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混合逆变器和离网太阳能系统的技术指南beplay全站App

杰森Svarc

图-交流耦合混合并网电力系统的基本配置

图-交流耦合混合并网电力系统的基本配置

这只是一个指南。有关较少的技术信息,请参阅选择家用并网或离网太阳能电池系统的基本指南。beplay全站Appbeplay全站App太阳能和电池存储系统必须由有经验的持照电气专业人员安装。beplay全站App太阳能和储能系统产生和存储大量的能量,如果安装不符合所有相关的法规、标准和指南,可能导致损坏、火灾或严重的伤害。

设计储能或离网太阳能系统的四个步骤beplay全站App

在选择或购买混合或独立电力系统所需的任何设备之前,安装人员应该对蓄能系统的选型有很好的了解。这个过程中最重要的部分是建立负荷剖面或建立负荷表,以估计每天需要产生和存储的能量量。如果你不能开发一个负荷表,那么应该咨询专业的太阳能安装或系统设计师。beplay全站App一般步骤如下:

  1. 估计加载-每天需要多少能量,以千瓦时为单位。对于离网电力系统,a应开发负载表满足夏季和冬季的需求。在选择电池和逆变器/充电器时,还需要考虑浪涌负载、功率因数、最大需求或峰值需求。

  2. 确定电池Ah或Wh要求的尺寸。你需要考虑到电池类型及化学,最大放电深度(DoD),往返(充电)效率和最大充电率。

  3. 确定有多少beplay全站App考虑到当地的条件,如全年的平均照度、遮阳问题、面板朝向和温度降额因素,面板/s需要为电池充电和提供负载。

  4. 在步骤1到3已经建立,你现在可以选择适当的逆变器/充电器,太阳能逆变器/s或beplay全站AppMPPT太beplay全站App阳能充电控制器/s以适应系统。


如何选择混合或离网逆变器

在选择合适的电池逆变器/充电器之前,现代混合和离网储能系统有许多规格需要考虑。现在也有许多不同的系统类型,包括一体化混合太阳能逆变器,完整的系统集成电池存储(BESS)和beplay 竞技beplay全站App交流耦合的电池系统。在这里,我们将解释一些需要考虑的关键要求。

  1. 逆变器功率输出-连续和浪涌额定值(kW)

  2. 逆变器额定充电量(A)

  3. beplay全站App太阳能光伏阵列尺寸(kW)

  4. 通过功率(A)

  5. 电池兼容性。系统电压和电池类型

  6. 配置-交流或直流耦合

  7. 软件和能源管理


1.逆变器输出功率

现代混合/离网逆变器主要有两种类型,它们有不同的尺寸,具有不同的连续和峰值额定功率(以kW或kVA衡量)。

  1. 离网逆变器/充电器电池与重型变压器更贵,但提供非常高的浪涌和峰值功率输出,并可以处理高电感负载,下文详细解释。

  2. 混合动力一体化的逆变器系统而交流耦合电池系统则采用无变压器的“开关晶体管”逆变器。这些轻量级逆变器具有较低的浪涌和峰值功率输出能力,但成本更低,更容易制造。

连续输出功率

大部分电池逆变器(混合或逆变器/充电器)可提供多种尺寸,由连续输出额定功率(以千瓦为单位)决定。

逆变器应匹配(尺寸)略高于它将供电的设备的负载或功率需求。由于温度降低,逆变器应至少大于夏季连续最高需求的1.2倍。根据应用的不同,这通常是选择混合逆变器时需要考虑的最重要的规范,特别是当使用混合逆变器作为一个专用或必要负载的备用电源。负载是感性的还是电阻性的也很重要,必须加以考虑。

领先的离网逆变器连续额定功率* (48V)和峰值额定功率* (48V)比较图

注意,有些逆变器的额定功率是以千伏安的形式提供的,这可能会引起误解。kVA与kW的一般转换比为kVA*0.8 = kW。例如,一个5kVA逆变器大致相当于一个4kW逆变器的额定功率。

离网安装逆变器的尺寸为至关重要的并且尺寸必须满足所有条件下的满载(需求)。如前所述,温度降额尤其重要,因为逆变器输出在较高的环境温度下降额(降低),例如,额定温度为20℃的6kW逆变器在40℃时只能输出4.8kW的连续功率。这一降低因素必须考虑在内,特别是在较温暖的气候中。

示例- Victron Energy Quattro datasheet,显示不同温度下的连续功率输出。

的例子,Victron能源不同温度下的连续功率输出。

浪涌或峰值功率输出

浪涌或峰值功率输出对离网系统非常重要,但对混合系统并不一定至关重要。如果您计划为水泵、压缩机、洗衣机和电动工具等高浪涌电器供电,逆变器必须能够处理高感应浪涌负载。

逆变器维持浪涌功率输出的时间也非常重要,但根据制造商的描述可能会产生误导。例如,一些逆变器可能指定浪涌输出说8kW,而另一些可能指定8kW为60秒。一般来说,高端多模式或交互式逆变器在最长的时间内浪涌额定值最高。的Selectronic SP职业已知具有最高的电涌额定值的任何电池逆变器/充电器在市场上。

*比较各种一体化混合逆变器和交互式逆变器/充电器来自电子和维创能源。仅作为指南使用-详细信息请参考制造商规范。

备份电源输出-连续

如上图所示,许多一体化混合逆变器在备份或应急供电模式下运行时,都减少或限制了备份电源。这也可以进一步受到电池容量输出额定值的限制,取决于使用的电池大小。然而,有几款一体化混合逆变器(Solax、Redback和SolarEdge)在备份模式下没有减少功率输出。beplay全站App专用的电池逆变器/充电器(交互式逆变器),如Selectronic SP职业Victron Multiplus不要有任何这样的限制。

2.逆变器充电评级

需要考虑以安培为单位测量的电池逆变器最大“额定充电功率”,以确保电池组容量和逆变器正确地“平衡”。Ie。确保逆变器/充电器有足够的充电容量,使电池达到吸收充电电压。如果电池组太大,而逆变器充电额定值太小,则电池无法实现完全充电循环。这将导致性能差,降解和可能的硫化(如果铅酸)。

Selectronic逆变器规格表(SP PRO)突出最大充电额定值红色。

许多现代锂电池系统可以接受高充电电流与容量比,能够以较高的C1率充电。如果使用大型或超大的太阳能阵列,并且逆变器充电率beplay全站App不足够,那么太阳能发电可能会被削减(减少),系统将不会有效地执行。的选择SP PRO逆变器通常被认为具有最高的电荷率。


3.beplay全站App太阳能阵列大小-太阳能光伏输入

在根据能量消耗曲线、位置和损失确定光伏阵列的尺寸后,下一步是根据所使用的具体混合或离网系统确定太阳能阵列的最大尺寸(单位为kW),这通常受到逆变器尺寸的限制。beplay全站App对于离网系统,电池容量(kWh)也应考虑时,确定太阳能阵列。beplay全站App

大多数混合系统都有集成的太阳能逆变器或MPPT。beplay全站App如果系统使用一体化的混合逆变器,这将决定该系统可使用的太阳能阵列的最大尺寸(通常约为6-8kW)。beplay全站App相比之下,高端互动电池逆变器/充电器,如SP PRO和Victron Multiplus可以与太阳能逆变器或MPPT太阳能充电控制器工作beplay 竞技beplay全站App交流或直流耦合配置。这些系统可以容纳更大的太阳能电池板,如果需要,也可以在以后的阶段进行扩展。beplay全站App

AC耦合PV的尺寸限制

在一些交流耦合系统中,太阳能阵列的容量可能受到逆变器额定值的限beplay全站App制。例如,Victron Multiplus可以以1:1的逆变器比例进行交流耦合,太阳能逆变器的最大交流额定值与Multiplus交流额定值相同。beplay全站App这意味着一个最大5kW的太阳能逆变器可以与beplay全站App一个5kW的Multiplus逆变器/充电器耦合。注意,更多的太阳能可以beplay全站App使用直流耦合Victron系统。相比之下,电子SP PRO的比例是1:2,这意味着它可以有两倍的太阳能逆变器交流容量连接。beplay全站App例如,一个5kW的SP PRO可以与2个5kW太阳能逆变器或一个更大的8.2kW太阳能逆变器进行交流。beplay 竞技beplay全站App

*注意:当设计一个“托管”交流耦合离网系统时,太阳能逆变器将需要与逆变器充电器兼容。beplay全站App例如,seleconic认证或“Scert”逆变器可以通过直接通信实现精确的电池充电控制。相比之下,Victron和SMA交流耦合离网系统通常使用频率变化.这是足够的,但不够精确,可能会影响一些敏感的电子设备。

直流耦合PV尺寸

不像交流耦合太阳能,直流耦合没有相同beplay全站App的尺寸限制,太阳能阵列可以大大超大,以考虑恶劣的天气条件和季节太阳辐照度的变化。使用MPPT太阳能充电控beplay全站App制器的直流耦合太阳能是一种非常有效和可靠的增加太阳能的方式,与交流耦合相比有许多优点,下面将详细说明。

采用多MPPT太阳能充beplay全站App电控制器的直流耦合太阳能阵列

采用多MPPT太阳能充beplay全站App电控制器的直流耦合太阳能阵列

参见我们的详细文章MPPT太beplay全站App阳能充电控制器说明,以获取更多关于选择和调整直流耦合太阳能充电控制器的信息。beplay全站App


4.通过权力

通过电源特性(也称为转换开关’)使逆变器能够在高负荷下,当电池电量不足或太阳能不可用时,从电网或备用发电机提供额外的电力。beplay全站App从电网(或离网系统中的发电机)输送额外电力的能力可以大大简化安装,因为不需要将基本负荷和非基本负荷分开。

注意:通常只在高端混合动力/离网互动逆变器/充电器可以通过额外的电力从电网或自动启动和运行连接的后备发电机。电子、威创能源和施耐德电气多模逆变器都具有通功率转换开关。

5.兼容电池类型

在便宜的锂电池系统发布之前,大多数电池逆变器设计用于与广泛可用的铅酸电池(凝胶,AGM和淹没).铅酸电池更为常见,但体积更大、重量更重,而且会释放出需要通风的气体,而锂离子电池更轻、更紧凑,被认为可以安全地存放在车库中。大多数锂电池系统都有一个集成的电池管理系统(BMS),它需要一个具有兼容通信(网络协议)的逆变器来安全高效地运行。

有几个自我管理锂LFP电池系统不需要BMS与逆变器通信,功能类似于铅酸电池系统,包括Simpliphi PHI, Powerplus Energy和GenZ LFP电池模块。

最流行的自我管理,模块化锂电池系统使用不同格式的LFP电池。

最受欢迎的自我管理在美国,模块化锂电池系统使用不同格式的LFP电池。

离网系统铅酸电池仍然是一种经过验证和可靠的技术,在正确的尺寸和管理下,寿命可达15年。铅酸电池最大的好处之一是,不像现代的锂电池,它们不会在低电压或低SOC下关闭。这在紧急情况下或备用发电机故障或不可用时非常重要。

离网系统中有许多可靠的、经过充分验证的铅酸电池。

离网系统中有许多可靠的、经过充分验证的铅酸电池。

电池电压

所有混合/离网逆变器都设计用于特定标称直流电池电压,最常见的是48V。由于大多数锂电池系统是48V,这不是一个问题,然而许多小容量逆变器使用12V或24V,所以这些可能只兼容相同电压的铅酸电池组。SelectronicSMA施耐德拥有一系列高端48V混合/离网逆变器Victron能源和Outback电源都是专门的12V, 24V和48V离网逆变器。

第一辆特斯拉Powerwall是第一批在高压(400V)下运行的电池系统之一,并与通常在类似电压(300-500V)下运行的太阳能阵列连接在一起。beplay全站App的beplay全站AppSolarEdgeStorEdge和Fronius Symo混合(三相)逆变器都适用于高压电池系统。

注:不像传统直流耦合beplay全站App太阳能控制器或调节器,所有现代混合逆变器不能在多种电池电压下工作。

电池容量-千瓦时

电池容量以kWh(千瓦/小时)或安培小时(铅酸)为单位计算,安培小时是电池系统能存储的总能量。然而,根据电池类型和规格,并不是所有可用容量都是可用的。普通铅酸深循环电池(AGM & Gel)的放电容量应仅为总容量的20-40%,而锂离子和新一代电池技术的放电容量可达80-95%。因此,需要仔细选择电池的化学性质和容量,以满足用户的能源需求。

混合和离网-对于一个典型的联网家庭,从下午5点到午夜的高峰(晚上)能耗为8-10千瓦时,大约12-15千瓦时的锂电池就足够了。然而,对于离网系统,电池系统将需要能够储存足够的能量,以应付连续几天的恶劣天气。一个普通的(高效的)家庭一天使用10-15千瓦时,这将需要一个更大、更昂贵的30-60千瓦时电池系统,这取决于需要的自动化天数和太阳能阵列的大小。beplay全站App

混合的例子:如果峰值能耗(从下午6点到12点)为6kWh,那么系统大约需要14-16kWh的铅酸电池或7-8kWh的锂电池系统才能充分满足峰值能耗。

领先的铅酸和高性能锂电池系统的比较-点击图片

领先的铅酸和高性能锂电池系统的比较-点击图片


6.配置-交流或直流耦合

随着太beplay全站App阳能电池系统变得更大更先进交流耦合由于使用低成本、易于安装的串太阳能逆变器,该系统逐渐成为最佳配置之一。beplay 竞技beplay全站App大多数现代离网交流耦合系统使用先进的双向多模逆变器再加上一个或多个兼容的太阳能逆变器。beplay 竞技beplay全站App在交流电需求较高的白天,空调系统、现代厨房电器和泳池水泵等空调耦合系统的效率通常更高。

然而,随着市场上先进的高压混合逆变器的不断增加,新一代高压直流耦合电池系统(400V)正变得越来越受欢迎。

看到完整的交流与直流耦合系统回顾篇文章。

7.软件及能源管理

为了使混合或离网电力系统优化能源使用和延长电池寿命,需要高水平的电源管理和电池监控。因此,用于运行混合和离网系统的软件需要先进的能源管理和监控能力,这是高端grid-interactive逆变器真的闪闪发光。这些强大的逆变器,如来自Victron, seleconic, Schneider和SMA拥有最先进的软件包,内置控制系统,继电器和数字输入和输出。这些系统还集成了专门的电池监测和温度传感器,以延长电池寿命,并在使用铅酸或VRLA电池组时优化充电。

来自Redback技术混合逆变器的记录数据示例-图像信用Redback门户

来自Redback技术混合逆变器的记录数据示例-图像信用Redback门户

一些先进的混合逆变器,如SolarEdge和Redback Technologies的也包括智能控制功能。beplay全站App对于额外的监测和控制,添加能源监测系统,如reit Power和Solar Analytics,可以提供更先进的远程监测和智能控制功能。beplay全站App

两个流行的附加远程监控和能源管理系统

reit Power远程监控和能源管理系统

reit Power远程监控和能源管理系统

beplay全站AppSolar Analytics远程监控系统

beplay全站AppSolar Analytics远程监控系统

大多数内置电池存储的混合系统(BESS系统)也采用先进的能源管理系统和传感器,但有些成本较低一体化的混合逆变器有有限的能力,这可能导致较低的效率使用储存的能源。

虚拟电厂和分布式能源

更大规模的微电网和虚拟电厂或VPP,需要设计独特的技术来集成和管理分布式能源(DERs)。Switchdin凭借允许集成和控制DERs的Droplet控制器,它已成为该领域的领导者之一。

Switchdin液滴控制器设计用于DER和VPP应用

Switchdin雾滴控制器设计的DER和VPP应用程序


混合逆变器比较表

看到我们的混合/离网逆变器和储能总结用于直接比较所有可用的混合和储能系统

点击图片查看最受欢迎的逆变器混合逆变器对比表。

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