Quatre considérations de conception lors de l'ajout d'un équipement de batterie de stockage d'énergie à un réseau photovoltaïque
Alors que le nombre d'installations photovoltaïques (PV) continue de croître, le déséquilibre entre l'offre et la demande du réseau solaire est devenu une contrainte majeure. Il y a beaucoup d'énergie solaire disponible pendant la journée, mais la demande n'est pas très importante. Cela signifie que les clients paieront un prix plus élevé par watt le matin et le soir pendant les heures de pointe.
Les systèmes de stockage d'énergie (ESS) pour les appareils solaires dans les résidences, les commerces et les services publics utilisent des onduleurs pour stocker l'électricité ou le réseau pendant la journée lorsque la demande est la plus faible et pour stocker lorsque la demande est énorme, libérant l'énergie qui a été générée. L'ajout d'ESS à un système solaire connecté au réseau permet aux utilisateurs d'économiser de l'argent sur l'utilisation d'une technologie appelée « écrêtement des pointes ».
Conversion de puissance bidirectionnelle
Les équipements PV traditionnels sont constitués d'étages de puissance unidirectionnels DC/AC et DC/DC, mais la méthode de conversion unidirectionnelle est un obstacle majeur à l'intégration des ESS. Plus de composants, de modules et de sous-systèmes sont nécessaires, ce qui augmente considérablement le coût d'ajout d'un ESS à une installation solaire existante.
Pour ajouter une batterie à un appareil PV existant, les deux voies de charge et de décharge de la batterie doivent être combinées en une seule voie consistant en la correction du facteur de puissance (PFC) et les niveaux de puissance de l'onduleur. . Mais comment construire un convertisseur de puissance bidirectionnel au lieu de deux convertisseurs de puissance unidirectionnels ?
Les onduleurs hybrides peuvent améliorer efficacement l'efficacité de l'étape de conversion, mais cette amélioration de l'efficacité est plus importante pour les micro-réseaux équipés d'ESS qui effectuent plusieurs conversions de puissance. Le système de convertisseur de puissance gère la conversion DC/DC pour charger et décharger la batterie. Il gère également la conversion DC/AC et AC/DC, qui convertit le courant continu stocké dans les batteries en courant alternatif pour l'entrée et la sortie du réseau.
Batterie haute tension
Dans un système de micro-réseau avec batterie de stockage, la fonction principale de la batterie est de stocker l'énergie photovoltaïque et d'alimenter le réseau à la demande. Les batteries au lithium-ion ont une capacité de stockage par unité nettement supérieure à celle des batteries au plomb.
Alors que les batteries 400V gagnent en popularité dans les véhicules électriques (VE), les dispositifs de réseau solaire augmentent également la tension de la batterie à partir de 48V. Mais comment gérer la conversion de puissance d'un pack batterie 400V ?
En plus des micro-ordinateurs avec des capacités de contrôle et de communication du système qui intègrent l'ESS dans des systèmes plus grands, des commutateurs d'alimentation à faible perte et efficaces améliorent également la sécurité et la fiabilité des systèmes de stockage d'énergie. Des interrupteurs de puissance compacts et des micro-ordinateurs en temps réel basés sur des matériaux en carbure de silicium (SiC) et en nitrure de gallium (GaN) permettent de modifier les convertisseurs bidirectionnels pour accueillir une variété d'unités de stockage d'énergie CC.
Conception de convertisseur CC/CC à double pont actif
Les semi-conducteurs à large bande interdite tels que le SiC et le GaN jouent un rôle important dans la résolution des systèmes de conversion de puissance capables de gérer l'augmentation de la plage de tension de la batterie, car les convertisseurs augmentent la densité de puissance et réduisent les pertes de commutation. . Le système de conversion de puissance permet également à la batterie de mieux gérer les fluctuations de puissance dans le système de production distribuée, ce qui permet un fonctionnement intelligent et résilient du réseau à des tensions plus élevées et plus larges.
À terme, les dispositifs solaires pourraient imiter les batteries utilisées dans les voitures électriques. L'idée de recycler les batteries actuellement utilisées dans les véhicules électriques en tant que SSE connectés au réseau devient courante.
Matériaux à large bande interdite requis pour l'efficacité et la convection naturelle
Afin de construire un système de stockage mural intelligent, il est nécessaire de concevoir un onduleur qui optimise la dissipation de la chaleur en utilisant un refroidissement par convection naturelle minimal. Les architectures d'alimentation distribuée permettent de répartir la chaleur de manière centralisée dans tout le système. Cette architecture garantit que les onduleurs de stockage d'énergie requis peuvent gérer des niveaux de courant élevés à différentes tensions et répondre de manière fiable aux transitoires de charge à évolution rapide.
De tels systèmes nécessitent des pilotes de grille qui prennent en charge la commutation à grande vitesse et offrent une protection à des fréquences de commutation de 100 kHz à 400 kHz. Si la vitesse de commutation n'est pas assez rapide, vous constaterez que la phase de conversion de puissance est nettement inefficace.
C'est là qu'interviennent les matériaux à large bande interdite avec une commutation rapide et des densités de puissance élevées, tels que le SiC et le GaN. Ces dispositifs à semi-conducteurs facilitent la conception de systèmes qui ne nécessitent pas de refroidissement par ventilateur. Le dispositif GaN LMG3425R030 avec pilote intégré et fonctions de protection présente un profil compact, une densité de puissance élevée et une commutation rapide.
Le pilote de grille convertit le signal PWM numérique du contrôleur en courant requis par le transistor à effet de champ SiC ou GaN (FET). Le contrôleur basé sur PWM permet un échantillonnage précis de la tension et du courant sur plusieurs étages de conversion de puissance.
Détection de courant et de tension
La conception de l'alimentation à découpage haute fréquence est confrontée au défi de la détection précise du courant et de la tension. Les mesures de courant avec un shunt améliorent non seulement la précision, mais accélèrent également les temps de réaction, vous permettant de réagir rapidement à tout changement dans le réseau, de sorte que vous pouvez arrêter les connexions du système si le réseau est court-circuité ou déconnecté. Augmenté.
Les mesures de courant sont essentielles pour les conceptions centrées sur l'onduleur, car l'algorithme de contrôle nécessite des mesures électrofluométriques pour le contrôle. Certaines solutions de conception sont disponibles pour les mesures de courant isolées à l'aide d'amplificateurs/modulateurs et d'alimentations isolées des shunts externes.
Les convertisseurs de puissance doivent mesurer le courant dans le réseau pour voir si le courant est en phase avec la tension. En mesurant le courant et la tension, en plus de contrôler le courant de charge de la batterie, le fonctionnement de l'onduleur et la fonction de protection contre les surcharges sont également contrôlés.
Conclusion
Les onduleurs hybrides, qui effectuent une conversion de puissance bidirectionnelle entre AC/DC et DC/DC, devraient remplacer les onduleurs solaires traditionnels dans les années à venir. Les concepteurs d'onduleurs solaires pourront réaliser une conversion de puissance avec une large plage de puissance de sortie et de tension en utilisant des onduleurs hybrides.
L'augmentation de la tension de la batterie et l'extension de la plage de tension sont des problèmes importants pour les onduleurs solaires compatibles avec le stockage d'énergie. Avec des composants essentiels tels que le contrôle par micro-ordinateur et des semi-conducteurs à large bande interdite avec pilotes de grille et protection intégrés, ces tensions de cellule plus élevées et plus larges peuvent être prises en charge en plus du besoin d'un rendement élevé et d'une convection naturelle.
