Integracja z bateriami słonecznymi łączy panele słoneczne, magazyny energii, inwerter lub PCS, BMS, EMS, urządzenia transferowe i odbiorniki krytyczne w jeden skoordynowany system zasilania. Podczas normalnej pracy energia słoneczna zasila odbiorniki i ładuje baterię. Gdy sieć zawiedzie, system izoluje się od niej i wykorzystuje zgromadzoną energię do zasilania wybranych urządzeń. Niezawodne zasilanie awaryjne zależy od prawidłowego doboru baterii, kompatybilności inwertera, sterowania transferem, dostępnej generacji słonecznej i przetestowanych możliwości pracy wyspowej.

Integracja z bateriami słonecznymi dla niezawodnego zasilania awaryjnego

Odpowiednio zaprojektowany system zasilania awaryjnego z baterią słoneczną rozwiązuje ten problem. Izoluje on obiekt od sieci, zapewnia stabilne lokalne zasilanie i umożliwia baterii oraz panelom słonecznym wspieranie wyznaczonych odbiorników.

Dlaczego same panele słoneczne zazwyczaj nie mogą zapewnić zasilania awaryjnego

Panele słoneczne generują energię elektryczną, gdy dostępne jest odpowiednie światło słoneczne. Nie oznacza to, że standardowa instalacja słoneczna podłączona do sieci będzie nadal zasilać budynek podczas przerwy w dostawie prądu.

Większość inwerterów solarnych podłączonych do sieci jest zaprojektowana tak, aby przestawały działać po wykryciu awarii sieci. Zapobiega to zasilaniu linii energetycznych przez system słoneczny, podczas gdy technicy mogą na nich pracować.

Przewodnik Departamentu Energii USA dotyczący energii słonecznej i odporności opisuje, w jaki sposób systemy fotowoltaiczne z magazynowaniem energii mogą wykrywać utratę sieci i przełączać się w tryb pracy wyspowej.

Czym jest integracja z bateriami słonecznymi?

Integracja z bateriami słonecznymi to proces łączenia generacji słonecznej, magazynowania energii, urządzeń do konwersji energii, systemów ochronnych i odbiorników elektrycznych w jeden kompatybilny system energetyczny.

Kompletna integracja zwykle obejmuje:

• Moduły fotowoltaiczne
• Moduły lub szafy baterii LiFePO4
• Hybrydowy inwerter lub dwukierunkowy PCS
• System zarządzania baterią
• System zarządzania energią
• Automatyczny przełącznik transferu
• Panel rozdzielczy dla obciążeń krytycznych
• Sprzęt do izolacji sieci
• Rozdzielnica i ochrona elektryczna
• Zarządzanie termiczne i ochrona przeciwpożarowa
• Mierniki energii i oprogramowanie monitorujące

Każdy komponent pełni inną funkcję. BMS chroni baterię. PCS lub inwerter przekształca energię między DC a AC. EMS decyduje, kiedy bateria powinna się ładować, rozładowywać lub oszczędzać energię na wypadek awarii.

Dobra integracja sprawia, że systemy te komunikują się i reagują jako jedna skoordynowana platforma.

Mniejsze systemy modułowe mogą wydłużyć czas pracy poprzez równoległe połączenie kompatybilnych baterii. Ten przewodnik wyjaśnia jak bezpiecznie łączyć baterie LiFePO4 równolegle.

Jak działa integracja z bateriami słonecznymi podczas awarii?

W normalnych warunkach panele słoneczne mogą zasilać odbiorniki obiektu, ładować baterię lub eksportować nadwyżki energii elektrycznej. Sieć może wspierać odbiorniki, gdy energia słoneczna i bateria są niewystarczające.

Gdy sieć zawiedzie, sekwencja zasilania awaryjnego powinna przebiegać automatycznie:

1. System wykrywa nieprawidłowe napięcie lub częstotliwość sieci.
2. Urządzenie izolujące odłącza obwód awaryjny obiektu od sieci.
3. Inwerter lub PCS ustanawia stabilne lokalne zasilanie prądem przemiennym.
4. Bateria zaczyna wspierać obciążenia krytyczne.
5. Dostępna energia słoneczna zasila obciążenia i ładuje baterię.
6. EMS zarządza energią zgodnie z priorytetem obciążenia i stanem naładowania baterii.
7. System ponownie łączy się po powrocie i stabilizacji sieci.

Ten stan pracy nazywa się trybem wyspowym. Wyjaśnienie trybu wyspowego mikrogridu przez DOE pokazuje, dlaczego izolacja, sterowanie zasilaniem i zasoby awaryjne muszą ze sobą współpracować.

Kupujący porównujący komercyjne systemy zasilania awaryjnego powinni zrozumieć różnicę między kilowatami a kilowatogodzinami. Ten przewodnik po systemie baterii 100kW wyjaśnia, jak moc i zgromadzona energia wpływają na rzeczywiste zastosowania.

Niezbędne komponenty dla niezawodnego zasilania awaryjnego

Magazyn energii

Bateria magazynuje energię na okresy, gdy sieć i panele słoneczne nie mogą dostarczyć wymaganego obciążenia. Jej użyteczna pojemność określa, jak długo może trwać zasilanie awaryjne.

LiFePO4 jest szeroko stosowany do stacjonarnych zasilaczy awaryjnych ze względu na stabilną chemię, żywotność cykliczną i zdolność do codziennego cyklicznego działania.

Inwerter hybrydowy lub PCS

Inwerter lub PCS przekształca energię stałoprądową z baterii na energię elektryczną prądu przemiennego. Jego moc znamionowa określa, ile urządzeń może działać jednocześnie.

Dla niezawodnego zasilania awaryjnego, wybrane urządzenia mogą również wymagać funkcji formowania sieci, zimnego startu, przeciążenia i integracji z generatorem.

System zarządzania baterią

BMS monitoruje napięcie baterii, prąd, temperaturę, stan naładowania i limity pracy. Może zmniejszyć dostępną moc lub zatrzymać pracę, gdy bateria zbliża się do niebezpiecznych warunków.

System zarządzania energią

EMS kontroluje całą strategię energetyczną. Może utrzymywać rezerwę awaryjną, priorytetyzować krytyczne obciążenia, kontrolować pracę generatora i zapobiegać niepotrzebnemu rozładowywaniu baterii przed awarią.

Automatyczny przełącznik transferu

ATS przenosi chronione obciążenia z normalnego zasilania sieciowego na awaryjny system energetyczny. Metoda transferu i czas reakcji powinny być zgodne z czułością podłączonego sprzętu.

Jak dobrać rozmiar baterii słonecznej do obciążeń krytycznych

Prawidłowe wymiarowanie systemu baterii słonecznych zaczyna się od obciążeń krytycznych – a nie od całkowitego obciążenia budynku.

Wypisz każde urządzenie, które musi działać podczas awarii i zanotuj:

• Moc robocza
• Moc rozruchowa lub udarowa
• Dzienne godziny pracy
• Czy obciążenie działa w sposób ciągły
• Czy można je automatycznie wyłączyć
• Jego priorytet operacyjny

Podstawowe obliczenie to:

Wymagana energia = moc obciążenia krytycznego × godziny pracy awaryjnej

Załóżmy, że podstawowe obciążenia wynoszą średnio 60kW i muszą działać przez cztery godziny:

60kW × 4 godziny = 240kWh

To tylko punkt wyjścia. Końcowy projekt powinien również uwzględniać użyteczną głębokość rozładowania, efektywność konwersji, moc pomocniczą, degradację baterii, wkład słoneczny i rezerwę awaryjną.

Każdy, kto bada jak dobrać rozmiar systemu awaryjnego z bateriami słonecznymi do użytku komercyjnego, powinien pracować z danymi interwałowymi dotyczącymi obciążenia, zamiast polegać wyłącznie na miesięcznych rachunkach za prąd.

Moc znamionowa i pojemność baterii to nie to samo

Moc mierzona jest w kilowatach i wskazuje, jakie zapotrzebowanie system może obsłużyć w danym momencie.

Energia mierzona jest w kilowatogodzinach i wskazuje, jak długo system może obsługiwać to zapotrzebowanie.

System 100kW/200kWh może nominalnie dostarczyć 100kW przez dwie godziny. Nie może on obsługiwać obciążenia 150kW tylko dlatego, że ma wystarczającą ilość zgromadzonej energii. Inwerter lub PCS musi również być w stanie dostarczyć wymaganą moc chwilową.

Prądy rozruchowe silników, pomp, sprężarek, urządzeń HVAC i transformatorów mogą przekraczać normalną moc roboczą. Te wymagania dotyczące udaru muszą być uwzględnione w projektowaniu systemu baterii słonecznej.

Baterie słoneczne połączone AC vs. DC

Bateria słoneczna połączona AC zazwyczaj wykorzystuje oddzielne urządzenia do konwersji dla systemu PV i baterii. Często nadaje się do dodawania magazynu do istniejącego projektu słonecznego.

Zaletami są elastyczne doposażenie oraz niezależna praca słoneczna i bateryjna. Jednakże, magazynowana energia słoneczna może przechodzić przez dodatkowe etapy konwersji.

W przypadku magazynowania słonecznego połączonego DC, panele fotowoltaiczne i bateria łączą się po stronie DC. Może to zmniejszyć liczbę etapów konwersji, gdy energia słoneczna ładuje baterię, i może poprawić wychwytywanie energii w niektórych nowych instalacjach.

Odpowiednia architektura zależy od istniejącego sprzętu, napięć słonecznych i bateryjnych, wymagań dotyczących zasilania awaryjnego, planów rozbudowy i zasad sieci.

Kompatybilność baterii słonecznych i inwerterów

Słaba kompatybilność inwertera baterii słonecznej może powodować alarmy, nieprawidłowe ładowanie, ograniczoną moc lub wyłączenia systemu.

Przed podłączeniem sprzętu należy zweryfikować:

• Napięcie nominalne i robocze baterii
• Maksymalne napięcie stałe inwertera
• Prąd ładowania i rozładowania
• Moc znamionowa PCS
• Komunikacja CAN lub RS485
• Obsługiwany protokół BMS
• Raportowanie stanu naładowania
• Limity ładowania i rozładowania
• Możliwość formowania sieci
• Możliwość zimnego startu
• Kompatybilność z generatorem
• Wymagania dotyczące oprogramowania układowego i parametrów

W przypadku większych projektów, pakiet baterii wysokonapięciowych powinien być starannie dopasowany do okna napięciowego PCS i protokołu komunikacyjnego.

Czy baterie słoneczne mogą współpracować z generatorem?

Tak. Hybrydowy system baterii słonecznych może koordynować panele słoneczne, magazyn energii, energię z sieci i generator.

Podczas długotrwałej awarii, bateria może obsługiwać natychmiastowe i zmienne obciążenia, podczas gdy generator pracuje w zaplanowanych okresach. Moc generatora może zasilać obciążenia i ładować baterię, zmniejszając niepotrzebne działanie generatora przy niskim obciążeniu.

Udane zintegrowanie zależy od stabilności częstotliwości, regulacji napięcia, limitów obciążenia generatora, sterowania inwerterem, logiki przełączania i komunikacji. Sekwencja działania powinna być przetestowana podczas uruchomienia.

Jak długo może działać awaryjne zasilanie z baterii słonecznych?

Czas działania zasilania awaryjnego zależy od użytecznej pojemności baterii, zapotrzebowania na obciążenie, produkcji energii słonecznej, efektywności systemu i wymaganej rezerwy.

Bateria może działać znacznie dłużej, gdy zasila tylko oświetlenie, komunikację, chłodzenie i systemy sterowania, niż gdy zasila również HVAC, ogrzewanie elektryczne, pompy lub maszyny produkcyjne.

Dzienna produkcja energii słonecznej może wydłużyć czas pracy, ale warunków pogodowych nie należy traktować jako gwarantowanych. Obiekty krytyczne powinny być wymiarowane na podstawie konserwatywnych założeń dotyczących energii słonecznej lub zawierać inne źródło zasilania awaryjnego.

Projekt DOE dotyczący energii słonecznej z magazynowaniem w Wolierze Iguaca pokazuje, jak energia słoneczna i baterie mogą utrzymywać krytyczne obciążenia podczas długotrwałej awarii sieci, gdy system jest zaprojektowany i uruchomiony z myślą o odporności.

Bezpieczeństwo, testowanie i uruchomienie

Niezawodne komercyjne zasilanie awaryjne z paneli słonecznych wymaga czegoś więcej niż tylko prawidłowego doboru sprzętu. Cały system musi być prawidłowo zainstalowany, zabezpieczony i przetestowany.

Uruchomienie powinno zweryfikować:

• Komunikację bateria-inwerter
• Wykrywanie utraty sieci
• Automatyczną izolację
• Sekwencję transferu
• Wydajność zimnego startu
• Działanie obciążeń krytycznych
• Możliwość rozruchu silnika
• Ładowanie słoneczne w trybie wyspowym
• Koordynację generatora
• Awaryjne wyłączenie
• Raportowanie alarmów
• Ponowne połączenie z siecią

Wymogi dotyczące instalacji elektrycznych, przeciwpożarowych, akumulatorów i połączeń wzajemnych różnią się w zależności od lokalizacji projektu. W przypadku projektów w Ameryce Północnej nabywcy mogą również potrzebować oceny wymagań dotyczących bezpieczeństwa i certyfikacji na poziomie systemu, takich jak te objęte ścieżkami certyfikacji UL 9540.

Wybór dostawcy systemów fotowoltaicznych z magazynowaniem energii

Wykwalifikowany dostawca systemów fotowoltaicznych z magazynowaniem energii powinien potwierdzić, że bateria, falownik, system zarządzania baterią (BMS), system zarządzania energią (EMS), automatyczny przełącznik zasilania (ATS), rozdzielnica i panel fotowoltaiczny są ze sobą kompatybilne elektrycznie i operacyjnie.

Poproś dostawcę o dostarczenie:

• Wsparcia w zakresie wymiarowania obciążeń krytycznych
• Użytecznej pojemności baterii
• Mocy ciągłej i przeciążeniowej
• Sekwencji pracy awaryjnej
• Szczegółów protokołu komunikacyjnego
• Potwierdzenia funkcji Grid-forming i czarnego startu
• Możliwości integracji generatora
• Dokumentów dotyczących bezpieczeństwa i certyfikacji
• Procedur uruchomienia
• Gwarancji i wsparcia technicznego
• Limitów przyszłej rozbudowy

W przypadku kompleksowego rozwiązania fotowoltaicznego z magazynowaniem energii należy jasno określić odpowiedzialność za projekt, sprzęt, instalację, programowanie, testowanie, podłączenie do sieci i obsługę posprzedażową.

Niezawodne zasilanie awaryjne zaczyna się od integracji

Integracja systemów fotowoltaicznych z magazynowaniem energii przekształca oddzielne komponenty fotowoltaiczne i bateryjne w skoordynowany system zasilania awaryjnego.

Niezawodna wydajność wynika z identyfikacji obciążeń krytycznych, obliczenia realistycznego czasu pracy, dopasowania napięcia baterii do falownika i testowania każdego trybu pracy. Gdy bateria, PCS, BMS, EMS, ATS i panel fotowoltaiczny współpracują prawidłowo, system może zapewnić czystsze, cichsze i bardziej kontrolowane zasilanie awaryjne.