Batterie ad alta tensione vs. batterie a bassa tensione per l'accumulo di energia solare

La tensione della batteria è utile solo se considerata come parte integrante dell'intero sistema di accumulo. Una batteria da 48 V e una da 300 V possono immagazzinare una quantità di energia simile, ma impongono esigenze elettriche molto diverse all'inverter e al circuito CC. Livelli di corrente, requisiti di cablaggio, dispositivi di protezione, connessioni dei moduli e opzioni di espansione possono variare a seconda dell'architettura di tensione scelta. Nel caso di sistemi di accumulo a batteria per impianti solari, queste differenze pratiche sono solitamente più importanti dell'etichetta stessa.

Le categorie di alta e bassa tensione non sono fisse per tutti i prodotti di accumulo solare. Un produttore può utilizzare un intervallo operativo diverso da un altro, e lo stesso vale per la progettazione degli inverter. In pratica, la tensione della batteria deve essere compatibile con l'intervallo operativo dell'inverter e con la potenza che il sistema dovrà erogare. Le condizioni di installazione e i piani di capacità futuri contribuiscono quindi a determinare se un'architettura a bassa o alta tensione sia più appropriata.

Cosa determina effettivamente l'alta o la bassa tensione di una batteria solare?

Un sistema di batterie a bassa tensione generalmente funziona con un bus CC inferiore e spesso espande la capacità aggiungendo unità batteria compatibili in parallelo. Un sistema di batterie ad alta tensione crea un bus CC più elevato, solitamente collegando moduli batteria compatibili in serie sotto un BMS coordinato.

Le etichette sono utili per confrontare i prodotti di accumulo, ma non definiscono un limite di tensione fisso per ogni sistema. Ciò che conta in pratica è l'intervallo di funzionamento effettivo della batteria e la sua compatibilità con l'inverter. Anche l'isolamento, la protezione e i requisiti elettrici locali devono essere verificati in base alla tensione effettiva del sistema, piuttosto che alla categoria di prodotto dichiarata.

Sunway utilizza entrambe le architetture nella sua gamma di sistemi di accumulo residenziali. Alcuni sistemi combinano batterie a bassa tensione montate a parete con inverter ibridi compatibili. Altre configurazioni utilizzano moduli ad alta tensione impilabili con piattaforme inverter progettate per una tensione lato batteria più elevata. I due approcci rispondono a diverse esigenze di progettazione del sistema, piuttosto che rappresentare una semplice scelta tra base e premium.

In che modo la tensione della batteria influisce sulla corrente?

Il legame tra tensione e corrente diventa più chiaro quando la potenza viene mantenuta costante. Per un calcolo semplificato in corrente continua, la relazione può essere scritta come:

P ≈ V × I

Prendiamo come semplice esempio un carico da 5 kW. Con una tensione di bus teorica di 50 V CC, per erogare tale potenza sarebbero necessari circa 100 A. Aumentando la tensione di bus a 250 V, la corrente scende a circa 20 A. I sistemi a batteria reali non corrisponderanno esattamente a questi valori ideali, poiché la tensione varia durante il funzionamento e l'inverter, il cablaggio e la batteria introducono tutti limiti e perdite.

Una corrente inferiore può modificare la progettazione del lato CC

Quando la stessa potenza viene trasferita a una tensione più elevata, una minore corrente deve attraversare il circuito in corrente continua. Ciò può alleggerire il carico di corrente su cavi, sbarre collettrici, connettori e dispositivi di commutazione. Può anche ridurre le perdite resistive in alcune parti del circuito, sebbene il miglioramento effettivo dipenda dalla sezione, dalla lunghezza, dalla resistenza del conduttore e dalla corrente di esercizio.

Tale vantaggio non deve essere confuso con l'efficienza complessiva del sistema. Una batteria ad alta tensione funziona comunque attraverso un inverter e altri componenti elettrici, ognuno con le proprie perdite. La resistenza della batteria, la lunghezza dei cavi, le fasi di conversione, la temperatura e il punto di funzionamento influenzano il risultato finale. Una tensione della batteria più elevata può essere utile in una parte del progetto senza per questo rendere automaticamente più efficiente l'intero sistema.

Una corrente più elevata non è automaticamente un problema di progettazione.

Un sistema a bassa tensione non è intrinsecamente inefficiente o inadatto a livelli di potenza utili. Se l'inverter e la batteria sono progettati per la corrente richiesta, l'architettura può funzionare correttamente entro il suo intervallo previsto. Tuttavia, all'aumentare della potenza, il lato CC potrebbe necessitare di conduttori più spessi, connettori ad alta corrente o percorsi paralleli aggiuntivi per la batteria. Questi requisiti pratici sono parte integrante della progettazione del sistema.

La tensione della batteria, pertanto, risulta più sensata se considerata insieme alla potenza e alla corrente richieste dal sistema, piuttosto che come specifica a sé stante.

In che modo i sistemi di batterie ad alta e bassa tensione si differenziano nella loro costruzione?

Una delle principali differenze risiede nel modo in cui i moduli batteria vengono collegati e gestiti.

Collegamenti in serie Tensione di costruzione

Quando moduli batteria identici vengono collegati in serie, le loro tensioni si sommano mentre la capacità in ampere-ora della stringa rimane invariata. Un pacco batterie ad alta tensione può quindi utilizzare diversi moduli in serie per raggiungere l'intervallo di funzionamento della batteria richiesto dall'inverter.

Il BMS deve supervisionare l'intero stack. Il numero di moduli, i limiti di tensione, il firmware, la comunicazione e la strategia di bilanciamento devono rimanere compatibili in tutto il sistema.

Le connessioni in parallelo aumentano la capacità alla stessa tensione

Quando le batterie compatibili vengono collegate in parallelo, la tensione di sistema rimane pressoché invariata, mentre la capacità in ampere-ora disponibile aumenta. Questa architettura è comune in molti sistemi di accumulo a bassa tensione.

Anche l'espansione in parallelo ha dei limiti. Bisogna considerare la ripartizione della corrente, la simmetria dei cavi, la protezione, la comunicazione master/slave e il numero massimo di batterie omologate. Le batterie non devono mai essere aggiunte in combinazioni arbitrarie solo perché la loro tensione nominale sembra simile.

Perché la compatibilità tra batteria e inverter è importante?

La compatibilità tra batteria e inverter va ben oltre la semplice corrispondenza di un valore di tensione. La batteria e l'inverter devono funzionare entro limiti elettrici e di comunicazione compatibili.

Prima di combinare una batteria e un inverter, verificare:

• intervallo di tensione di funzionamento della batteria
• intervallo di tensione di ingresso della batteria dell'inverter
• corrente massima di carica e scarica
• limiti di potenza della batteria e dell'inverter
• Protocollo di comunicazione BMS
• Supporto CAN o RS485 ove necessario
• quantità di modulo o stringa consentita
• firmware e requisiti di compatibilità approvati
• modalità operativa di backup, se il backup fa parte del progetto

La piattaforma di inverter trifase ad alta tensione di Sunway illustra perché l'intervallo di tensione di funzionamento dell'inverter deve corrispondere al pacco batterie selezionato. La piattaforma SW3-30KHP3EU2 opera in un intervallo compreso tra 150 e 800 V. Anche le piattaforme di inverter a bassa tensione hanno i propri limiti di corrente di carica e scarica, che devono essere verificati nell'ambito della progettazione complessiva del sistema.

È necessario un intervallo di tensione compatibile, ma non è sufficiente. Se la comunicazione con il BMS non è supportata, se la configurazione consentita della batteria viene superata o se i limiti di corrente non sono allineati, il sistema potrebbe non caricare, scaricare o proteggere la batteria come previsto.

Una tensione della batteria più elevata significa sempre una maggiore efficienza?

No. Una tensione della batteria più elevata può ridurre la corrente a parità di potenza, e ciò può ridurre le perdite resistive in alcune parti del percorso in corrente continua. Tuttavia, l'efficienza del sistema è il risultato dell'architettura elettrica complessiva.

Un sistema ad alta tensione può comunque disperdere energia attraverso la batteria, l'inverter, i dispositivi di commutazione, il cablaggio, i carichi di riserva e la gestione termica. Un sistema a bassa tensione ben progettato può anche funzionare in modo efficiente entro il suo intervallo di potenza previsto.

Il confronto più appropriato è quindi quello specifico per il progetto. È necessario valutare il livello di potenza previsto, la lunghezza dei cavi, le prestazioni dell'inverter, la tensione di esercizio, il profilo di carica e i vincoli di installazione. Non utilizzare l'etichetta della tensione come sostituto dei dati sull'efficienza del sistema.

In che modo i livelli di tensione influiscono sull'espansione, sul cablaggio e sull'installazione?

L'architettura di tensione influenza la crescita di un sistema e gli aspetti che l'installatore deve gestire.

L'ampliamento deve rispettare l'architettura originale.

Una batteria ad alta tensione impilabile può essere espansa aggiungendo moduli compatibili a una configurazione in serie. Un banco batterie a bassa tensione può essere espanso tramite unità parallele approvate. Entrambi gli approcci possono essere modulari, ma nessuno dei due è illimitato.

Prima della prima installazione, è opportuno valutare le future espansioni. Verificare il numero massimo di moduli, la capacità del BMS, l'intervallo di tensione dell'inverter, la corrente massima, lo spazio disponibile, gli indirizzi di comunicazione, il percorso dei cavi e le apparecchiature di protezione.

Tensione e corrente creano priorità di installazione diverse

Una tensione CC più elevata richiede maggiore attenzione all'isolamento, alla sezionamento, alla commutazione, alle distanze di sicurezza elettriche e alle procedure di servizio sicure. Anche i lavori di installazione devono rispettare i requisiti applicabili alla tensione effettiva del sistema.

Con un sistema a bassa tensione, lo stress di tensione è inferiore, ma la corrente può diventare considerevole all'aumentare della potenza. La sezione del cavo, la resistenza dei terminali, la protezione da sovracorrente e la qualità della connessione diventano quindi particolarmente importanti.

La sicurezza non può essere ridotta alla semplice contrapposizione tra "alta tensione" e "bassa tensione". Dipende dall'intero sistema di batterie, dall'involucro, dal BMS, dalla progettazione dei sistemi di protezione, dalla qualità dell'installazione e dai requisiti elettrici applicabili.

Quale architettura di tensione della batteria è più adatta ai diversi progetti di accumulo di energia solare?

Non esiste una linea di demarcazione universale oltre la quale un'architettura diventi la risposta corretta.

L'accumulo a bassa tensione può essere pratico quando il progetto utilizza un inverter a bassa tensione compatibile, la potenza richiesta è moderata, l'espansione della batteria in parallelo si adatta al progetto e l'installazione favorisce un bus di batterie a bassa tensione. Sunway gamma residenziale ESS Comprende configurazioni sia a bassa che ad alta tensione per soddisfare diverse esigenze residenziali e di piccole dimensioni.

Una batteria ad alta tensione per l'accumulo di energia solare potrebbe essere più adatta quando l'inverter è progettato per un intervallo di corrente continua (CC) più ampio, la potenza del progetto rende utile una corrente continua inferiore o quando un modulo collegato in serie fa parte dell'architettura prevista.

La decisione finale dipende comunque dal progetto stesso. Il carico di riserva, la potenza di ricarica fotovoltaica, la progettazione dell'inverter, la connessione alla rete, lo spazio di installazione disponibile e le espansioni pianificate possono tutti influenzare la scelta dell'architettura più adatta. I progetti residenziali non sono automaticamente a bassa tensione, così come un sistema di accumulo più grande non è automaticamente ad alta tensione. La progettazione elettrica dovrebbe guidare la scelta.

Come funziona una batteria ad alta tensione impilabile in un sistema reale?

Un esempio concreto di prodotto aiuta a mostrare come l'architettura di tensione si collega all'espansione modulare. SunwayForniamo sistemi di accumulo di energia per uso residenziale, commerciale, industriale e per utenze, e l'architettura delle batterie varia in base alle dimensioni del progetto, ai requisiti di potenza e alla progettazione dell'inverter.

IL Sistemi di accumulo di energia ad alta tensione impilabili Utilizza batterie LFP modulari in un'architettura ad alta tensione impilabile. Ogni modulo batteria offre una capacità di 5 kWh a 51,2 V e 100 Ah. Nell'attuale configurazione di sistema è possibile combinare fino a dieci moduli compatibili, portando la capacità di accumulo totale a 50 kWh. La supervisione della batteria è gestita dal BMS, con CAN e RS485 disponibili per la comunicazione con apparecchiature compatibili. La piattaforma utilizza il raffreddamento naturale ed è progettata per 6.000 cicli.

Il design modulare dimostra come unità di batterie compatibili possano essere assemblate in una piattaforma di accumulo ad alta tensione, mantenendo al contempo la supervisione centralizzata delle batterie e la comunicazione con l'inverter. Ciò non significa che l'alta tensione sia sempre la scelta migliore.

L'inverter corretto, il numero di moduli consentito, i limiti di carica e scarica, l'ambiente di installazione e la modalità operativa devono comunque essere compatibili con il progetto.

Scegli l'architettura prima di scegliere la quantità di batterie

Il modo più affidabile per confrontare i sistemi di batterie ad alta tensione con quelli a bassa tensione è partire dalla potenza richiesta, dalla capacità energetica, dalla piattaforma dell'inverter e dal piano di espansione. La tensione diventa quindi parte integrante dell'architettura, anziché una specifica di marketing considerata a sé stante.

Condividi con noi il modello del tuo inverter, la capacità di accumulo desiderata, i carichi di backup, la potenza fotovoltaica, la configurazione della rete e i piani di espansione futuri. Verifica la configurazione della batteria e dell'inverter. prima di fissare la tensione della batteria o il numero di moduli.

FAQ

D: Una batteria ad alta tensione è sempre più efficiente di una batteria a bassa tensione?

R: No. Una tensione più elevata generalmente riduce la corrente a parità di potenza e può ridurre le perdite resistive in alcune parti del circuito in corrente continua. L'efficienza complessiva dipende comunque dalla batteria, dall'inverter, dal cablaggio, dagli stadi di conversione, dalla temperatura e dalle condizioni operative.

D: Una batteria ad alta tensione può funzionare con qualsiasi inverter solare?

R: No. La compatibilità dell'inverter per batterie richiede che la tensione della batteria dell'inverter, i limiti di corrente di carica e scarica, la comunicazione BMS supportata, la configurazione del modulo consentita, il firmware e le modalità operative corrispondano. Una tensione nominale simile da sola non garantisce la compatibilità.

D: Posso espandere in seguito un sistema di accumulo a energia solare?

R: Spesso sì, se il sistema è stato progettato per un'espansione modulare. Prima di aggiungere capacità, è necessario verificare il numero di moduli consentiti, l'architettura in serie o in parallelo, i limiti del BMS, la portata dell'inverter, la configurazione della comunicazione, la protezione e la versione della batteria.