Wraz z szybkim rozwojem energii odnawialnej, fotowoltaika i magazynowanie energii stopniowo stają się ważnymi składnikami zielonej energii. W ciągu ostatnich 20 lat fotowoltaika i magazynowanie energii rozprzestrzeniły się w każdym zakątku miast i obszarów wiejskich, w różnych gałęziach przemysłu. Czy zatem falowniki to te same podstawowe elementy fotowoltaiki i magazynowania energii?
1 Falownik fotowoltaiczny
Falownik fotowoltaiczny to kluczowe urządzenie przetwarzające prąd stały (DC) generowany przez moduły fotowoltaiczne na prąd przemienny (AC). Ze względu na to, że mocą systemów fotowoltaicznych wytwarzany jest prąd stały, podczas gdy większość systemów elektroenergetycznych i urządzeń gospodarstwa domowego wykorzystuje prąd przemienny, rolą inwerterów fotowoltaicznych jest zamiana prądu stałego na prąd przemienny spełniający standardy sieciowe.
1. Zasada działania falownika fotowoltaicznego
Podstawową zasadą falownika fotowoltaicznego jest okresowe odwracanie prądu stałego poprzez elementy przełączające, takie jak IGBT lub MOSFET, i tworzenie stabilnego wyjścia prądu przemiennego po filtrowaniu, sterowaniu i regulacji. Proces ten realizowany jest poprzez obwód falownika, zwykle wykorzystujący technologię modulacji szerokości impulsu (PWM), aby zapewnić, że napięcie wyjściowe i częstotliwość spełniają wymagania sieci energetycznej.
W falowniku znajduje się także sterownik MPPT (Maximum Power Point Tracking), który służy do dostosowywania punktu pracy modułów fotowoltaicznych w czasie rzeczywistym, tak aby instalacja fotowoltaiczna zawsze mogła pracować na optymalnym stanie mocy wyjściowej, poprawiając tym samym moc systemu efektywność wytwarzania. Ponadto wiele falowników ma obecnie także takie funkcje, jak zabezpieczenie przed niskim napięciem i zabezpieczenie przed pracą wyspową.
2. Klasyfikacja inwerterów fotowoltaicznych
Klasyfikacja według struktury:
Scentralizowany falownik:nadaje się do dużych elektrowni fotowoltaicznych, agreguje moc prądu stałego wszystkich modułów fotowoltaicznych w jeden falownik w celu konwersji. Scentralizowane falowniki mają dużą moc i są zwykle stosowane w dużych elektrowniach fotowoltaicznych.
Falownik stringowy:nadaje się do małych i średnich elektrowni fotowoltaicznych, wiele modułów fotowoltaicznych jest połączonych szeregowo, a wiele falowników służy do oddzielnego odwracania mocy wyjściowej każdego ciągu. Falowniki stringowe charakteryzują się niskim kosztem i elastyczną instalacją, dzięki czemu nadają się do rozproszonych systemów fotowoltaicznych, takich jak budynki mieszkalne i komercyjne.
Mikroinwerter:Każdy moduł fotowoltaiczny wyposażony jest w mały falownik, który może niezależnie przetwarzać prąd stały każdego panelu. Ta metoda może zminimalizować straty w wytwarzaniu energii spowodowane częściowymi cieniami lub awariami i jest odpowiednia do wytwarzania energii fotowoltaicznej w budynkach mieszkalnych.
Klasyfikacja według metody pracy:
Falownik podłączony do sieci:Przesyła energię prądu przemiennego wytwarzaną przez system fotowoltaiczny do sieci publicznej, zwykle spełniając standardowe wymagania przedsiębiorstwa zajmującego się siecią energetyczną i nadaje się do systemów wytwarzania energii fotowoltaicznej podłączonych do sieci.
Falownik poza siecią:Używany na obszarach bez podłączenia do sieci, magazynuje energię elektryczną poprzez akumulatory i działa niezależnie.
2 Falownik magazynujący energię
Falowniki magazynujące energię służą do przekształcania prądu stałego (DC) zmagazynowanego w akumulatorach na prąd przemienny (AC) oraz do zarządzania procesem ładowania i rozładowywania akumulatorów. Falowniki magazynujące energię i falowniki fotowoltaiczne mają podobne funkcjonalności, ale ze względu na fakt, że systemy magazynowania energii obejmują nie tylko interfejsy sieciowe, ale także czynniki takie jak zarządzanie akumulatorami, falowniki magazynujące energię muszą mieć więcej funkcji sterowania i zarządzania.
1. Zasada działania falownika magazynującego energię
Główną zasadą falownika magazynującego energię jest konwersja prądu stałego w zestawie akumulatorów na standardową moc prądu przemiennego za pośrednictwem obwodu falownika. Podobnie jak falowniki fotowoltaiczne, falowniki magazynujące energię również przekształcają prąd stały w prąd przemienny poprzez elementy przełączające.
Ponadto falownik magazynujący energię posiada również system zarządzania akumulatorem (BMS), który odpowiada za monitorowanie w czasie rzeczywistym stanu ładowania i rozładowania akumulatora, napięcia, prądu, temperatury i innych parametrów w celu zapewnienia bezpieczeństwa i żywotności akumulatora . Jednocześnie falowniki magazynujące energię mogą współdziałać z siecią i wspierać komunikację dwukierunkową, czyli przekazywać energię elektryczną z akumulatora do sieci lub ładować z sieci, gdy moc sieci jest niewystarczająca.
2. Klasyfikacja inwerterów magazynujących energię
Falownik do magazynowania energii podłączony do sieci: odpowiedni do systemów magazynowania energii podłączonych do sieci, zdolny do wyprowadzania zmagazynowanej energii elektrycznej do sieci lub zapewnienia zasilania awaryjnego w przypadku awarii sieci.
Inwerter magazynujący energię poza siecią: stosowany w odizolowanych obszarach lub w systemach awaryjnego zasilania awaryjnego w celu przekształcania energii elektrycznej zawartej w akumulatorach energii na prąd przemienny do użytku w gospodarstwach domowych lub urządzeniach.
3. Scenariusze zastosowań falowników magazynujących energię
Domowy system magazynowania energii:W połączeniu z systemami fotowoltaicznymi domowe falowniki magazynujące energię mogą przekształcać energię elektryczną zmagazynowaną w akumulatorze w energię prądu przemiennego do użytku domowego lub przesyłać pozostałą energię elektryczną do sieci.
Przemysłowy i komercyjny system magazynowania energii:wykorzystywane do równoważenia podaży i popytu na energię, wspierania reakcji popytu i zapewniania wsparcia energetycznego, szczególnie w okresach szczytowych cen energii elektrycznej.
Magazynowanie energii w sieci:zapewnia równoważenie obciążenia sieci, a sieciowy system magazynowania energii może magazynować energię elektryczną w okresach niskiego zapotrzebowania i uwalniać ją w okresach szczytowych, aby zoptymalizować obciążenie sieci.
3 Porównanie inwerterów fotowoltaicznych i inwerterów magazynujących energię
Chociaż falowniki fotowoltaiczne i falowniki magazynujące energię są urządzeniami energoelektronicznymi używanymi do przekształcania prądu stałego na prąd przemienny, różnią się one znacznie pod względem zasad, funkcji i scenariuszy zastosowań.
| Wyróżniające się przedmioty | Falownik fotowoltaiczny | Falownik magazynujący energię |
|---|---|---|
| Podstawowa funkcja | Zamień prąd stały (DC) wytwarzany przez moduły fotowoltaiczne na prąd przemienny (AC). | Zamień prąd stały (DC) zmagazynowany w akumulatorze na prąd przemienny (AC). |
| Dwukierunkowa konwersja mocy | Głównie konwersja jednokierunkowa, z prądu stałego na prąd przemienny. | Wyposażony w funkcję dwukierunkowej konwersji mocy, może konwertować prąd przemienny na prąd stały i ładować akumulatory. |
| Scenariusze zastosowań | Fotowoltaiczne systemy wytwarzania energii, takie jak systemy podłączone do sieci dla gospodarstw domowych, komercyjnych lub dużych elektrowni fotowoltaicznych. | Systemy magazynowania energii, takie jak magazynowanie energii w gospodarstwach domowych i komercyjnych lub regulacja obciążenia sieci, wspomagają ładowanie i rozładowywanie akumulatorów. |
| Funkcja zarządzania baterią |
Nie obejmuje zarządzania akumulatorami i koncentruje się głównie na konwersji energii w systemach fotowoltaicznych. |
Zawiera system zarządzania baterią (BMS), monitorujący stan baterii, procesy ładowania i rozładowywania w celu zapewnienia bezpieczeństwa baterii. |
| Śledzenie maksymalnego punktu mocy (MPPT) | Wyposażony w funkcję MPPT optymalizującą moc wyjściową modułów fotowoltaicznych. | Nie obejmuje śledzenia maksymalnego punktu mocy ogniw fotowoltaicznych, ale skupia się bardziej na zarządzaniu akumulatorami i wydajnością ładowania. |
| Regulacja napięcia | Zwykle nie wiąże się to z regulacją napięcia akumulatora i bezpośrednio przetwarza prąd stały na prąd przemienny. | Wyposażony w funkcję regulacji napięcia, może regulować napięcie wyjściowe akumulatora, aby spełnić wymagania obciążenia. |
| Siatka interaktywna | Wejdź w interakcję z siecią energetyczną i dostarczaj do niej prąd przemienny generowany przez energię fotowoltaiczną. | Wspieraj dwukierunkowy przepływ mocy, dostarczaj energię do sieci lub przekazuj energię elektryczną do sieci. |
| Zakres mocy | Stosowane głównie w skali systemów fotowoltaicznych, od małych systemów domowych po duże elektrownie fotowoltaiczne. | Odpowiednie do systemów magazynowania energii, zakres mocy obejmuje zazwyczaj systemy małe i średnie. |
| Cena rynkowa | Stosunkowo niski, zwykle zależny od wielkości systemu i mocy falownika. | Wyższa, ze względu na konieczność zarządzania baterią i dwukierunkową konwersję mocy, cena jest zwykle wyższa. |
| Kierunek rozwoju technologicznego | Popraw wydajność, zmniejsz straty i rozwijaj się w kierunku inteligencji i zdalnego monitorowania. | Zwiększ możliwości zarządzania akumulatorem, inteligentne planowanie i optymalizację rozładowywania. |