Come funzionano insieme batterie per l'accumulo di energia, inverter e pannelli solari?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Struttura complessiva del sistema e principi di suddivisione dei componenti

 

I tre componenti principali dell'intero sistema sono: moduli fotovoltaici (pannelli solari),batterie al litio per l'accumulo di energiae inverter di accumulo di energia bidirezionale (PCS). Gli accessori di supporto includono: quadri elettrici CC, interruttori automatici, contatori elettrici, armadi di distribuzione, interfacce di rete e carichi domestici.

 

1. Principi di funzionamento sottostanti di ciascun componente

 

(1) Pannelli solari fotovoltaici (unità di produzione di energia)

 

I pannelli sono composti da un gran numero di celle fotovoltaiche collegate in serie/parallelo, in base all'effetto fotovoltaico: i fotoni della luce solare colpiscono i semiconduttori di silicio, eccitando gli elettroni per formare corrente continua direzionale;

 

● Caratteristiche di uscita: pura potenza CC; la tensione fluttua in modo significativo con l'intensità della luce e la temperatura; alta tensione a mezzogiorno, bassa tensione al mattino presto/sera e nelle giornate nuvolose;

 

● Non può essere collegato direttamente agli elettrodomestici (alimentazione CA 220 V domestica), non può essere collegato direttamente alle batterie (la mancata corrispondenza della tensione e la mancanza di protezione della carica causeranno rigonfiamenti e danni);

 

● Più schede collegate in serie aumentano la tensione CC totale, mentre collegate in parallelo aumentano la corrente di carica totale.

 

(2) Batteria di accumulo di energia (unità di accumulo di energia, litio ferro fosfato tradizionale)

 

Internamente è composto da celle → moduli →pacchi batteria + BMS (Battery Management System):

 

1) Funzioni principali del BMS: bilanciamento della tensione della cella, protezione da sovraccarico/sovra-scarica/sovracorrente/alta temperatura e reporting in-tempo reale del SOC rimanente;

 

2) Forma di energia: può solo immagazzinare ed emettere potenza CC;

 

3) Ricarica: l'energia CC fotovoltaica instabile a bassa-tensione può essere caricata in modo sicuro solo dopo essere stata stabilizzata dall'inverter;

 

4) Scarica: fornisce potenza CC stabile all'inverter per l'inversione e l'aumento della tensione.

 

(3) Invertitore di accumulo di energia bidirezionale PCS (Nucleo di controllo del sistema)

 

I normali inverter fotovoltaici convertono solo la corrente continua in corrente alternata; l'accumulatore di energia PCS è un convertitore di potenza bidirezionale con due circuiti:

 

1) Canale inverter (DC→AC): DC fotovoltaico/batteria → boost, filtro → alimentazione AC sinusoidale standard 220 V/380 V per l'alimentazione degli elettrodomestici;

 

2) Canale raddrizzatore (AC→DC): alimentazione CA della rete → rettifica step-down → alimentazione CC stabile per caricare la batteria (stoccaggio di elettricità- nelle ore di punta);

 

3) Chip di controllo principale-incorporato: acquisizione-in tempo reale dell'energia fotovoltaica, del SOC della batteria, della potenza del carico domestico e della tensione di rete; allocazione automatica della potenza a livello di millisecondi- e commutazione delle modalità operative.

 

Confronto dei parametri di base e delle funzioni dei tre componenti principali:

 

Componenti	Tipo di energia	Funzioni principali	Parametri chiave	Limitazioni operative
Pannelli solari fotovoltaici	Emette solo CC	L'energia solare viene convertita in energia elettrica; questa è l'unica fonte di generazione di energia del sistema.	Potenza di picco, tensione-a circuito aperto, corrente di-circuito, efficienza di conversione	Senza luce non si genera elettricità; la tensione di uscita varia con la luce e la temperatura.
Batteria di accumulo dell'energia	Conserva/emette potenza CC	Immagazzinare l'energia elettrica in eccesso per l'alimentazione durante i periodi di oscurità.	Capacità kWh, tensione nominale, intervallo di carica e scarica SOC, durata del ciclo	Sono vietati il ​​sovraccarico e lo-scaricamento eccessivo; Sono consentite solo la carica e la scarica DC.
Inverter con accumulo di energia bidirezionale PZ	Convertitore bidirezionale AC/DC	Distribuzione dell'energia, regolazione della tensione, controllo di carica e scarica, protezione della connessione alla rete	Potenza CA/CC nominale, efficienza di conversione bidirezionale, protezione islanding, tracciamento MPPT	L'hub centrale per il controllo coordinato di fotovoltaico, batterie e rete elettrica

 

 

 

 

 

Flusso di corrente completo in 4 condizioni operative

 

Condizione 1: giornata soleggiata con ampia luce solare, produzione di energia fotovoltaica > consumo di elettricità domestica

 

1. I pannelli solari generano energia CC fluttuante → raccolta nella scatola combinatrice CC → terminale di ingresso CC del PCS;

 

2. Primo passo del PCS: converte una parte della corrente continua in corrente alternata, dando priorità alla fornitura di tutti gli elettrodomestici;

 

3. La restante potenza CC in eccesso, dopo essere stata regolata e limitata-di corrente dal PCS, viene immessa per caricare la batteria di accumulo dell'energia. Il BMS monitora la corrente e la tensione di carica in tempo reale;

 

4. Una volta che la batteria è completamente carica (SOC 100%), il PCS disconnette automaticamente il circuito di ricarica e l'energia in eccesso viene reimmessa nella rete nazionale per la vendita.

 

 

Condizione 2: luce solare moderata, la produzione di energia fotovoltaica è pari appena al carico domestico

 

Tutta l'energia CC proveniente dal sistema fotovoltaico viene convertita in alimentazione CA per l'uso dell'apparecchio. La batteria rimane inattiva, né in carica né in scarica, senza interazione con la rete.

 

 

Condizione operativa 3: notte/giorno nuvoloso/piovoso, nessuna generazione di energia solare

 

1. L'energia solare non ha uscita CC; il PCS rileva una mancanza di alimentazione.

 

2. Viene inviato un comando di scarica al BMS della batteria; la batteria fornisce alimentazione CC stabile al PCS.

 

3. Il PCS esegue l'inversione, fornendo alimentazione CA al carico domestico.

 

4. Quando la carica della batteria scende al limite inferiore (SOC 20%), il PCS interrompe lo scaricamento della batteria e passa automaticamente all'alimentazione di rete.

 

 

Condizione operativa 4: Off-Immagazzinamento di energia di picco (prezzi dell'elettricità bassi di notte) + Backup per interruzione di corrente

 

1. Di notte, in assenza di luce solare, il PCS preleva l'energia CA dalla rete, la trasforma in alimentazione CC stabile per caricare la batteria.

 

2. Interruzione improvvisa dell'alimentazione: il PCS attiva la protezione in isola, disconnettendosi dalla rete. Solo l'energia solare (con la luce solare) e la batteria funzionano in modo indipendente, impedendo la trasmissione inversa di potenza che potrebbe danneggiare il personale addetto alla manutenzione della rete.

 

3. Una volta ripristinata la rete, il sistema si sincronizza automaticamente e si riconnette alla rete, riprendendo il normale funzionamento.

 

 

Tabella logica di distribuzione dell'alimentazione per quattro condizioni operative:

 

Principali tecnologie fondamentali supplementari

 

1. Monitoraggio del punto di massima potenza (MPPT) (integrato nel PCS): la tensione fotovoltaica oscilla notevolmente. MPPT regola l'impedenza in tempo reale, garantendo che i pannelli fotovoltaici producano sempre la massima potenza sotto la luce solare attuale, aumentando la produzione di energia del 15%-30%.

 

2. Comunicazione e collegamento BMS e PCS: il BMS della batteria trasmette i dati di tensione, temperatura e SOC all'inverter in tempo reale. L'inverter regola la potenza di carica/scarica in base allo stato della batteria per prevenire danni alla cella.

 

3. Spiegazione della perdita di conversione: la perdita di carica da CC a CA fotovoltaica è di circa il 3%-6%; La perdita di carica dalla rete CA alla batteria CC è del 4%-7%. I PCS di alta qualità nel settore raggiungono un'efficienza di conversione completa maggiore o uguale al 96%.

 

 

Confronto tra i componenti dei sistemi di accumulo di energia-connessi alla rete e quelli dei sistemi di accumulo di energia-fuori rete:

 

Elementi di confronto	Sistema di accumulo di energia connesso alla rete-(tradizionale per uso domestico)	Sistema di accumulo di energia off-grid (aree senza rete elettrica)
Invertitore	PCS connesso alla rete bidirezionale-con funzione di connessione alla rete-sincrona	Inverter per l'accumulo di energia off-grid, senza modulo collegato alla rete-
Requisiti di capacità della batteria	È un po' piccolo; se non c'è alimentazione, puoi passare all'alimentazione CA.	Le batterie-di grande capacità devono essere adeguate al consumo energetico per tutta la- giornata.
Elaborazione di potenza in eccesso	L'elettricità viene trasmessa alla rete elettrica e venduta.	L'equipaggiamento con una resistenza di scarica consuma energia in eccesso.
Capacità di interruzione di corrente	Alimentatore indipendente a breve-termine in modalità isola	L'intero processo si basa sul fotovoltaico e sulle batterie per l'autosufficienza-.
costo	Di media-resistenza, adatto agli utenti urbani con reti elettriche.	Alta quota, adatto per l'uso in remote aree montuose e pastorali

 

 

 

Riepilogo semplificato (per una più facile comprensione e memorizzazione)

 

1. I pannelli fotovoltaici sono responsabili della "generazione di elettricità", producendo solo corrente continua instabile (CC).

 

2. Le batterie di accumulo dell'energia sono responsabili della "immagazzinamento di elettricità", immagazzinando solo corrente continua, risolvendo il problema della mancata generazione di energia durante la notte.

 

3. L'inverter di accumulo di energia (PCS) è il "gestore del dispacciamento", completa la conversione bidirezionale CA/CC e distribuisce automaticamente l'energia dai pannelli fotovoltaici, dalle batterie e dalla rete. L'intero sistema non può funzionare normalmente e stabilmente senza nessuno di questi componenti.