני זרם יתר/טמפרטורה גבוהה, ודיווח-בזמן אמת של SOC שנותר;

 

2) צורת אנרגיה: יכול רק לאחסן ולהוציא כוח DC;

 

3) טעינה: מתח פוטו-וולטאי לא יציב במתח נמוך יכול להיטען בבטחה רק לאחר ייצוב על ידי המהפך;

 

4) פריקה: מוציא כוח DC יציב למהפך לצורך היפוך והגברת מתח.

 

(3) מהפך PCS לאחסון אנרגיה דו-כיווני (ליבת בקרת מערכת)

 

ממירים פוטו-וולטאיים רגילים ממירים רק DC ל-AC; PCS אחסון האנרגיה הוא ממיר כוח דו-כיווני עם שני מעגלים:

 

1) ערוץ מהפך (DC → AC): DC ← סוללה פוטו-וולטאית ← חיזוק, מסנן ← מתח AC רגיל 220V/380V סינוסואיד לאספקת מכשירי חשמל ביתיים;

 

2) ערוץ מיישר (AC → DC): מתח AC ← צעד- תיקון מטה ← מתח DC יציב לטעינת הסוללה (כיבוי-אחסון חשמל);

 

3)-שבב בקרה ראשי מובנה: רכישה-בזמן אמת של חשמל פוטו-וולטאי, SOC של סוללה, כוח עומס ביתי ומתח רשת; הקצאת כוח אוטומטית ברמת מילי-שנייה- והחלפת מצבי פעולה.

 

השוואה של פרמטרים ופונקציות בסיסיות של שלושת מרכיבי הליבה:

 

רכיבים	סוג אנרגיה	פונקציות ליבה	פרמטרים מרכזיים	מגבלות תפעול
פאנלים פוטו-וולטאיים סולאריים	יציאות DC בלבד	אנרגיה סולארית מומרת לאנרגיה חשמלית; זהו המקור היחיד של המערכת לייצור חשמל.	שיא הספק, מתח-פתוח במעגל, זרם-קצר, יעילות המרה	שום חשמל לא נוצר ללא אור; מתח המוצא משתנה בהתאם לאור ולטמפרטורה.
סוללת אחסון אנרגיה	אחסן/צא כוח DC	אחסן עודפי אנרגיה חשמלית לאספקת חשמל בתקופות של חושך.	קיבולת קוט"ש, מתח נומינלי, מרווח טעינה ופריקה של SOC, חיי מחזור	טעינת יתר ופריקת-יתר אסורות; טעינה ופריקה DC מותרת בלבד.
מהפך PCS לאחסון אנרגיה דו-כיווני	ממיר דו-כיווני AC/DC	חלוקת חשמל, ויסות מתח, בקרת טעינה ופריקה, הגנת חיבור לרשת	מתח AC/DC מדורג, יעילות המרה דו-כיוונית, הגנה על אי, מעקב MPPT	הרכזת המרכזית לשליטה מתואמת על הפוטו-וולטאים, הסוללות ורשת החשמל

 

 

 

 

 

השלם זרימה נוכחית תחת 4 תנאי הפעלה

 

מצב 1: יום שמש עם אור שמש בשפע, ייצור חשמל פוטו-וולטאי > צריכת חשמל ביתית

 

1. פאנלים סולאריים מייצרים מתח DC משתנה → שנאסף בקופסת DC Combiner → מסוף קלט DC של PCS;

 

2. שלב ראשון PCS: ממיר חלק מהספק DC למתח AC, תוך מתן עדיפות לאספקה ​​לכל מכשירי החשמל הביתיים;

 

3. הספק העודף שנותר, לאחר מווסת והגבלה של זרם-על ידי ה-PCS, מוזן לטעינת סוללת אחסון האנרגיה. ה-BMS מנטר את זרם הטעינה והמתח בזמן אמת;

 

4. לאחר שהסוללה טעונה במלואה (SOC 100%), ה-PCS מנתק אוטומטית את מעגל הטעינה, והספק העודף מוחזר לרשת הלאומית למכירה.

 

 

מצב 2: אור שמש מתון, ייצור חשמל פוטו-וולטאי רק שווה עומס ביתי

 

כל מתח DC מהמערכת הפוטו-וולטאית מומר למתח AC לשימוש במכשיר. הסוללה נשארת לא פעילה, לא נטענת ולא מתרוקנת, ללא אינטראקציה עם רשת.

 

 

מצב הפעלה 3: לילה/מעונן/יום גשום, ללא ייצור אנרגיה סולארית

 

1. לאנרגיה סולארית אין פלט DC; ה-PCS מזהה מחסור בחשמל.

 

2. פקודת פריקה נשלחת ל-BMS הסוללה; הסוללה מוציאה מתח DC יציב ל-PCS.

 

3. ה-PCS מבצע היפוך, ומוציא מתח AC לעומס הביתי.

 

4. כאשר טעינת הסוללה יורדת לגבול התחתון (SOC 20%), ה-PCS עוצר את פריקת הסוללה ועובר אוטומטית לחשמל.

 

 

מצב פעולה 4: כבוי-אחסון אנרגיה שיא (מחירי חשמל נמוכים בלילה) + גיבוי הפסקת חשמל

 

1. בלילה, ללא אור שמש, ה-PCS שואב מתח AC מהרשת, מתקן אותו למתח DC יציב כדי לטעון את הסוללה.

 

2. הפסקת חשמל פתאומית: ה-PCS מפעיל הגנה על אי, ניתוק מהרשת. רק האנרגיה הסולארית (עם אור השמש) והסוללה פועלות באופן עצמאי, ומונעות שידור כוח הפוך שעלול לפגוע באנשי תחזוקת הרשת.

 

3. לאחר שחזור הרשת, המערכת מסתנכרנת אוטומטית ומתחברת מחדש לרשת, חוזרת לפעולה רגילה.

 

 

טבלת לוגיקה של חלוקת כוח לארבעה מצבי פעולה:

 

טכנולוגיות ליבה משלימות מרכזיות

 

1. מעקב אחר נקודות כוח מקסימלי (MPPT) (משולב ב-PCS): מתח פוטו-וולטאי משתנה מאוד. MPPT מתאים את העכבה בזמן אמת, ומבטיח שהפאנלים הפוטו-וולטאיים תמיד מוציאים את ההספק המרבי תחת אור השמש הנוכחי, ומגדיל את ייצור החשמל ב-15%-30%.

 

2. BMS ו-PCS תקשורת והצמדה: BMS הסוללה מעבירה נתוני מתח, טמפרטורה ונתוני SOC למהפך בזמן אמת. המהפך מתאים את עוצמת הטעינה/פריקה על סמך מצב הסוללה כדי למנוע נזק לתא.

 

3. אובדן המרה הסבר: אובדן טעינת DC ל-AC הוא כ-3%-6%; אובדן טעינה של רשת AC לסוללה DC הוא 4%-7%. PCS איכותי בתעשייה משיג יעילות המרה מקיפה גדולה או שווה ל-96%.

 

 

השוואה בין רכיבים במערכות אחסון אנרגיה-מחוברות לרשת לעומת מערכות אחסון אנרגיה כבויות-:

 

פריטי השוואה	מערכת אחסון אנרגיה מחוברת-לרשת (מיינסטרים לשימוש ביתי)	מערכת אחסון אנרגיה-כבויה (אזורים ללא רשת חשמל)
מהפך	רשת דו-כיוונית-מחוברת מחשבים אישיים עם רשת סינכרונית-פונקציית חיבור	מהפך-לא אחסון אנרגיה לרשת, ללא מודול מחובר לרשת-
דרישות קיבולת הסוללה	זה קצת קטן; אם אין חשמל, אתה יכול לעבור למתח AC.	יש להתאים סוללות בנפח גדול-לצריכת החשמל של כל היום.-
עיבוד כוח עודף	החשמל מועבר לרשת החשמל ונמכר.	הצטיידות בנגד פריקה צורכת עודף כוח.
יכולת הפסקת חשמל	מצב אי אספקת חשמל עצמאית לטווח קצר-	התהליך כולו מסתמך על סוללות ופוטו-וולטאיות לצורך עמידה עצמית-.
עֲלוּת	חוזק- בינוני, מתאים למשתמשים עירוניים עם רשתות חשמל.	גובה רב, מתאים לשימוש באזורים הרריים ופסטורליים מרוחקים

 

 

 

סיכום פשוט (להבנה ושינון קלים יותר)

 

1. פאנלים פוטו-וולטאיים אחראים על "יצירת חשמל", המייצרים רק זרם ישר לא יציב (DC).

 

2. סוללות אגירת אנרגיה אחראיות ל"אחסון חשמל", אחסון DC בלבד, פתרון הבעיה של אי ייצור חשמל בלילה.

 

3. מהפך אחסון החשמל (PCS) הוא "מנהל השיגור", המשלים את ההמרה הדו-כיוונית AC/DC ומפיץ אוטומטית את הכוח מהפאנלים הפוטו-וולטאיים, הסוללות והרשת. המערכת כולה אינה יכולה לפעול באופן רגיל ויציב ללא אף אחד מהרכיבים הללו.