Baterias de alta e baixa tensão para armazenamento de energia solar

A tensão da bateria só é útil quando considerada como parte de todo o sistema de armazenamento. Uma bateria de 48 V e uma de 300 V podem armazenar quantidades semelhantes de energia, mas impõem demandas elétricas muito diferentes ao inversor e ao lado CC. Os níveis de corrente, os requisitos de cabos, os dispositivos de proteção, as conexões dos módulos e as opções de expansão podem variar de acordo com a arquitetura de tensão escolhida. Para sistemas de armazenamento de energia solar em baterias, essas diferenças práticas geralmente são mais importantes do que a própria especificação da tensão.

Alta e baixa tensão também não são categorias fixas para todos os produtos de armazenamento de energia solar. Um fabricante pode usar uma faixa de operação diferente de outro, e os projetos de inversores variam da mesma forma. Na prática, a tensão da bateria precisa se adequar à faixa de operação do inversor e à potência que o sistema deverá fornecer. As condições de instalação e os planos de capacidade futura ajudam a determinar se uma arquitetura de tensão mais baixa ou mais alta faz mais sentido.

O que realmente determina se uma bateria solar tem alta ou baixa voltagem?

Um sistema de baterias de baixa tensão geralmente opera com um barramento CC de menor tensão e frequentemente expande a capacidade adicionando unidades de bateria compatíveis em paralelo. Um sistema de baterias de alta tensão constrói um barramento CC de maior tensão, geralmente conectando módulos de bateria compatíveis em série sob um BMS coordenado.

As etiquetas são úteis para comparar produtos de armazenamento de energia, mas não definem um limite de tensão fixo para todos os sistemas. O que importa na prática é a faixa de operação real da bateria e se essa faixa é compatível com o inversor. Isolamento, proteção e requisitos elétricos locais também precisam ser verificados em relação à tensão real do sistema, e não à categoria de marketing.

A Sunway utiliza ambas as arquiteturas em seu portfólio de armazenamento residencial. Alguns sistemas combinam baterias de baixa tensão montadas na parede com inversores híbridos compatíveis. Outras configurações utilizam módulos de alta tensão empilháveis ​​com plataformas de inversores projetadas para uma tensão mais alta no lado da bateria. As duas abordagens atendem a diferentes projetos de sistema, em vez de representarem uma simples escolha entre básico e premium.

Como a tensão da bateria afeta a corrente?

A relação entre tensão e corrente torna-se mais clara quando a potência é mantida constante. Para um cálculo simplificado em corrente contínua, a relação pode ser escrita como:

P ≈ V × I

Tomemos como exemplo simples uma carga de 5 kW. Num barramento CC teórico de 50 V, o fornecimento dessa potência exigiria cerca de 100 A. Aumentando a tensão do barramento para 250 V, a corrente cai para cerca de 20 A. Os sistemas de baterias reais não corresponderão exatamente a esses valores ideais, porque a tensão varia durante o funcionamento e o inversor, a fiação e a bateria introduzem limitações e perdas.

Correntes mais baixas podem alterar o projeto do lado CC.

Quando a mesma potência é transferida com uma tensão mais alta, menos corrente precisa passar pelo circuito CC. Isso pode aliviar a carga de corrente em cabos, barramentos, conectores e dispositivos de comutação. Também pode reduzir as perdas resistivas em partes do circuito, embora a melhoria real dependa da seção transversal, do comprimento, da resistência e da corrente de operação do condutor.

Essa vantagem não deve ser confundida com a eficiência total do sistema. Uma bateria de alta tensão ainda funciona através de um inversor e outros componentes elétricos, cada um com suas próprias perdas. A resistência da bateria, o comprimento do cabo, os estágios de conversão, a temperatura e o ponto de operação influenciam o resultado final. Uma tensão de bateria mais alta pode ajudar em uma parte do projeto sem tornar automaticamente todo o sistema mais eficiente.

Correntes mais altas não são automaticamente um problema de projeto.

Um sistema de baixa tensão não é inerentemente ineficiente ou inadequado para níveis de potência úteis. Se o inversor e a bateria forem projetados para a corrente necessária, a arquitetura pode funcionar bem dentro da sua faixa de operação prevista. No entanto, à medida que a potência aumenta, o lado CC pode exigir condutores mais grossos, conectores de maior corrente ou caminhos adicionais para baterias em paralelo. Esses requisitos práticos fazem parte do projeto do sistema.

Portanto, a tensão da bateria faz mais sentido quando considerada em conjunto com a potência e a corrente necessárias do sistema, em vez de ser avaliada como uma especificação isolada.

Quais são as diferenças na construção de sistemas de baterias de alta e baixa tensão?

Uma das principais diferenças aparece na forma como os módulos de bateria são conectados e gerenciados.

Conexões em série geram tensão

Quando módulos de bateria idênticos são conectados em série, suas tensões se somam, enquanto a capacidade em ampères-hora da série permanece a mesma. Portanto, um conjunto de alta tensão pode usar vários módulos em série para atingir a faixa de operação da bateria exigida pelo inversor.

O BMS deve supervisionar toda a pilha. A quantidade de módulos, os limites de tensão, o firmware, a comunicação e a estratégia de balanceamento precisam permanecer compatíveis em todo o sistema.

Conexões em paralelo aumentam a capacidade com a mesma tensão.

Quando unidades de bateria compatíveis são conectadas em paralelo, a tensão do sistema permanece aproximadamente a mesma, enquanto a capacidade disponível em ampères-hora aumenta. Essa arquitetura é comum em muitos sistemas de armazenamento de baixa tensão.

A expansão em paralelo também tem limites. É preciso considerar o compartilhamento de corrente, a simetria dos cabos, a proteção, a comunicação mestre/escravo e o número máximo de unidades de bateria aprovadas. As baterias nunca devem ser adicionadas em combinações arbitrárias simplesmente porque suas tensões nominais parecem semelhantes.

Por que a compatibilidade do inversor de bateria é importante?

A compatibilidade entre bateria e inversor vai além da simples correspondência de valores de voltagem. A bateria e o inversor precisam operar dentro de limites elétricos e de comunicação compatíveis.

Antes de combinar uma bateria e um inversor, verifique:

• faixa de tensão operacional da bateria
• faixa de tensão de entrada da bateria do inversor
• corrente máxima de carga e descarga
• limites de potência da bateria e do inversor
• protocolo de comunicação BMS
• Suporte a CAN ou RS485 quando necessário.
• quantidade permitida de módulos ou strings
• firmware e requisitos de compatibilidade aprovados
• Modo de operação de backup, caso o backup faça parte do projeto.

A plataforma de inversores trifásicos de alta tensão da Sunway ilustra por que a faixa de tensão de operação do inversor deve ser compatível com o conjunto de baterias selecionado. Sua plataforma SW3-30KHP3EU2 opera em uma faixa de 150 a 800 V. As plataformas de inversores de baixa tensão também possuem seus próprios limites de corrente de carga e descarga, que devem ser verificados como parte do projeto completo do sistema.

Uma faixa de tensão compatível é necessária, mas não suficiente. Se a comunicação com o BMS não for suportada, a configuração de bateria permitida for excedida ou os limites de corrente não estiverem alinhados, o sistema poderá não carregar, descarregar ou proteger a bateria conforme o esperado.

Uma tensão de bateria mais alta significa sempre maior eficiência?

Não. Uma tensão de bateria mais alta pode reduzir a corrente para a mesma potência, o que pode diminuir as perdas resistivas em partes do circuito CC. Mas a eficiência do sistema é resultado da arquitetura elétrica completa.

Um sistema de alta tensão ainda pode perder energia através da bateria, inversor, dispositivos de comutação, fiação, cargas de reserva e gerenciamento térmico. Um sistema de baixa tensão bem projetado também pode operar com eficiência dentro de sua faixa de potência prevista.

A comparação mais adequada, portanto, é aquela específica para cada projeto. Analise o nível de potência esperado, a distância do cabo, o desempenho do inversor, a tensão de operação, o perfil de carregamento e as restrições de instalação. Não utilize a indicação de tensão como substituto para os dados de eficiência do sistema.

Como os níveis de tensão afetam a expansão, a fiação e a instalação?

A arquitetura de tensão influencia a forma como um sistema cresce e o que o instalador precisa gerenciar.

A expansão deve seguir a arquitetura original.

Uma bateria de alta tensão empilhável geralmente se expande adicionando módulos compatíveis a uma pilha gerenciada em série. Um banco de baterias de baixa tensão pode se expandir por meio de unidades paralelas aprovadas. Ambas as abordagens podem ser modulares, mas nenhuma delas é ilimitada.

A expansão futura deve ser considerada antes da primeira instalação. Verifique a quantidade máxima de módulos, a capacidade do BMS, a faixa de tensão do inversor, a corrente máxima, a área disponível, os endereços de comunicação, o roteamento dos cabos e os equipamentos de proteção.

Tensão e corrente criam prioridades de instalação diferentes.

Uma tensão CC mais elevada exige maior atenção ao isolamento, à comutação, às distâncias de segurança elétrica e aos procedimentos de segurança para manutenção. Os trabalhos de instalação também precisam seguir os requisitos aplicáveis ​​à tensão real do sistema.

Em sistemas de baixa tensão, a tensão aplicada é menor, mas a corrente pode se tornar substancial à medida que a potência aumenta. Nesses casos, a dimensão do cabo, a resistência dos terminais, a proteção contra sobrecorrente e a qualidade da conexão tornam-se especialmente importantes.

A segurança não pode ser reduzida a "alta tensão versus baixa tensão". Ela depende de todo o sistema de baterias, da caixa de proteção, do BMS (Sistema de Gerenciamento de Baterias), do projeto de proteção, da qualidade da instalação e dos requisitos elétricos aplicáveis.

Qual arquitetura de tensão de bateria é mais adequada para diferentes projetos de armazenamento de energia solar?

Não existe uma linha divisória universal que defina qual arquitetura representa a resposta correta.

O armazenamento de baixa tensão pode ser viável quando o projeto utiliza um inversor de baixa tensão compatível, a potência necessária é moderada, a expansão em paralelo das baterias se adequa ao projeto e a instalação favorece um barramento de baterias de baixa tensão. (Sunway's) gama residencial ESS Inclui configurações de baixa e alta tensão para diferentes requisitos residenciais e de pequenos locais.

Uma bateria de alta tensão para armazenamento de energia solar pode ser mais adequada quando o inversor é projetado para uma faixa de potência CC mais alta, a potência do projeto torna útil uma corrente CC mais baixa ou uma pilha modular conectada em série faz parte da arquitetura planejada.

A decisão final ainda depende do próprio projeto. Carga de reserva, potência de carregamento fotovoltaico, projeto do inversor, conexão à rede, espaço disponível para instalação e planos de expansão podem influenciar a escolha da arquitetura mais adequada. Projetos residenciais não são automaticamente de baixa tensão, assim como um sistema de armazenamento de grande porte não é automaticamente de alta tensão. O projeto elétrico deve orientar essa escolha.

Como funciona uma bateria de alta tensão empilhável em um sistema real?

Um exemplo real de produto ajuda a mostrar como a arquitetura de voltagem se conecta à expansão modular. SunwayFornecemos sistemas de armazenamento de energia para residências, comércios, indústrias e concessionárias de serviços públicos, sendo que a arquitetura da bateria varia de acordo com a escala do projeto, os requisitos de energia e o design do inversor.

O Sistemas de armazenamento de energia (ESS) de alta tensão empilháveis Utiliza baterias LFP modulares em uma arquitetura empilhável de alta tensão. Cada módulo de bateria fornece 5 kWh de capacidade a 51,2 V e 100 Ah. Até dez módulos compatíveis podem ser combinados na configuração atual do sistema, elevando a capacidade total de armazenamento para 50 kWh. O gerenciamento da bateria é feito pelo BMS, com CAN e RS485 disponíveis para comunicação com equipamentos compatíveis. A plataforma utiliza resfriamento natural e é especificada para 6.000 ciclos.

O design modular demonstra como unidades de bateria compatíveis podem ser montadas em uma plataforma de armazenamento de alta tensão, mantendo a supervisão centralizada da bateria e a comunicação com o inversor. Isso não significa que alta tensão seja sempre a melhor opção.

O inversor correto, a quantidade permitida de módulos, os limites de carga e descarga, o ambiente de instalação e o modo de operação ainda precisam ser adequados ao projeto.

Escolha a arquitetura antes de escolher a quantidade de baterias.

A maneira mais confiável de comparar sistemas de baterias de alta e baixa tensão é começar pela potência necessária, capacidade de energia, plataforma do inversor e plano de expansão. A tensão passa então a fazer parte da arquitetura, em vez de ser uma especificação de marketing considerada isoladamente.

Compartilhe conosco o modelo do seu inversor, a capacidade de armazenamento desejada, as cargas de reserva, a potência fotovoltaica, a configuração da rede e o plano de expansão futura. Analise a configuração da sua bateria e do inversor. antes de ajustar a voltagem da bateria ou a quantidade de módulos.

Perguntas frequentes

P: Uma bateria de alta voltagem é sempre mais eficiente do que uma bateria de baixa voltagem?

R: Não. Uma tensão mais alta geralmente reduz a corrente para a mesma potência e pode reduzir as perdas resistivas em partes do circuito CC. A eficiência geral ainda depende da bateria, do inversor, da fiação, dos estágios de conversão, da temperatura e das condições de operação.

P: Uma bateria de alta tensão pode funcionar com qualquer inversor solar?

R: Não. A compatibilidade do inversor de bateria requer que o inversor atenda à sua faixa de tensão da bateria, aos limites de corrente de carga e descarga, à comunicação BMS suportada, à configuração de módulo permitida, ao firmware e aos modos de operação. Uma tensão nominal semelhante por si só não confirma a compatibilidade.

P: Posso expandir um sistema de baterias solares posteriormente?

R: Muitas vezes sim, se o sistema foi projetado para expansão modular. A quantidade de módulos permitida, a arquitetura em série ou paralela, os limites do BMS, a faixa de operação do inversor, a configuração de comunicação, a proteção e a versão da bateria devem ser confirmados antes de adicionar capacidade.