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光伏储能系统 — 满足碳中和的热点方案
来源:Arrow 发布:2021/02/23 浏览量:2195

光伏储能系统相比于传统的光伏逆变器系统,在电路结构上主要增加了电池包的充放电管理部分。

随着全球经济的迅速发展,人类长久赖以生存的石油、天然气、煤炭等不可再生能源迅速地接近枯竭,遏制碳排放,共建美好家园,新能源革命是大势所趋。因此,也产生了一个新的概念”碳中和”。碳中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量,通过植树造林、节能减排等形式,以抵消自身产生的二氧化碳排放量,实现二氧化碳“零排放”。

 

碳中和作为一种新型环保形式,目前已经被越来越多的大型活动和会议采用。碳中和能够推动绿色的生活、生产,实现全社会绿色发展。实现碳中和要经历以下阶段:

阶段一:2020-2030年,降低碳排放强度,大规模发展清洁能源,继续推进电动车替代燃油车

阶段二:2030-2045年,快速降低碳排放,减排途径转为可再生能源为主,大面积完成电动车对燃油车的替代

阶段三:2045-2060年,深度脱碳,全面完成碳中和

光伏行业近些年发展成为炙手可热的行业也是一个相对比较成熟的产业,这对于保护环境、节约能源具有积极意义。光伏发电本身有自己的局限性,而建设光伏储能项目可以规避光伏发电的劣势,是当下实行能源转型的重要措施之一。ARROW深入探究和搭建光伏储能方案,从太阳能这一清洁能源入手,为碳中和贡献一份自己的力量,下面我们将详细介绍下光伏储能。

 

一、光伏储能的发展背景

在人类面对的能源困境中,太阳能这种清洁能源得以源迅猛发展。但在现实应用中,太阳能发电有一些特殊的难点需要解决:

1、太阳能只能白天发电,晚上无法发电

2、太阳能发电的间歇性和发电功率受到天气的影响,有不可预见性,会对电网造成冲击,影响整个电网系统的稳定

 

而光伏储能的特点可以完美解决光伏发电的难点:

1.     在负荷低谷时将光伏发电系统输出的电能用蓄电池储存,在负荷高峰时释放储存的电能,减少对电网的压力

2.     在电网故障时,太阳能可继续发电,切换到离网模式并继续给负载供电

3.     可以实现用电中的削峰填谷,根据不同用户的用电规律,合理地、有计划地安排和组织用电时间。以降低负荷高峰,填补负荷低谷。减小电网负荷峰谷差,使发电、用电趋于平衡

4.     储能系统的存在也满足现在能源联网的概念

 

二、光伏储能系统介绍 

光伏储能和传统光伏并网发电不一样的地方,是要增加蓄电池以及蓄电池充放电装置,所以相应的应用范围要宽广很多。比如:在能使用光伏发电时,储能机可以把更多的电能先储存起来。而在夜晚等不能发电的时候,储能机可以把储存的电直接供应负载或者反馈到电网。下图是两种状态的简单对比,从中可以看到发电利用配比给用户带来的灵活性,储能系统可以显著提高发电用户自用率,可以提高用户的收益: 

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下面是光伏储能系统的示意图(图片来源于网络):

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 根据上图我们可以看出,光伏储能一体机是整个系统的核心部分,特别是市场需求量比较大的户用光伏储能应用,光伏储能系统相比于传统的光伏逆变器系统,在电路结构上主要增加了电池包的充放电管理部分。

 

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光伏储能一体机示意图(图片来源图网络)

 

三、光伏储能系统的架构和分解拓扑结构

户用储能通常在光伏逆变电路的直流侧增加双向DCDC单元给到电池包实现充放电,即由MPPT+DCDC+PCS组成。 其中双向DCDC单元根据应用需求一般有两种做法:

1.  双向全桥型DCDC拓扑,这种拓扑的特点是结构紧凑,并且可以根据电池组的数量灵活配置DCDC的数量,满足大规模电池组的需要。这种拓扑的电池包与直流母线之间是隔离的,是需要安全隔离的场合的最好选择。   

 

clip_image010.jpg

2.  另一种比较常见的双向DCDC拓扑如下图,这种拓扑的在电池放电时以Boost模式工作,在电池充电时以Buck模式工作。这种拓扑的优点是结构简单,器件很少,驱动和控制简单,损耗也比较少,缺点是电池和直流母线不隔离,共地。

 

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双向DCDC相比传统光伏逆变系统是新增加的部分,这部分在实际设计中成本的宽容度也比较大,是整个电路中各个品牌的新材料应用实现突破的相对容易的地方,特别是碳化硅材料的应用。

 

四、PCS的拓扑结构

光伏储能中的PCS可以实现电池储能系统直流电池与交流电网之间的双向能量传递。通过控制策略实现对电池系统的充放电管理网侧负荷功率的跟踪%电池储能系统充放电功率的控制%正常及孤岛运行方式下网侧电压的控制等。

户用PCS与光伏逆变一般都是共用DC/AC逆变器,当然功率很小的也会使用Heric这种拓扑结构。传统方式根据电压的高低选择使用双电平还是三电平或者使用更多的电平模式。

        clip_image014.png

HERIC拓扑示意图

 

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两电平结构示意图

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三电平结构示意图

 

五、最后,结合上面的内容,光伏储能系统完整结构如下图,在这个构架中,ARROW可以提供完整的方案,包括主控芯片方案,IGBT模块,碳化硅材料,薄膜电容,接触器等。并且ARROW的AE团队已经搭建了参考电路可以提供支持。

储能.png

 

 

 

 

光伏 储能
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