Высоковольтные и низковольтные батареи для хранения солнечной энергии

Напряжение батареи имеет смысл только тогда, когда оно рассматривается как часть всей системы хранения энергии. Батарея на 48 В и батарея на 300 В могут хранить примерно одинаковое количество энергии, но при этом предъявляют совершенно разные электрические требования к инвертору и стороне постоянного тока. Уровни тока, требования к кабелям, защитные устройства, соединения модулей и возможности расширения — все это может меняться в зависимости от выбранной архитектуры напряжения. Для солнечных батарей эти практические различия обычно важнее, чем сама маркировка.

Высокое и низкое напряжение также не являются фиксированными категориями для всех устройств хранения солнечной энергии. Один производитель может использовать другой диапазон рабочих напряжений, и конструкции инверторов различаются аналогичным образом. На практике напряжение батареи должно соответствовать рабочему диапазону инвертора и ожидаемой мощности системы. Условия установки и планы по увеличению мощности помогают определить, какая архитектура — с более низким или более высоким напряжением — более целесообразна.

Что на самом деле определяет высокое или низкое напряжение солнечной батареи?

Низковольтная аккумуляторная система, как правило, работает с более низким напряжением постоянного тока и часто увеличивает емкость за счет параллельного подключения совместимых аккумуляторных блоков. Высоковольтная аккумуляторная система создает более высокое напряжение постоянного тока, обычно путем последовательного соединения совместимых аккумуляторных модулей в рамках скоординированной системы управления батареей (BMS).

Маркировка полезна при сравнении накопителей энергии, но она не устанавливает единый фиксированный предел напряжения для каждой системы. На практике важен реальный диапазон работы батареи и соответствие этого диапазона инвертору. Изоляцию, защиту и местные электрические требования также необходимо проверять на соответствие фактическому напряжению системы, а не рекламной категории.

В своем портфеле систем хранения энергии для жилых домов компания Sunway использует обе архитектуры. Некоторые системы сочетают в себе настенные низковольтные батареи с совместимыми гибридными инверторами. Другие конфигурации используют модульные высоковольтные модули с инверторными платформами, рассчитанными на более высокое напряжение на стороне батареи. Эти два подхода предназначены для различных вариантов проектирования систем, а не представляют собой простой выбор между базовой и премиум-версией.

Как напряжение батареи влияет на силу тока?

Связь между напряжением и током становится более очевидной при постоянной мощности. Для упрощенного расчета постоянного тока это соотношение можно записать следующим образом:

P ≈ V × I

В качестве простого примера рассмотрим нагрузку в 5 кВт. При теоретическом напряжении шины постоянного тока 50 В для подачи такой мощности потребуется около 100 А. Если повысить напряжение шины до 250 В, ток упадет примерно до 20 А. В реальных аккумуляторных системах эти идеальные значения не будут точно соответствовать действительности, поскольку напряжение изменяется во время работы, а инвертор, проводка и батарея вносят ограничения и потери.

Снижение тока может изменить конструкцию на стороне постоянного тока.

При передаче той же мощности при более высоком напряжении через цепь постоянного тока проходит меньший ток. Это может снизить токовую нагрузку на кабели, шины, разъемы и коммутационные устройства. Это также может уменьшить резистивные потери в отдельных частях цепи, хотя фактическое улучшение зависит от сечения, длины, сопротивления проводника и рабочего тока.

Это преимущество не следует путать с общей эффективностью системы. Высоковольтная батарея по-прежнему работает через инвертор и другие электрические компоненты, каждый из которых имеет свои потери. Сопротивление батареи, длина кабеля, ступени преобразования, температура и рабочая точка — все это влияет на конечный результат. Более высокое напряжение батареи может помочь в одной части конструкции, но не сделает автоматически всю систему более эффективной.

Повышенный ток не является автоматически проблемой проектирования.

Низковольтная система сама по себе не является неэффективной или плохо приспособленной для полезных уровней мощности. Если инвертор и батарея рассчитаны на требуемый ток, архитектура может хорошо работать в пределах своего предполагаемого диапазона. Однако по мере увеличения мощности на стороне постоянного тока могут потребоваться более толстые проводники, более мощные разъемы или дополнительные параллельные цепи питания батареи. Эти практические требования являются частью проектирования системы.

Поэтому напряжение батареи имеет больше смысла, если рассматривать его в совокупности с требуемой мощностью и током системы, а не оценивать как отдельную характеристику.

Чем отличаются высоковольтные и низковольтные аккумуляторные системы по конструкции?

Одно из главных различий заключается в способе подключения и управления аккумуляторными модулями.

Последовательное соединение. Напряжение построения.

При последовательном соединении идентичных аккумуляторных модулей их напряжения суммируются, в то время как емкость всей цепочки в ампер-часах остается неизменной. Таким образом, высоковольтная батарея может использовать несколько модулей, соединенных последовательно, для достижения требуемого инвертором диапазона работы от батареи.

Система управления батареей (BMS) должна контролировать всю систему целиком. Количество модулей, ограничения напряжения, встроенное программное обеспечение, связь и стратегия балансировки должны оставаться совместимыми во всей системе.

Параллельное соединение позволяет увеличить пропускную способность при том же напряжении.

При параллельном соединении совместимых аккумуляторных блоков напряжение системы остается приблизительно неизменным, в то время как доступная емкость в ампер-часах увеличивается. Такая архитектура распространена во многих низковольтных системах хранения энергии.

Параллельное расширение также имеет свои ограничения. Необходимо учитывать распределение тока, симметрию кабелей, защиту, связь между ведущим и ведомым устройствами, а также максимальное количество разрешенных аккумуляторных блоков. Аккумуляторы никогда не следует добавлять в произвольных комбинациях только потому, что их номинальное напряжение кажется похожим.

Почему важна совместимость инверторов с аккумуляторными батареями?

Совместимость аккумулятора и инвертора — это не просто совпадение одного значения напряжения. Аккумулятор и инвертор должны работать в совместимых электрических и коммуникационных режимах.

Перед подключением аккумулятора и инвертора проверьте следующее:

• диапазон рабочего напряжения батареи
• диапазон входного напряжения инверторной батареи
• максимальный ток заряда и разряда
• Ограничения мощности батареи и инвертора
• Протокол связи BMS
• Поддержка CAN или RS485 при необходимости.
• разрешенное количество модулей или строк
• микропрограммное обеспечение и утвержденные требования к совместимости
• резервный режим работы, если резервное копирование является частью проекта.

Высоковольтная трехфазная инверторная платформа Sunway наглядно демонстрирует, почему диапазон рабочего напряжения инвертора должен соответствовать выбранному аккумуляторному блоку. Платформа SW3-30KHP3EU2 работает в диапазоне 150–800 В. Низковольтные инверторные платформы также имеют свои ограничения по току заряда и разряда, которые следует проверять в рамках проектирования всей системы.

Необходим соответствующий диапазон напряжения, но этого недостаточно. Если связь с системой управления батареей (BMS) не поддерживается, превышена допустимая конфигурация батареи или не соблюдены ограничения по току, система может не заряжать, не разряжать и не защищать батарею должным образом.

Всегда ли более высокое напряжение батареи означает лучшую эффективность?

Нет. Более высокое напряжение батареи может уменьшить ток при той же мощности, что, в свою очередь, может снизить резистивные потери на участках цепи постоянного тока. Но эффективность системы является результатом всей электрической архитектуры.

В высоковольтной системе потери энергии могут происходить через аккумулятор, инвертор, коммутационные устройства, проводку, резервные нагрузки и систему терморегулирования. Хорошо спроектированная низковольтная система также может эффективно работать в пределах заданного диапазона мощности.

Поэтому более корректным будет сравнение с учетом специфики проекта. Необходимо проверить ожидаемый уровень мощности, длину кабеля, характеристики инвертора, рабочее напряжение, профиль зарядки и ограничения при установке. Не следует использовать маркировку напряжения в качестве замены данных об эффективности системы.

Как уровни напряжения влияют на расширение, проводку и монтаж?

Архитектура напряжения влияет на то, как будет развиваться система и чем будет управлять установщик.

Расширение должно соответствовать первоначальной архитектуре.

Высоковольтная аккумуляторная батарея, допускающая штабелирование, часто расширяется за счет добавления совместимых модулей в последовательно соединенную систему. Низковольтная аккумуляторная батарея может расширяться за счет одобренных параллельно соединенных блоков. Оба подхода могут быть модульными, но ни один из них не является неограниченным.

Перед первой установкой следует продумать планы дальнейшего расширения. Проверьте максимальное количество модулей, мощность BMS, диапазон напряжения инвертора, максимальный ток, площадь помещения, адреса связи, прокладку кабелей и защитное оборудование.

Напряжение и ток определяют различные приоритеты при монтаже.

Более высокое напряжение постоянного тока требует повышенного внимания к изоляции, разъединению, коммутации, электрическим зазорам и безопасным процедурам обслуживания. Монтажные работы также должны соответствовать требованиям, предъявляемым к фактическому напряжению системы.

В системах с низким напряжением нагрузка на цепь ниже, но ток может значительно возрасти с увеличением мощности. В этом случае особенно важны сечение кабеля, сопротивление клемм, защита от перегрузки по току и качество соединения.

Безопасность нельзя свести к «высокому напряжению против низкого напряжения». Она зависит от всей аккумуляторной системы, корпуса, системы управления батареей (BMS), конструкции защиты, качества монтажа и применимых электрических требований.

Какая архитектура напряжения батареи подходит для различных проектов хранения солнечной энергии?

Не существует универсальной разделительной линии, по которой одна архитектура считалась бы правильным решением.

Использование низковольтных накопителей энергии может быть целесообразным, если в проекте применяется совместимый низковольтный инвертор, требуемая мощность умеренная, параллельное расширение батарей соответствует проекту, а установка предполагает использование низковольтной аккумуляторной шины. Компания Sunway бытовая линейка ESS Включает в себя как низковольтные, так и высоковольтные конфигурации для различных потребностей жилых помещений и небольших объектов.

Высоковольтная батарея для хранения солнечной энергии может быть более подходящим вариантом, если инвертор спроектирован с учетом более высокого диапазона постоянного тока батареи, если мощность проекта делает полезным более низкий постоянный ток, или если последовательно соединенный модульный блок является частью предполагаемой архитектуры.

Окончательное решение по-прежнему зависит от самого проекта. Резервная нагрузка, мощность зарядки от солнечных батарей, конструкция инвертора, подключение к сети, доступное пространство для установки и планируемое расширение — все это может повлиять на то, какая архитектура будет наиболее целесообразной. Жилые проекты не обязательно должны быть низковольтными, так же как и более крупные системы хранения энергии не обязательно должны быть высоковольтными. Выбор должен основываться на электрической конструкции.

Как работает модульная высоковольтная батарея в реальной системе?

Реальный пример продукта помогает продемонстрировать, как архитектура напряжения связана с модульным расширением. СанвейМы предлагаем системы хранения энергии для жилых, коммерческих, промышленных и коммунальных объектов, при этом архитектура батареи меняется в зависимости от масштаба проекта, требований к мощности и конструкции инвертора.

Он Штабелируемые высоковольтные системы хранения энергии В системе используются модульные литий-железо-фосфатные (LFP) батареи в высоковольтной архитектуре с возможностью штабелирования. Каждый модуль батареи обеспечивает емкость 5 кВт·ч при напряжении 51,2 В и емкости 100 А·ч. В текущей конфигурации системы можно объединить до десяти совместимых модулей, увеличив общую емкость хранения до 50 кВт·ч. Контроль состояния батарей осуществляется через систему управления батареями (BMS), для связи с совместимым оборудованием доступны интерфейсы CAN и RS485. Платформа использует естественное охлаждение и рассчитана на 6000 циклов.

Модульная конструкция демонстрирует, как совместимые аккумуляторные блоки могут быть объединены в высоковольтную платформу хранения энергии, сохраняя при этом централизованный контроль за батареями и связь с инвертором. Это не означает, что высокое напряжение всегда является лучшим выбором.

Правильный инвертор, допустимое количество модулей, пределы зарядки и разрядки, условия установки и режим работы должны по-прежнему соответствовать проекту.

Выберите архитектуру, прежде чем выбирать количество батарей.

Наиболее надежный способ сравнения высоковольтных и низковольтных аккумуляторных систем — это начать с определения требуемой мощности, емкости, платформы инвертора и плана расширения. В этом случае напряжение становится частью архитектуры, а не просто маркетинговым параметром, рассматриваемым отдельно.

Сообщите нам модель вашего инвертора, целевую емкость накопителя, резервные нагрузки, мощность фотоэлектрических систем, конфигурацию сети и планы дальнейшего расширения. Проверьте конфигурацию аккумулятора и инвертора. перед регулировкой напряжения батареи или количества модулей.

Часто задаваемые вопросы

В: Всегда ли высоковольтная батарея эффективнее низковольтной?

А: Нет. Более высокое напряжение, как правило, уменьшает ток при той же мощности и может снизить резистивные потери в некоторых частях цепи постоянного тока. Общая эффективность по-прежнему зависит от батареи, инвертора, проводки, преобразовательных каскадов, температуры и условий эксплуатации.

В: Может ли высоковольтная батарея работать с любым солнечным инвертором?

A: Нет. Для обеспечения совместимости инвертора с батареей необходимо соответствие диапазону напряжения батареи инвертора, пределам тока заряда и разряда, поддерживаемой связи BMS, допустимой конфигурации модуля, микропрограмме и режимам работы. Одного лишь схожего номинального напряжения недостаточно для подтверждения совместимости.

В: Можно ли расширить систему солнечных батарей в будущем?

А: Часто да, если система разработана для модульного расширения. Перед добавлением мощности необходимо уточнить допустимое количество модулей, последовательную или параллельную архитектуру, ограничения BMS, диапазон инвертора, схему связи, защиту и версию батареи.