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太阳能电池系统类型-交流Vs直流耦合

杰森Svarc

什么是交流耦合或直流耦合?

交流或直流耦合是指太阳能电池板耦合或连接到能源存储或电池系统的方式。

太阳能阵列和电池之间的电气连接类型可以是交流电(AC)或直流电(DC)。交流电是指电流快速向前和向后流动(这是电网运行的原理),而直流电是指电流向一个方向流动。大多数电子电路使用直流电,而太阳能电池板产生直流电,电池储存直流电。然而,大多数电器都使用交流电,这就是为什么所有家庭和企业都有交流电电路。直流可以用变压器转换为交流逆变器但是,正如下面所解释的,在转换过程中总要损失一些能量。

免责声明:这只是一个指南。太阳能和电池存储系统必须由有执照的电气或太阳能专业人员安装。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。太阳能和电池系统可以产生和储存大量的能量,如果安装不正确,安装不符合所有相关的法规,标准和行业指南,可能会导致损坏或严重的伤害。

太阳能电池的发展

简单的直流耦合太阳能电池系统曾经只用于远程电力系统和离网家庭,但在过去的十年中,逆变器技术的迅速发展,导致了新的交流耦合储能配置的发展。然而,直流耦合系统还远远没有死,事实上,充电系统使用的是一个电池太阳能充电控制器或者混合太阳能逆变器仍然是最有效的方法。

近年来,电池技术有了很大的进步电池类型随着制造商探索不同的方式来为新的或现有的太阳能系统添加或安装电池,太阳能电池的兴起。最初的特斯拉Powerwall是第一个"高压"直流电池系统.从那时起,更高电压(200-500V)的电池变得越来越受欢迎,并用于专门的混合逆变器。最近,AC电池已经被许多领先的太阳能制造商开发,包括特斯拉,Sonnen和Enphase。

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随着电池存储系统的许多复杂品种现在可用,这里我们解释每种类型的优点和缺点。

4种主要的太阳能电池系统类型

  1. 直流耦合系统。离网

  2. 交流耦合系统。离网

  3. 交流耦合电池系统。并网

  4. 直流耦合混合系统。并网

注:一般只使用直流或交流耦合系统离网太阳能设施.我们在下面解释了原因,并对离网电力系统的交流与直流耦合太阳能进行了比较。


1.直流耦合系统

直流耦合系统已经应用了几十年离网太阳能设施以及小容量的汽车/船舶动力系统。最常见的直流耦合系统使用太阳能充电控制器(也被称为太阳能调节器)直接从太阳能给电池充电,加上一个电池逆变器,为家用电器提供交流电源。

使用MPPT太阳能充电控制器的直流耦合(离网)太阳能电池系统的基本布局图

使用MPPT太阳能充电控制器的直流耦合(离网)太阳能电池系统的基本布局图

对于微系统,如在商队/船或小屋中使用的那些,简单的PWM型太阳能控制器是非常低成本的方式连接1或2太阳能电池板充电12伏电池。PWM(脉宽调制)控制器有许多不同的尺寸,10A型的成本低至25美元。

对于大型的系统,MPPT太阳能充电控制器的效率高达30%,可在一个尺寸范围高达100A。与简单的PWM控制器不同,MPPT系统可以在更高的串电压下工作,通常高达150伏直流。然而,与网格连接相比,这仍然是相对较低的太阳能逆变器字符串经营300 - 600 v。

了解更多关于MPPT太阳能充电控制器在这里。

由于许多MPPT太阳能控制器的常见上限为150V,只能将3块电池板串联起来,这意味着对于3kW以上的大型太阳能系统,安装可能会变得更加复杂,需要将多串电池板与保险丝并联。

高电压MPPT太阳能充电控制器

高电压MPPT太阳能充电控制器;可达250VVictron能源和300 v此前在澳大利亚,这使得更长的串,可以使用更大的太阳能阵列高达6kW。施耐德电气也提供更高的600V单元晨星,尽管这些更昂贵,而且不像许多用于交流耦合系统的太阳能串逆变器那样有多个MPPT的输入。MPPT充电控制器是一种相对便宜、非常有效和安全的方法,即使在交流关机的情况下也能确保电池充电——这在偏远地区尤其重要。

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优势

  • 非常高效-高达99%的电池充电效率(使用MPPT)

  • 伟大的低成本设置的小规模离网系统高达6kW

  • 理想的小型汽车或船舶系统只需要1 - 2个太阳能电池板。

  • 模块化-如果需要,可以很容易地添加额外的面板和控制器。

  • 非常有效的供电直流电器和负载。

  • 如果电力服务提供商限制或限制电网太阳能的容量(即允许的)。最大5kW),额外的太阳能可通过直流耦合电池系统和MPPT充电控制器。

缺点

  • 对于6kW以上的系统,由于通常需要多个串并联,加上串熔断,安装更加复杂。

  • 对于6kW以上的系统,由于需要多个更高电压的太阳能充电控制器,价格可能会变得昂贵。

  • 如果在白天给大的交流负载供电,由于直流(PV)到直流(batt)到交流的转换,效率略低。

  • 一些太阳能控制器不兼容“托管式”锂电池系统,如LG Chem RESU或比亚迪B-Box。

推荐的直流耦合系统

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2.交流耦合系统

先进的交流耦合系统经常被用于大规模离网系统,并使用一种新型的交流耦合系统字符串太阳能逆变器再加上先进的多模逆变器或逆变器/充电器来管理电池和电网/发电机。虽然相对简单的设置和非常强大,但与直流耦合系统(98%)相比,它们的电池充电效率略低(90-94%)。然而,这些系统在白天为高交流负载供电时效率更高,一些还可以通过多个太阳能逆变器扩展形成微电网。葡萄牙vs乌拉圭波胆预测

交流耦合太阳能电池系统基本布局图。并网(混合)装置

交流耦合太阳能电池系统基本布局图。并网(混合)装置

Selectronic SP PRO inverter AC-coupled with 2 x ABB solar inverters

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Selectronic SP职业逆变器交流-加上2倍ABB太阳能逆变器葡萄牙vs乌拉圭波胆预测

许多现代离网住宅使用交流耦合系统,这是由于使用串式太阳能逆变器的优势,其工作在更高的直流电压(高达600V或更高)。葡萄牙vs乌拉圭波胆预测与需要多个MPPT充电控制器的直流耦合系统相比,这使得更大的太阳能阵列可以轻松安装,成本更低,复杂度更低。更大的三相商业系统需要更大的太阳能阵列,使用交流耦合更大的10到20千瓦+太阳能逆变器。葡萄牙vs乌拉圭波胆预测

优势

  • 更高的效率,当用于电力交流负荷在白天如空调,游泳池泵,和热水系统(高达97%的效率)。

  • 对于6kW以上的大型系统,安装成本普遍较低。

  • 可在多个位置使用多串太阳能逆变器(交流耦合微电网葡萄牙vs乌拉圭波胆预测)

  • 大多数3kW以上的串式太葡萄牙vs乌拉圭波胆预测阳能逆变器都有双MPPT输入,所以长串的电池板可以安装在不同的方向和倾斜角度。

  • 先进的交流耦合系统可以使用交流和直流耦合的组合(注意:这对于一些“托管”锂电池是不可能的)

缺点

  • 电池系统充电时效率较低-约85%至90%

  • 太阳能逆变器的容量可能受限于逆变器充电器的尺寸(即Victron 1:1的比例)。

  • 高质量的太阳能逆葡萄牙vs乌拉圭波胆预测变器对于小型系统来说可能很昂贵。

  • 直流负载供电时效率较低。

推荐的交流耦合系统


3.交流耦合的电池

交流耦合电池或简单的“交流电池”是电网连接家庭电池存储的一种相对较新的发展,它允许电池轻松地与新的或现有的太阳能安装交流耦合。AC电池由锂电池模块,电池管理系统(BMS)和逆变器/充电器所有在一个紧凑,简单的单元,可以很容易地连接到大多数家庭。

这些系统通常只设计用于并网家庭,而不是离网家庭,因为(无变压器)逆变器的功率通常不足以运行一个完全离网的家庭,并且不能处理许多电器的浪涌负载。最著名的交流电池是特斯拉Powerwall 2,连同SonnenBatterie这在欧洲和澳大利亚更为常见。领先的微型逆变器公司Enphase能源还生产一个非常紧凑的交流电池系统的家庭使用。这些系统通常安装简单,模块化,是储存太阳能最经济的选择之一。

与交流太阳能系统相结合的交流电池基本布局图-并网(未显示备份)

与交流太阳能系统相结合的交流电池基本布局图-并网(未显示备份)

交流耦合电池逆变器*

另一种选择是使用'翻新的交流耦合逆变器创建交流电池系统。这些系统使用专门的交流耦合电池逆变器,如SMA sunny boy存储器配合普通直流电池等流行LG化学结合

优势

  • 易于改造-可以添加到现有的太阳能安装的家庭

  • 一种经济的方式来增加能量储存。

  • 一般安装简单。

  • 模块化系统,允许扩展。

缺点

  • 由于转换(DC - AC - DC)效率较低,约90%

  • 部分交流电池不能作为备用电源

  • 一般不适合离网安装。

推荐的交流电池系统


4.直流耦合混合系统

混合系统可以被描述为网格连接直流耦合太阳能电池系统。它们有很多不同的配置,通常使用混合动力或多模逆变器。现代混合动力逆变器包括高压MPPT控制器/s和电池逆变器/充电器在一个共同的单位。第一代混合逆变器兼容48V铅酸或锂电池系统,但近年来,更高电压(400V+)的电池系统越来越受欢迎。

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高压电池Vs低压电池

与传统的48V电池系统不同,新一代“高压”电池的工作电压范围为200-500V DC(标称400V)。这提供了几个优势,包括更低的电缆损耗和提高效率,因为太阳能阵列通常工作在300-600V,这与电池电压非常相似。更高电压(400V)的电池和兼容混合逆变器使用锂电池系统运行在120-500V之间,而不是48V。更高电压的电池可以通过两种不同的方式配置:

  1. 太阳能阵列和逆变器之间的直流耦合。

  2. 直流耦合直接到一个兼容的混合逆变器(如下所示)。

由于大多数太阳能电池阵列在300-600V左右的高压下工作,高压电池使用损耗极低的高效DC-DC转换器。第一代特斯拉Powerwall是第一个可用的400V电池,并与流行配对SolarEdge Storedge混合逆变器。

LG化学结合H电池范围是目前最受欢迎的HV 400V电池系统之一,可与许多混合逆变器兼容,包括SolarEdge Storedge,SMA sunny boy存储器以及Solax Gen 3。

混合太阳能逆变器与直流电池系统的基本布局图

优势

  • 经济、紧凑、安装简单

  • 高效电池充电-约96%

  • 紧凑的模块化电池选择

  • 使用高压电池,电缆尺寸更小,损耗更低

  • 可以改造成“一些”现有的太阳能装置。

  • 现在有越来越多的混合逆变器可用

缺点

  • 有些系统不能作为备用电源

  • 许多有备份的系统在停电期间有3-5秒的延迟

  • 一般不适合离网安装,因为无变压器混合逆变器具有低浪涌额定值和无发电机控制。

推荐的混合动力系统


离网系统的交流与直流耦合

为什么要用交流耦合离网系统而不是直流耦合?

大型交流耦合离网太阳能系统与9.2千瓦太阳能阵列和26kWh锂LFP电池组。

大型交流耦合离网太阳能系统与9.2千瓦太阳能阵列和26kWh锂LFP电池组。

先进的交流耦合离网系统使用现代的太阳能逆变器葡萄牙vs乌拉圭波胆预测将太阳能直流电直接转换为交流电,可以在白天立即被大多数电器使用。这是非常有效的,特别是当供电高负荷,如空调系统,现代厨房电器和水/游泳池泵。另外,还考虑了交流耦合管柱的安装成本葡萄牙vs乌拉圭波胆预测较低对于较大的系统在5kW以上,由于多个MPP跟踪器,更高的串电压高达1000V,更高的容量高达10kWp单相。

注意:如果使用交流耦合系统离网,太阳能逆变器必须与(多模式)电池逆变器/充电器兼容,以实现精确的充电控制。这是必需的,这样太阳能发电可以“管理”或上升和下降,以确保安全和准确的电池充电。有几种管理系统被不同的制造商使用,例如频率增加(由SMA和Victron使用)或直接通信作为与seleconic结合使用Selectronic认证或Scert太阳能葡萄牙vs乌拉圭波胆预测逆变器-参考制造商的规格。

正如前面所解释的那样直流耦合系统对于小型到中型的系统是极具成本效益的。直流耦合系统的另一个优势是太阳能控制器非常灵活和可扩展,这意味着如果需要使用成本相对较低的直流太阳能控制器,可以很容易地添加额外的面板。

交直流耦合组合

大多数现代互动式逆变器/充电器比如Selectronic SP职业SMA光明岛而且Victron multiplus函数可以这两个交流和直流耦合配置。这提供了最好的两个世界,并提供了备份直流电池充电在事件的交流关机。

组合交流和直流耦合系统-可配置为电网交互或离网发电机

组合交流和直流耦合系统-可配置为电网交互或离网发电机

如果有一个逆变器关机在一个遥远的位置由于低电池电压或低SOC,直流耦合太阳能充电控制器将继续工作(没有交流操作)和充电电池系统,保持电池寿命,并可以重新启动系统,如果配置正确。这是一种更安全的设置,不像纯交流耦合系统,除非备用发电机或交流源运行正常,否则无法自动或远程重启。

交流和直流耦合离网系统-电子SP PRO交流耦合弗朗纽斯太阳能逆变器和直流耦合Midnight MPPT太阳能控制器。

交流和直流耦合离网系统-电子SP PRO交流耦合弗朗纽斯太阳能逆变器和直流耦合Midnight MPPT太阳能控制器。

AC和DC耦合离网太阳能系统- Selectronic SP PRO AC耦合到Kaco太阳能逆变器。铅酸蓄电池组也由两个直流耦合Victron MPPT太阳能控制器充电。