ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ 4 ประการเมื่อเพิ่มอุปกรณ์แบตเตอรี่เก็บพลังงานลงในกริดเซลล์แสงอาทิตย์

ในขณะที่จำนวนของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ (PV) ยังคงเติบโต ความไม่สมดุลระหว่างด้านอุปสงค์และอุปทานของกริดพลังงานแสงอาทิตย์ได้กลายเป็นข้อจำกัดที่สำคัญ มีพลังงานแสงอาทิตย์เพียงพอในระหว่างวัน แต่ความต้องการมีไม่มากนัก นั่นหมายความว่าลูกค้าจะจ่ายในราคาที่สูงขึ้นต่อวัตต์ในช่วงเช้าและเย็นในช่วงเวลาที่มีการใช้งานสูงสุด

ระบบกักเก็บพลังงาน (ESS) สำหรับอุปกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์ในที่พักอาศัย อาคารพาณิชย์ และสาธารณูปโภค ใช้อินเวอร์เตอร์เพื่อเก็บไฟฟ้าหรือกริดในระหว่างวันเมื่อความต้องการต่ำที่สุด และจัดเก็บเมื่อมีความต้องการสูง โดยปล่อยพลังงานที่สร้างขึ้น การเพิ่ม ESS ในระบบสุริยะที่เชื่อมต่อกับกริดช่วยให้ผู้ใช้ประหยัดเงินในการใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า "การโกนสูงสุด"

  การแปลงพลังงานแบบสองทิศทาง

อุปกรณ์ PV แบบดั้งเดิมประกอบด้วยสเตจไฟฟ้า DC/AC และ DC/DC แบบทิศทางเดียว แต่วิธีการแปลงแบบทิศทางเดียวเป็นอุปสรรคสำคัญในการรวมระบบ ESS จำเป็นต้องมีส่วนประกอบ โมดูล และระบบย่อยมากขึ้น ซึ่งทั้งหมดนี้เพิ่มต้นทุนในการเพิ่ม ESS ให้กับการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่อย่างมาก

ในการเพิ่มแบตเตอรี่ให้กับอุปกรณ์ PV ที่มีอยู่ เส้นทางการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่สองเส้นทางจะต้องรวมกันเป็นเส้นทางเดียว ซึ่งประกอบด้วยการแก้ไขตัวประกอบกำลัง (PFC) และระดับพลังงานของอินเวอร์เตอร์ . แต่คุณจะสร้างตัวแปลงไฟแบบสองทิศทางแทนตัวแปลงไฟแบบสองทิศทางได้อย่างไร

 อินเวอร์เตอร์แบบไฮบริดสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของขั้นตอนการแปลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่การปรับปรุงประสิทธิภาพนี้มีความสำคัญมากกว่าสำหรับไมโครกริดที่ติดตั้ง ESS ซึ่งทำการแปลงพลังงานหลายครั้ง ระบบแปลงไฟจะจัดการการแปลง DC/DC เพื่อชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่ นอกจากนี้ยังจัดการการแปลง DC/AC และ AC/DC ซึ่งจะแปลงกระแสตรงที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่เป็นกระแสสลับสำหรับทั้งขาเข้าและขาออกจากกริด

  แบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงสูง

ในระบบไมโครกริดที่มีแบตเตอรี่สำรอง หน้าที่หลักของแบตเตอรี่คือเก็บพลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และจ่ายพลังงานให้กับกริดตามต้องการ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความจุต่อหน่วยสูงกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดอย่างมาก

ในขณะที่แบตเตอรี่ 400V กำลังได้รับความนิยมในรถยนต์ไฟฟ้า (EVs) อุปกรณ์กริดพลังงานแสงอาทิตย์ก็กำลังเพิ่มแรงดันแบตเตอรี่จาก 48V เช่นกัน แต่คุณจะจัดการการแปลงพลังงานของชุดแบตเตอรี่ 400V ได้อย่างไร

นอกจากไมโครคอมพิวเตอร์ที่มีความสามารถในการควบคุมระบบและการสื่อสารที่รวม ESS เข้ากับระบบที่ใหญ่ขึ้นแล้ว สวิตช์พลังงานที่มีการสูญเสียต่ำและมีประสิทธิภาพยังช่วยปรับปรุงความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบจัดเก็บพลังงานอีกด้วย สวิตช์ไฟขนาดกะทัดรัดและไมโครคอมพิวเตอร์แบบเรียลไทม์ที่ใช้วัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) และแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ช่วยให้สามารถปรับเปลี่ยนคอนเวอร์เตอร์สองทางเพื่อรองรับหน่วยเก็บพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงที่หลากหลาย

  การออกแบบตัวแปลง DC/DC แบบ Dual Active Bridge

เซมิคอนดักเตอร์ช่องว่างแถบกว้างเช่น SiC และ GaN มีบทบาทสำคัญในการแก้ปัญหาระบบการแปลงพลังงานที่สามารถจัดการกับช่วงแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นของแบตเตอรี่ได้ เนื่องจากตัวแปลงจะเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานและลดการสูญเสียการสลับ . ระบบการแปลงพลังงานยังช่วยให้แบตเตอรี่สามารถจัดการความผันผวนของพลังงานในระบบการผลิตแบบกระจายได้ดีขึ้น ส่งผลให้การทำงานของกริดอัจฉริยะและยืดหยุ่นที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นและกว้างขึ้น

ในที่สุด อุปกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์สามารถเลียนแบบชุดแบตเตอรี่ที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าได้ แนวคิดในการรีไซเคิลชุดแบตเตอรี่ที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันเนื่องจาก ESS ที่เชื่อมต่อกับกริดกำลังกลายเป็นเรื่องธรรมดา

  วัสดุ Bandgap กว้างที่จำเป็นสำหรับประสิทธิภาพและการพาความร้อนตามธรรมชาติ

เพื่อสร้างระบบจัดเก็บข้อมูลอัจฉริยะแบบติดผนัง จำเป็นต้องออกแบบอินเวอร์เตอร์ที่เพิ่มประสิทธิภาพการกระจายความร้อนโดยใช้การระบายความร้อนแบบพาความร้อนตามธรรมชาติให้น้อยที่สุด สถาปัตยกรรมแบบกระจายอำนาจช่วยให้ความร้อนกระจายจากส่วนกลางทั่วทั้งระบบ สถาปัตยกรรมนี้ช่วยให้แน่ใจว่าอินเวอร์เตอร์กักเก็บพลังงานที่จำเป็นสามารถจัดการกับระดับกระแสไฟฟ้าสูงที่แรงดันไฟฟ้าต่างๆ และตอบสนองต่อโหลดชั่วคราวที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วได้อย่างน่าเชื่อถือ

ระบบดังกล่าวต้องการไดรเวอร์เกตที่รองรับการสลับความเร็วสูงและให้การป้องกันที่ความถี่การสลับ 100kHz ถึง 400kHz หากความเร็วในการเปลี่ยนไม่เร็วพอ คุณจะพบว่าเฟสการแปลงพลังงานไม่มีประสิทธิภาพอย่างมาก

นี่คือที่มาของวัสดุช่องว่างแถบกว้างที่มีการสลับที่รวดเร็วและความหนาแน่นของพลังงานสูง เช่น SiC และ GaN อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ช่วยอำนวยความสะดวกในการออกแบบระบบที่ไม่ต้องการพัดลมระบายความร้อน อุปกรณ์ GaN รุ่น LMG3425R030 พร้อมไดรเวอร์ในตัวและคุณลักษณะการป้องกันมีรูปแบบที่กะทัดรัด ความหนาแน่นพลังงานสูง และการสลับที่รวดเร็ว

ไดรเวอร์เกทจะแปลงสัญญาณดิจิตอล PWM ของคอนโทรลเลอร์ให้เป็นกระแสที่ SiC หรือ GaN field-effect transistor (FET) ต้องการ ตัวควบคุมที่ใช้ PWM ช่วยให้สุ่มตัวอย่างแรงดันและกระแสได้อย่างแม่นยำในขั้นตอนการแปลงพลังงานหลายขั้นตอน

  การตรวจจับกระแสและแรงดัน

การออกแบบแหล่งจ่ายไฟสลับความถี่สูงต้องเผชิญกับความท้าทายในการตรวจจับกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าที่แม่นยำ การวัดกระแสด้วยการแบ่งไม่เพียงแต่ปรับปรุงความแม่นยำ แต่ยังเร่งเวลาตอบสนอง ช่วยให้คุณตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในกริดได้อย่างรวดเร็ว คุณจึงสามารถปิดการเชื่อมต่อระบบได้หากกริดลัดวงจรหรือขาดการเชื่อมต่อ เพิ่มขึ้น.

การวัดกระแสเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการออกแบบที่มีอินเวอร์เตอร์เป็นศูนย์กลาง เนื่องจากอัลกอริธึมการควบคุมต้องการการวัดด้วยไฟฟ้าฟลูโอเมตริกสำหรับการควบคุม โซลูชันการออกแบบบางอย่างมีให้สำหรับการวัดกระแสแบบแยกโดยใช้แอมพลิฟายเออร์/โมดูเลเตอร์และพาวเวอร์ซัพพลายที่แยกจากการแบ่งภายนอก

เครื่องแปลงไฟจำเป็นต้องวัดกระแสในกริดเพื่อดูว่ากระแสอยู่ในเฟสกับแรงดันหรือไม่ โดยการวัดกระแสและแรงดัน นอกจากจะควบคุมกระแสชาร์จของแบตเตอรี่แล้ว ยังควบคุมการทำงานของอินเวอร์เตอร์และฟังก์ชันป้องกันการโอเวอร์โหลดอีกด้วย

  บทสรุป

อินเวอร์เตอร์แบบไฮบริดซึ่งแปลงพลังงานแบบสองทิศทางระหว่าง AC/DC และ DC/DC คาดว่าจะเข้ามาแทนที่อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์แบบดั้งเดิมในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ผู้ออกแบบอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์จะสามารถบรรลุการแปลงพลังงานด้วยกำลังเอาต์พุตที่กว้างและช่วงแรงดันไฟฟ้าโดยใช้อินเวอร์เตอร์แบบไฮบริด

การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และการขยายช่วงของแรงดันไฟฟ้าเป็นประเด็นสำคัญสำหรับอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ที่รองรับการจัดเก็บพลังงาน ด้วยส่วนประกอบที่จำเป็น เช่น การควบคุมไมโครคอมพิวเตอร์และเซมิคอนดักเตอร์แบนด์แกปกว้างพร้อมเกทไดรเวอร์และการป้องกันในตัว สามารถรองรับแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่สูงขึ้นและกว้างขึ้นเหล่านี้ นอกเหนือจากความต้องการประสิทธิภาพสูงและการพาความร้อนตามธรรมชาติ