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混合逆变器和离网太阳能系统尺寸的技术指南

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,请参阅选择家庭并网或离网太阳能电池系统的基本指南。太阳能和电池存储系统必须由有经验的持牌电气专业人员安装。太阳能和能源储存系统产生和储存大量的能量,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

在选择或购买混合或独立电力系统所需的任何设备之前,安装人员应该对确定储能系统大小的基本知识有很好的了解。这个过程中最重要的部分是开发负荷曲线或建立负荷表,以估计每天需要产生和存储的能量。如果你不能开发一个负荷表,然后一个专业的太阳能安装或系统设计师应该咨询。一般步骤如下:

  1. 估计加载-每天需要多少能量(千瓦时)。对于离网电力系统,a应开发载重表适用于夏季和冬季的需求。在选择电池和逆变器充电器时,还需要考虑浪涌负载、功率因数和最大需求或峰值需求。

  2. 确定电池大小要求在Ah或Wh。为了保证准确性,要考虑到电池类型和化学、最大放电深度(DoD)、往返效率、自主天数和最大充电率。

  3. 确定大小太阳能考虑到当地的条件,如全年平均太阳辐照度(太阳高峰时间)、遮阳问题、面板方向、电缆损耗和温度降额(损耗因素),需要kW阵列为电池充电并提供负载。

  4. 步骤1 - 3建立后,您可以选择适当大小的逆变器充电器,太阳能逆变器或MPPT太阳能充电控制器以适应系统。


如何选择混合型或离网型逆变器

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。现在有很多不同的系统类型,包括电网交互逆变器充电器,混合逆变器,完整的系统与集成电池存储(BESS)和交流耦合的电池系统。这里我们将帮助解释一些应该考虑的关键需求。

  1. 逆变器功率输出-连续和浪涌额定(kW)

  2. 逆变器充电额定(A)

  3. 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

以下是两种主要类型的混合或离网逆变器,它们有不同的尺寸,具有不同的连续和峰值功率额定值,以千瓦或kVA衡量。

  1. 离网电池inverter-chargers与重型变压器更昂贵,但提供非常高的浪涌和峰值功率输出,并能处理高电感负载。其中许多逆变器-充电器也是与电网相互作用的,下面将详细解释。

  2. 混合逆变器交流耦合电池系统使用带有“开关晶体管”的少变压器逆变器。这些小型轻型逆变器具有较低的浪涌和峰值功率输出额定值,但更具有成本效益,成本更低,更容易制造。

连续输出功率

大部分电池逆变器(混合动力或Inverter-charger)有多种尺寸可供选择,由连续输出额定功率(kW)决定。

该逆变器应匹配(大小)略高于负荷或电力需求的电器,它将供电。由于在高温环境下温度下降,逆变器应至少大于夏季最高连续需求的1.2倍。根据应用,这往往是最重要的规格,要考虑时,选择混合逆变器,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。负载是否电感和电阻也非常重要,必须加以考虑。

领先离网逆变器连续和峰值额定功率* (48V)对比图

注意,有些逆变器的额定功率是kVA,这可能会误导。一般kVA / kW的转换比为kVA*0.8 = kW。例如,5kVA逆变器的额定功率大约等于4kW逆变器的额定功率。

离网安装时,变频器尺寸为至关重要的并且必须在所有条件下满足满载(需求)。如前所述,温度降额尤其重要,因为在较高的环境温度下,逆变器的输出要降额(降低)。例如,额定25°C的6kW逆变器在40°C时只能输出4.8kW的连续功率。必须考虑这个降额因素,特别是在较温暖的气候中。

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

的例子,Victron能源Quattro数据表显示不同温度下的连续功率输出。

浪涌或峰值输出功率

浪涌或峰值额定功率对于离网系统非常重要,但对于混合(并网)系统并不总是至关重要的。如果您计划为高浪涌设备供电,如水泵,压缩机,洗衣机和电动工具,逆变器必须能够处理高感应浪涌负载。

逆变器能够维持浪涌功率输出的时间长短也是非常重要的,但是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为8kW,而另一些可能指定8kW60秒.当没有指定喘振时间(秒)时,喘振额定值只能持续1秒或2秒。一般来说,高端的电网交互逆变器充电器在最长的时间内具有最高的浪涌额定值。的Selectronic SP职业众所周知,有一个最高的surge额定值的任何电池逆变器充电器在市场上。

*各种一体式混合式逆变器,以及电子和伟创能源的交互逆变器/充电器的比较。仅作为指南使用-请参阅制造商的详细说明。

备用电源输出-连续

如上图所示,许多混合逆变器在备用或应急供电模式(EPS)下运行时,备用电源减少或有限。这可以进一步限制电池容量和输出功率额定取决于电池使用。然而,有几种混合逆变器(Solax, Redback和SolarEdge)在备份模式下不会降低功率输出。专用电池逆变器如Selectronic SP职业而且Victron Multiplus没有任何这样的限制。

2.逆变器充电评级

电池反相器马克斯收取评级,需要考虑,以确保电池组容量和逆变器是正确的“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,电池无法实现全充电循环。这将导致性能差,降解和可能的硫酸盐(如果使用铅酸电池)。

Selectronic变频器规格表(SP PRO)以红色显示最大充电额定值。

许多现代锂电池系统可以接受高的充电电流容量比,并能够以更高的C率充电。如果使用大型或超大的太阳能阵列,而逆变器充电率不充分,那么太阳能发电可能会被削减(减少),系统将不能有效地执行。


3.太阳能电池板尺寸-太阳能光伏输入

在确定了平均日能耗(kWh)后,再考虑当地的太阳能辐照和损耗,下一步以kW为单位确定太阳能阵的最大尺寸。对于离网系统,在确定太阳能阵的尺寸时还应考虑电池容量(kWh)。

混合逆变器集成了带有串输入电压和电流限制的mppt,这将决定可使用的最大太阳能阵列尺寸(通常为6-8kW单相)。相比之下,grid-interactive电池逆变器充电器,如Selectronic SP PRO和Victron Multiplus,可以与太阳能逆变器或MPPT太阳能充电控制器一起工作葡萄牙vs乌拉圭波胆预测交流或DC-coupled配置。这些系统可以容纳更大的太阳能电池板,如果需要,还可以在后期进行扩展。

AC-Coupled PV分级

在交流耦合系统中,太阳能逆变器的尺寸往往受到逆变器-充电器额定功率(kW)的限制。例如,Victron Multiplus和Quattro逆变器充电器只能采用1:1的逆变器比例,即太阳能逆变器(AC)额定功率必须与逆变器充电器的交流额定功率相同。Ie。一个5kW的太阳能逆变器是最大的尺寸,可以与一个5kW的Multiplus逆变器充电器交流耦合。注意,使用Victron系统的直流耦合可以增加更多的太阳能。了解更多关于Victron交流耦合系数1规则.相比之下,Selectronic SP PRO的逆变器比例为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。例如,一个5kW的SP PRO可以与2个5kW的弗朗纽斯太阳能逆变器或一个8.2kW的弗朗纽斯大型逆变器交流。葡萄牙vs乌拉圭波胆预测

*注意:当设计一个“管理”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。例如,Selectronic认证或“Scert”逆变器经过修改,可以使用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,但不那么精确,并可能影响一些敏感的电子设备。

DC-Coupled PV分级

不像交流耦合太阳能,直流耦合没有相同的尺寸限制,太阳能阵列可以大大超大,以允许恶劣的天气条件和季节太阳辐照度的变化。使用MPPT太阳能充电控制器的直流耦合太阳能是一种非常有效和可靠的添加太阳能的方式,与交流耦合相比有许多优势,下面将详细说明。请参阅我们的详细文章,MPPT太阳能充电控制器解释参阅有关选择和尺寸直流耦合太阳能充电控制器的更多信息。

dc耦合太阳能阵列,使用多个最大功率ppt太阳能充电控制器

使用多个MPPT太阳能充电控制器的直流耦合太阳能阵列-注意,没有显示太阳能直流隔离器


4.直通的权力

直通电源特性(也被称为“集成转换开关)使逆变器在高负载下,当电池电量低或太阳能不可用时,从电网或备用发电机提供额外的电力。通过来自电网(或离网系统中的发电机)的额外电力的能力可以大大简化安装,不需要分离基本和非基本负载。

一般来说,只有高端grid-interactive inverter-chargers可以通过额外的电力来自电网或自动启动并运行连接的备用发电机。电子、Victron Energy和施耐德电气逆变器充电器都有内置的转换开关,具有直通电源能力。SMA阳光岛系统在并网时需要安装外部接触器。

5.兼容电池类型

在廉价的锂电池系统发布之前,大多数电池逆变器设计为使用广泛使用的铅酸电池(凝胶、AGM和水淹).铅酸电池体积更大,重量更重,可以释放出需要通风的气体,而锂离子电池则更轻、更紧凑、更高效,储存在密封的外壳中被认为是安全的。许多锂电池系统,如比亚迪、派龙科技和LG能源,都有集成电池管理单元(BMU),需要一个通信兼容的逆变器(can总线网络协议),以安全高效地运行。

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、GenZ LFP和Zenaji LTO电池系统。

最流行的自管理、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,模块化锂电池系统使用不同格式的LFP电池。

对于离网系统,铅酸电池仍然是一种经过良好验证和可靠的技术,如果尺寸和管理正确,寿命可达15年。铅酸电池最大的好处之一是,与现代锂电池不同,它们不会在低电压或低SOC下关机。这在紧急情况下或备用发电机失效或不可用时非常重要。

在离网系统中,有许多可靠的、经过验证的铅酸电池可用。

在离网系统中,有许多可靠的、经过验证的铅酸电池可用。

电池电压

所有混合型和离网型逆变器都被设计用于特定的标称直流电池电压,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,所以这些可能只与相同电压的铅酸蓄电池组兼容。SelectronicSMA施耐德拥有一系列高端48V混合/离网逆变器,而Victron能源和Outback Power提供专用的12V, 24V和48V离网逆变器。

第一款特斯拉Powerwall是第一款运行在高压(HV)下的电池系统,并与运行在类似电压(200-500V)的太阳能阵列相连。高压系统现在非常普遍,并且有许多混合式逆变器如SolarEdgeStorEdge, Goodwe EH和Fronius GEN24 Plus都使用高压电池系统。

注:不同于传统的直流耦合太阳能充电控制器或调节器,混合逆变器不能工作与多个电池电压。

电池容量—千瓦时

电池容量以kWh(千瓦/小时)或安培小时(铅酸)来衡量,安培小时是电池系统可以存储的总能量。然而,根据电池类型和规格,并非所有可用容量都是可用的。普通的铅酸深循环电池(AGM & Gel)每天只能放电到总容量的20-35%,而锂离子电池和新一代电池技术可以放电到80-90%的SOC。因此,电池的化学性质和容量需要仔细选择,以满足用户的能源需求。

混合和离网-一个典型的并网家庭,从下午5点至午夜的高峰(晚上)能源使用为8-10kWh,大约12-15 kWh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,连续几天的恶劣天气。一个平均(高效)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,这取决于所需的自治天数和太阳能阵列的大小。

混合的例子:如果高峰能耗(下午6-12点)为6kWh,那么系统大约需要14-16kWh的铅酸电池或7-8kWh的锂电池系统来充分覆盖高峰能耗。

比较领先的铅酸与高性能锂电池系统-点击图片

比较领先的铅酸与高性能锂电池系统-点击图片


6.配置-交流或直流耦合

随着太阳能电池系统变得更大更先进AC-coupled由于使用成本低、易于安装的串太阳能逆变器,该系统成为最佳配置之一。葡萄牙vs乌拉圭波胆预测大多数现代离网交流耦合系统使用先进的双向inverter-chargers加上一个或多个兼容的太阳能逆变器。葡萄牙vs乌拉圭波胆预测交流耦合系统一般在交流电需求旺盛的白天更有效率,例如空调系统、现代厨房电器和泳池水泵。然而,随着市场上越来越多的先进的高压混合逆变器,新一代高压直流耦合电池系统(HV)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测。用于运行混合和离网系统的软件因此需要先进的能源管理和监测能力,这是高端所在grid-interactive逆变器真的闪闪发光。这些强大的逆变器,如来自Victron, selelectronic, 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,并在使用铅酸或阀控式铅酸蓄电池组时优化充电。

SP PRO逆变器充电器使用电子SP. link软件进行配置。这个先进的软件包有8个系统优先级设置,使多种操作模式取决于各种输入,输出和电池SOC。点击放大

来自Redback技术混合逆变器的日志数据示例-图像信用Redback门户

来自Redback技术混合逆变器的日志数据示例-图像信用Redback门户

SolarEdge和Redback Technologies等几款先进的混合逆变器也包含智能控制功能。对于额外的监测和控制添加能源监测系统,如Reposit Power和Solar Analytics可以提供更先进的远程监测和智能控制功能。

两个流行的插件远程监控和能源管理系统

远程监控和能源管理系统

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太阳能分析远程监控系统

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大多数混合动力系统内置电池存储(BESS系统)也利用先进的能源管理系统和传感器,然而,一些成本较低一体化的混合逆变器能力有限,导致存储能量的使用效率较低。

虚拟发电厂和分布式能源

更大规模的微网格和虚拟发电厂或VPP,需要独特的技术设计来集成和管理分布式能源资源(DERs)。Switchdin已经成为这一领域的领导者之一,其Droplet控制器可以集成和控制DERs。

Switchdin液滴控制器设计用于DER和VPP应用

Switchdin液滴控制器设计用于DER和VPP应用


混合和离网逆变器对比图

详见逆变器详细对比图:

点击图片查看最受欢迎的混合逆变器混合逆变器的完整详细对比表。