Hur fungerar energilagringsbatterier, växelriktare och solpaneler tillsammans?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Systemets övergripande struktur och principer för indelning av komponenter

 

De tre kärnkomponenterna i hela systemet är: solcellsmoduler (solpaneler),energilagringslitiumbatterieroch dubbelriktade energilagringsväxelriktare (PCS). Stöd till tillbehör inkluderar: DC-kombinationsboxar, strömbrytare, elmätare, distributionsskåp, nätgränssnitt och hushållslaster.

 

1. Underliggande arbetsprinciper för varje komponent

 

(1) Solcellspaneler (kraftproduktionsenheter)

 

Panelerna är sammansatta av ett stort antal solceller kopplade i serie/parallell, baserat på den fotovoltaiska effekten: solljusfotoner träffar kiselhalvledare, exciterar elektroner för att bilda riktad likström;

 

● Utgångsegenskaper: Ren likström; spänningen fluktuerar avsevärt med ljusintensitet och temperatur; hög spänning vid middagstid, låg spänning tidigt på morgonen/kvällen och på molniga dagar;

 

● Kan inte anslutas direkt till hushållsapparater (hushålls 220V AC-ström), kan inte anslutas direkt till batterier (spänningsfel och avsaknad av laddningsskydd kommer att orsaka utbuktning och skada);

 

● Flera kort kopplade i serie ökar den totala DC-spänningen och parallellkopplade ökar den totala laddningsströmmen.

 

(2) Energilagringsbatteri (Energy Storage Unit, Mainstream Litium Iron Fosfat)

 

Internt består den av celler → moduler →batteripaket + BMS (Battery Management System):

 

1) BMS:s kärnfunktioner: balanserande cellspänning, överladdning/över-urladdning/överström/hög temperaturskydd och real-rapportering av återstående SOC;

 

2) Energiform: kan endast lagra och mata ut likström;

 

3) Laddning: Låg-instabil fotovoltaisk likström kan endast laddas säkert efter att ha stabiliserats av växelriktaren;

 

4) Urladdning: matar ut stabil likström till växelriktaren för invertering och spänningsförstärkning.

 

(3) Bidirectional Energy Storage Inverter PCS (System Control Core)

 

Vanliga fotovoltaiska växelriktare omvandlar endast DC till AC; energilagrings-PCS är en dubbelriktad effektomvandlare med två kretsar:

 

1) Inverter Channel (DC→AC): Fotovoltaisk/batteri DC → boost, filter → standard 220V/380V sinusformad AC-ström för att försörja hushållsapparater;

 

2) Likriktarkanal (AC→DC): Nätström → steg-nedåtriktning → stabil likström för att ladda batteriet (av-elektricitetslagring).

 

3) Inbyggt-huvudkontrollchip: Real-insamling av fotovoltaisk kraft, batteri-SOC, hushållslastkraft och nätspänning; millisekunds-nivå automatisk krafttilldelning och växling av driftlägen.

 

Jämförelse av grundläggande parametrar och funktioner för de tre kärnkomponenterna:

 

Komponenter	Energityp	Kärnfunktioner	Nyckelparametrar	Driftsbegränsningar
Solcellspaneler	Utgångar endast DC	Solenergi omvandlas till elektrisk energi; detta är systemets enda källa för kraftgenerering.	Toppeffekt, öppen-kretsspänning, kort-ström, konverteringseffektivitet	Ingen el genereras utan ljus; utspänningen varierar med ljus och temperatur.
Energilagringsbatteri	Lagra/mata ut likström	Lagra överskott av elektrisk energi för strömförsörjning under perioder av mörker.	Kapacitet kWh, nominell spänning, SOC laddning och urladdningsintervall, cykellivslängd	Överladdning och över{0}}urladdning är förbjudna. DC-laddning och -urladdning är endast tillåten.
Dubbelriktad energilagringsinverter PCS	AC/DC dubbelriktad omvandlare	Kraftfördelning, spänningsreglering, laddnings- och urladdningskontroll, nätanslutningsskydd	Nominell AC/DC-effekt, dubbelriktad konverteringseffektivitet, öskydd, MPPT-spårning	Det centrala navet för samordnad styrning av solceller, batterier och elnätet

 

 

 

 

 

Komplettera strömflödet under 4 driftsförhållanden

 

Villkor 1: Solig dag med gott om solljus, fotovoltaisk energiproduktion > Hushållets elförbrukning

 

1. Solpaneler genererar fluktuerande likström → samlad i likströmskombinationsbox → likströmsingång på PCS;

 

2. PCS första steg: omvandlar en del av likströmmen till växelström, prioriterar leverans till alla hushållsapparater;

 

3. Den återstående överskottslikströmmen, efter att ha reglerats och ström-begränsats av PCS, matas in för att ladda energilagringsbatteriet. BMS övervakar laddningsströmmen och spänningen i realtid;

 

4. När batteriet är fulladdat (SOC 100%), kopplar PCS automatiskt från laddningskretsen och överskottseffekt matas tillbaka till det nationella elnätet för försäljning.

 

 

Villkor 2: Måttligt solljus, fotovoltaisk energiproduktion är precis lika med hushållsbelastning

 

All likström från solcellssystemet omvandlas till växelström för användning av apparaten. Batteriet förblir inaktivt, varken laddas eller laddas ur, utan nätinteraktion.

 

 

Driftstillstånd 3: Natt/molnig/regnig dag, ingen solenergiproduktion

 

1. Solenergi har ingen DC-utgång; PCS upptäcker ett strömbrist.

 

2. Ett urladdningskommando skickas till batteriets BMS; batteriet matar ut stabil likström till PCS.

 

3. PCS utför inversion och matar ut växelström till hushållsbelastningen.

 

4. När batteriladdningen sjunker till den nedre gränsen (SOC 20%), stoppar PCS batteriurladdningen och växlar automatiskt till nätström.

 

 

Driftstillstånd 4: Av-Toppenergilagring (låga elpriser på natten) + strömavbrott backup

 

1. På natten, utan solljus, drar PCS växelström från nätet, likriktar den till stabil likström för att ladda batteriet.

 

2. Plötsligt strömavbrott: PCS utlöser öskydd, kopplar från nätet. Endast solenergin (med solljus) och batteriet fungerar oberoende, vilket förhindrar omvänd kraftöverföring som kan skada nätunderhållspersonal.

 

3. Efter att nätet har återställts synkroniseras systemet automatiskt och ansluts till nätet igen och återgår till normal drift.

 

 

Effektfördelningslogiktabell för fyra driftsförhållanden:

 

Viktiga kompletterande kärnteknologier

 

1. Maximal Power Point Tracking (MPPT) (integrerad i PCS): Fotovoltaisk spänning fluktuerar kraftigt. MPPT justerar impedansen i realtid, vilket säkerställer att solcellspanelerna alltid matar ut maximal effekt under aktuellt solljus, vilket ökar kraftgenereringen med 15%-30%.

 

2. BMS och PCS Kommunikation och koppling: Batteriets BMS sänder spänning, temperatur och SOC-data till växelriktaren i realtid. Växelriktaren justerar laddning/urladdning baserat på batteristatus för att förhindra cellskador.

 

3. Konverteringsförlust Förklaring: Fotovoltaisk DC till AC laddningsförlust är cirka 3 %-6 %; nät AC till batteri DC laddningsförlust är 4%-7%. Högkvalitativa PCS i branschen uppnår en omfattande konverteringseffektivitet Större än eller lika med 96 %.

 

 

Jämförelse av komponenter i nätanslutna-energilagringssystem kontra off-nätenergilagringssystem:

 

Jämförelseobjekt	Nätanslutet-energilagringssystem (vanligt för hemmabruk)	Energilagringssystem utanför-nät (områden utan elnät)
Inverter	Dubbelriktat nät-anslutna PCS med synkront nät-anslutningsfunktion	Omvandlare för lagring av energi från-nät, utan-nätansluten modul
Krav på batterikapacitet	Den är lite liten; om det inte finns någon ström kan du byta till nätström.	Batterier med stor-kapacitet måste matchas med-dagens strömförbrukning.
Överskottseffektbearbetning	El överförs till elnätet och säljs.	Att utrusta med ett urladdningsmotstånd förbrukar överflödig ström.
Möjlighet för strömavbrott	Öläge kort-oberoende strömförsörjning	Hela processen är beroende av solceller och batterier för självförsörjning.-
kosta	Medium-styrka, lämplig för stadsanvändare med elnät.	Hög höjd, lämplig för användning i avlägsna bergiga och pastorala områden

 

 

 

Förenklad sammanfattning (för enklare förståelse och memorering)

 

1. Solcellspaneler är ansvariga för att "generera elektricitet", som endast producerar instabil likström (DC).

 

2. Energilagringsbatterier är ansvariga för att "lagra elektricitet", lagrar endast DC, vilket löser problemet med ingen elproduktion på natten.

 

3. Power Storage Inverter (PCS) är "dispatch manager", som slutför AC/DC dubbelriktad omvandling och automatiskt distribuerar ström från solcellspaneler, batterier och elnätet. Hela systemet kan inte fungera normalt och stabilt utan någon av dessa komponenter.