跟着太阳能体系在家庭和企业中的设备和运用,分布式电源的理念现已转变为实践。而促进太阳能产能明显添加的要素有许多,其间包含联邦税收优惠政策、可再生动力鼓励办法、廉价光伏(PV)太阳能电池组件、动力本钱的直接和预期添加以及对动力独立日益激烈的巴望。
简直一切的住宅区、社区和轻型商用光伏/太阳能体系可分为以下三种类型,其间第一种最常见:
● 并网型,能够下降对设备依靠性并节约本钱;
● 离网型,能够在不衔接到电网的状况下供电;
● 电网互动型,即一般以电池组办法存在的衔接型储能体系,运用户在享有离网独立性带来优点的一起还可取得并网的优点。
电网互动型体系特别适用于以下状况:因各种原因导致电网呈现毛病、电网电力缺少或呈现问题时,或运用可再生办法生成的贮存电能来“抵消”昂扬的电网电力本钱时。对电网安稳性乃至可用性的重视程度比以往任何时分都要多,乃至在发达国家也是如此。由于历史性的暴风雨、海啸等其他足以改动人类日子的突发性灾祸工作总是伴跟着更加常见的限电、停电及其他断电状况,导致全球民众都在忧虑电力供给能否满意不断添加的全球需求。
在某些地区,电网中接入了许多的可再生动力,而这些额定的“顶峰需求”电力实践上会损坏依靠于较传统且灵活性或“动态性”较差电源的“负荷需求”电网的安稳性—由于一旦没有日照或风吹,光伏阵列和涡轮机就会有用封闭,而顶峰电力的缺失反过来会对无法继续满意需求的弹性相对较差的电网带来更高的需求。
根据这样或那样的原因,存储可再生电力的优点因其本身的优势清楚明了。储能能够抵消顶峰时段的用电量,在断电和紧迫状况下供给离网独立性,有助于进步电网的安稳性,以保证可再生电力继续坚持其在动力结构中重要而活跃的位置。这便是为什么储能体系在太阳能产品中添加最快的原因,也是为什么业界查询显现,未来两年,电池充电逆变器将使并网“串”逆变器相形见绌的原因(德国光伏杂志Photon International 2012)。
根本原理
迄今为止,最常见的光伏发电体系配置是在光伏组件阵列中添加一个并网(GT)逆变器。该逆变器可将直流电转换成交流电,然后经过建筑物上的服务面板将电能运送到电网中(见图1)。电网的效果就好像电池,而电网上的可再生动力则用于团体消费,这反过来也减少了其他发电源的运用。电池电网(grid-as-a-battery)真的是一个绝妙的理念,只需存在一天,并网逆变器就要依照UL1741的安全性要求来保证电网的供电。假如电网电力无法坚持并网逆变器的运转,则可用的光伏功率只能被搁置在房顶,这样,在电力中止期间,运用光伏发电的家庭或企业或许会和其他人相同也处于漆黑之中。
图1:典型的并网逆变器设备衔接。
电池(BB)逆变器体系无需电网即可运转,首要用于运用离网型体系的家庭、企业和工业设备,如手机播送塔等。智能型“电网/混合”逆变技能选用电池离网技能,能够运用光伏、风能、水电等其他可再生直流电源为电池充电,并将剩余的电能出售给电网,这一点与将电网用作电池的并网设备相同(见图2)。
图2:典型的电网/混合体系。
关于那些没有设备太阳能体系但期望具有备用电源的用户来说,具有电池备份功用的电网/混合逆变器/充电器正是最佳之选。假如光伏可再生动力体系在停电期间能够一向供电直到电网康复运转,那么就能够将太阳能卖回给电网。
当电网呈现毛病、彻底无法运用且断电时刻继续数天乃至数周时,你只会盯着满是光伏组件的房顶感叹,并无数次地诉苦为什么不从一开端就购买一个电网/混合逆变器?而购买并网体系的用户在购买时或许也还没有意识到房顶上没有光伏电源所带来的结果,当然或许他们以为这种工作永久不会产生在自己身上。最终还有一点便是在一开端他们或许不肯意在智能电网互动型逆变器/充电器与电池上花费额定开支。
经过AC耦合添加储能体系
具有常见的并网逆变器和电网依靠型逆变器的用户,能够运用AC耦合的办法来并网到电池备份逆变器体系。出于建筑物的临界负荷考虑,AC耦合法一般需求添加一个负荷中心,该负荷中心由断路器和电气衔接。这样,并网逆变器和电池逆变器就能够在某一点进行“耦合”,将其能量添加到负荷中。在电网供电的正常运转形式下,电能从光伏阵列流经并网逆变器到临界负荷面板,而剩余的电能则流经负荷面板抵达电池逆变器,最终抵达电网(见图3)。
图3:电网供电时的电流途径。
电网断电后,电池逆变器会激活内部转换开关,促进其翻开与电网的衔接。这样就能够阻挠逆变器为电网上的其他家庭供电,一起还可堵截电源线的电量,保证施工人员不会触电。电池逆变器还会为并网逆变器供给电源,使其坚持联网状况,并将直流电转换为交流电,用于临界负荷(见图4)。
图4:电网断电时的电流途径。当太阳落山后且光伏功率不再经由并网逆变器流向负荷时,贮存在电池中的电力将开端运送给临界负荷面板,直到第二天早晨(见图5)。
图5:光伏与电网均断电时源于电池逆变器的电流途径。
当第二天太阳升起时,体系康复到图3所示的功率流,而额定的能量则用于给电池充电。假如没有剩余的能量可用,则有必要经过封闭临界负荷面板衔接的设备进行手动甩负荷操作(抛弃较不重要的临界负荷,优先考虑照明和制冷设备等最重要的临界负荷),直至电池完结充电。假如一切临界负荷都是肯定必要的且无法进行甩负荷操作,则能够在备份体系中添加一台发电机,如此既可为电池充电又可满意临界负荷的需求。
有人或许会问:“为什么不直接运用发电机替代电池逆变器?”这或许是个可行的挑选,但在这样做之前还需求考虑几个重要的问题:
1. 在建筑物所要求的电能负荷期间,发电机都要坚持运转状况,或许一天需求运转12小时~18小时。除了噪声影响,许多低本钱的发电机需求频频的保护,且在低功率输出时功率低下。
2. 举个比如,假如电池备份体系上的发电机一天运转几个小时,那么较高功率意味着以一天一次或一周一次的频率加满5加仑油箱的不同。每逢极点气候和其他突发工作产生后,咱们总能在新闻照片和视频中看到人们在加油站旁排起长队,而即使如此也并不总能够保证汽油的顺畅供给。由于缺少满足的电网电力,许多加油站底子无法从储油罐中抽吸出汽油!
3. 在电池逆变器体系中添加发电机供电功用后,电池会大大延伸发电机的运转时刻—由于发电机无需全天候运转,因而相同的燃料所能坚持的运转时刻更长。
典型的AC耦合解决计划
与一切解决计划相同,细节决定胜败。将并网逆变器和电池逆变器结合起来的AC耦合并没有什么不同,特别适用于期望对一切运用采纳“一刀切”解决计划的用户。“一刀切”计划一般包含一个或多个分流负荷,或许运用断电继电器或其他办法使并网逆变器下线,以避免对电池逆变器的电池充电过度。这就需求许多的前期规划,以保证体系中的一切设备能够处理一切或许产生的状况。
一些电池逆变器制作商会“颤动”或改动为并网逆变器运送电力的频率,使其超出运转窗口的频率规模(59.5Hz~60.5Hz),期望藉此简化AC耦合的完成进程。这样,当电池充溢时,无需运用断电继电器即可有用地封闭电源,然后节约了继电器的本钱。但是,在许多状况下,假如产生频率颤动则不答应运用发电机,由于发电机的频率并不是很安稳,导致并网逆变器无法与之坚持同步。而即使能够同步,在低负荷或无负荷条件下,也存在反向馈电的风险,或许会损坏发电机。
还应当指出的是,“一刀切”的AC耦合解决计划的确需求分流负荷来搬运体系中剩余的能量(光伏功率过大/蓄电池组储能过小,都会为电池带来风险的充电电平)。尽管能够运用这些能量来烧水或运转泵,但实践日子中往往没有这样的需求;此外,假如分流负荷无法再接收现有的能量,那么依然需求封闭并网逆变器。除了操作上的复杂性,分流负荷的完本钱钱也比较昂扬,需求设备许多不良的侵入式设备,因而,关于那些期望简化AC耦合体系并下降本钱的用户来说,这一计划并非良策。一切相关的操控和衔接硬件的花费以及贵重的逆变器/充电器往往促运用户运用低等级的电池和附件来节约储能,最终会下降体系的全体功能和功效。
OutBack公司的AC耦合解决计划
另一种简略的办法是,大略勾勒出一个简略的电池逆变器、蓄电池组和遥控继电器的根本标准和操作攻略,然后将这些设备添加到现有的并网逆变器体系,这样,在电网无法供电的时分,能够将建筑物的可用光伏功率运送给临界负荷。
接下来将评论OutBack公司先进的机电解决计划,假如需求,能够挑选主动发电机操控。不同于大多数频率颤动解决计划,O