現(xiàn)有光伏和太陽(yáng)能并網(wǎng)系統(tǒng)的電池后備電源選項(xiàng)

utBack公司的控制電路由該公司生產(chǎn)的兩個(gè)逆變器輔助(AUX)端口和兩個(gè)繼電器組成。這種更清新、更緊湊的組件設(shè)計(jì)在電池充滿電時(shí)可對(duì)并網(wǎng)逆變器進(jìn)行安全鎖定;此外，當(dāng)系統(tǒng)中有發(fā)電機(jī)啟動(dòng)并運(yùn)行時(shí)，還可使并網(wǎng)逆變器保持鎖定狀態(tài)。結(jié)合更先進(jìn)、更智能的逆變器/充電器，如具有雙AC輸入和先進(jìn)發(fā)電機(jī)功能的OutBack弧度系列，該系統(tǒng)可以在較低的實(shí)際成本內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的性能。

OutBack GSLC175-AC-120/240 AC耦合解決方案的顯著特征包括：

● UL-1741端到端特性—與OutBack電池架一起使用時(shí)，由于整個(gè)系統(tǒng)是專門針對(duì)這一應(yīng)用而設(shè)計(jì)，因此可以確保完全兼容。

● 分相設(shè)計(jì)—無(wú)需昂貴、低效的變壓器便可更容易地集成到標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)電路中。

● 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性—輸出更加穩(wěn)定，因此可以在負(fù)荷高峰期或變化期為系統(tǒng)中的并網(wǎng)逆變器提供清晰的信號(hào)，確保其持續(xù)以線上狀態(tài)發(fā)電。

● 通用設(shè)計(jì)—可與其他品牌和型號(hào)的并網(wǎng)逆變器配合使用。

需要考慮的因素包括電網(wǎng)的不穩(wěn)定性、極端天氣和地震等，同時(shí)，地理和季節(jié)缺陷也會(huì)影響到最重要臨界負(fù)荷的選擇。以下提供了一些關(guān)于如何選擇系統(tǒng)尺寸以及如何與兩種不同類型逆變器系統(tǒng)進(jìn)行交互的指南。

指南一

每日臨界負(fù)荷瓦時(shí)不應(yīng)超過(guò)可從電池組獲得所有瓦時(shí)的80%。離網(wǎng)系統(tǒng)通常每天會(huì)將電池放電50%以上，從而延長(zhǎng)電池的壽命。然而，這種情況是基于每年僅有幾天或一到兩周使用備用系統(tǒng)的假設(shè)，在這種情況下，放電深度達(dá)80%的電池的壽命才不會(huì)低于其正常壽命。根據(jù)Outback的能量電池壽命檢測(cè)結(jié)果顯示，密封的AGM電池放電深度為80%時(shí)，電池可使用高達(dá)600次，也就是說(shuō)當(dāng)使用后備電源提供一天所需能量時(shí)，可使用600天。

電池充電和放電的速度均會(huì)影響電池的整體容量。電池充電或放電的速度越慢，電池容量越大。表1展示了一至六組電池的典型容量?？梢允褂眠@些數(shù)據(jù)的80%來(lái)估測(cè)24小時(shí)內(nèi)負(fù)荷所需的電能。表2中的12小時(shí)放電率也會(huì)反映出這一點(diǎn)。

在電網(wǎng)供電的正常運(yùn)行條件下，Outback的電池逆變器/充電器會(huì)將電池保持在浮動(dòng)充電狀態(tài)，在該狀態(tài)下，電池將保持低充電率，從而補(bǔ)充電池內(nèi)部因自放電而流失的能量。然而，在電網(wǎng)無(wú)法供電的情況下，逆變器不再控制流入電池的充電電流。電池逆變器處于“轉(zhuǎn)換”模式，并為并網(wǎng)逆變器提供交流電流，使并網(wǎng)逆變器保持在線狀態(tài)并為臨界負(fù)荷供電。負(fù)荷不需要的剩余能量將會(huì)以不規(guī)則充電的方式通過(guò)電池逆變器的雙向H橋電路回流至電池中。在多數(shù)情況下，光伏陣列產(chǎn)生的電能會(huì)通過(guò)并網(wǎng)逆變器輸送給負(fù)荷并對(duì)電池進(jìn)行不規(guī)則充電。如果系統(tǒng)尺寸正好合適，電池組的不規(guī)則充電率不會(huì)超過(guò)最大充電率。但是，在所有或幾乎所有臨界負(fù)荷都關(guān)閉的最糟糕情況下，并網(wǎng)逆變器中流出的電流不應(yīng)超過(guò)電池組的最大充電率。Outback的遙控?cái)嗦菲?ROCB)可在檢測(cè)到電池已充滿時(shí)輕松地使并網(wǎng)逆變器下線。

表2給出了每組電池能提供的最大光伏功率以確保充電率不超過(guò)最大值，同時(shí)給出了在指定24小時(shí)內(nèi)電池的相關(guān)可用電能。依據(jù)陣列獲得的太陽(yáng)輻射及負(fù)荷所需的能量，系統(tǒng)應(yīng)選擇能夠使其保持平衡的尺寸。用光伏電能和負(fù)荷需求之間的關(guān)系無(wú)法預(yù)測(cè)，在晴天時(shí)，即使關(guān)掉并網(wǎng)逆變器，只要有陽(yáng)光，電池組也可能很快會(huì)被充滿，這樣就可以避免電池組過(guò)度充電的現(xiàn)象出現(xiàn)。在陰天時(shí)，單純依靠光伏陣列可能無(wú)法充滿電池，因此需要一個(gè)發(fā)電機(jī)來(lái)完成對(duì)電池的充電。如果系統(tǒng)中沒(méi)有發(fā)電機(jī)，則需要對(duì)負(fù)荷做一些取舍，看看哪些是可以留下來(lái)繼續(xù)使用的，哪些可以在晴朗天氣到來(lái)前暫時(shí)放棄或屏蔽的。

光伏功率一欄給出的是可通過(guò)逆變器發(fā)回給電池充電的最大功率值。在測(cè)算該值時(shí)，應(yīng)假定陣列和并網(wǎng)逆變器中存在流失的電量。

負(fù)荷需求(kWh)需匹配表2中的一個(gè)值，從而匹配實(shí)際的光伏陣列尺寸及被轉(zhuǎn)移至臨界負(fù)荷面板的負(fù)荷。表3給出的典型負(fù)荷配置文件可用于估算一些典型的臨界負(fù)荷。注意，冰箱每小時(shí)有十五分鐘在進(jìn)行制冷循環(huán)。

所以，如果將每日12.4kWh的用電量與電池容量表對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)一組電池不夠用，而兩組電池雖然足夠用，但陣列大小必須在4kW或以下。如果陣列大小為6kW，則需要三組電池，且電池組的尺寸必須大到足以應(yīng)對(duì)最糟糕情況下出現(xiàn)的最大不規(guī)則充電率。分流負(fù)載解決方案將被作為備選方案。然而，在綜合考慮成本、分流負(fù)荷的復(fù)雜度和侵襲性以及分流負(fù)荷保護(hù)和控制時(shí)，減掉一組電池實(shí)際上起不到什么作用。

指南二

OutBack逆變器的額定功率應(yīng)為并網(wǎng)逆變器額定功率的1.25%。在負(fù)荷需求降到0且所有可用的并網(wǎng)逆變器電能均輸入到OutBack逆變器的情況下，本指南可確保并網(wǎng)逆變器不會(huì)使OutBack逆變器的充電電路失效。盡管這種情況公認(rèn)不太可能發(fā)生，但出于安全和保護(hù)設(shè)備的考慮，最好遵循本指南。例如，額定功率為8kW的Radian逆變器可能會(huì)對(duì)功率不大于6kW的并網(wǎng)逆變器產(chǎn)生影響。

指南三

本指南可確保日常負(fù)荷需求或電池充電量均不超過(guò)從光伏陣列所得的電量，或可在后備系統(tǒng)中任選添加一個(gè)發(fā)電機(jī)。當(dāng)可得光伏電量超過(guò)負(fù)荷需求的場(chǎng)景，當(dāng)電池充滿時(shí)，需要使用一個(gè)OutBack遙控?cái)嗦菲鲗⒉⒕W(wǎng)逆變器斷開。而實(shí)際上，后備系統(tǒng)生產(chǎn)出多于負(fù)荷和電池充電需求的光伏電量是不太可能的。臨界負(fù)荷基本很少全部關(guān)閉，而且在很多情況下，尤其是在陰天時(shí)，需要補(bǔ)充電量來(lái)滿足負(fù)荷和電池充電需求。

北美大部分地方平均每天有3小時(shí)~5小時(shí)的日照時(shí)間，也就是說(shuō)，盡管每日發(fā)電量因?yàn)檫@樣或那樣的原因會(huì)有大量流失，但是使用6kW電池陣列每天仍可獲取18kWh~30kWh的光伏電量。但是，有時(shí)光伏產(chǎn)量會(huì)達(dá)到或超過(guò)光伏組件標(biāo)注電量，所以為了實(shí)現(xiàn)評(píng)估目的，將18kWh~30kWh視為正常電量，以確定陽(yáng)光明媚的天氣中能夠獲得的電量。

假設(shè)上述例子中所有負(fù)荷均同時(shí)打開，平均每小時(shí)會(huì)通過(guò)并網(wǎng)逆變器的光伏陣列獲取1.4kW的電量。如果光伏陣列生產(chǎn)的電量達(dá)到其標(biāo)注值，則會(huì)遺留4.6kW電量用于電池充電。如果使用3組電池組且放電深度為80%，需要4.2小時(shí)(19.5kWh÷4.6kW=4.2hrs)完成電池充電，同時(shí)還可提供1.4kW電能滿足負(fù)荷所需。當(dāng)電池充滿，并網(wǎng)逆變器關(guān)閉時(shí)，在電池放電深度達(dá)到80%之前，負(fù)荷需求可以支撐14小時(shí)左右—大概從太陽(yáng)落山持續(xù)至睡前，同時(shí)電池殘余電量還可用于第二天早上為并網(wǎng)逆變器供電，這樣一來(lái)，并網(wǎng)逆變器就可以從光伏陣列中傳遞電量，再一次啟動(dòng)這一循環(huán)。

但是，在陰天時(shí)或當(dāng)冬季日照時(shí)間低于平均水平時(shí)，需要使用一臺(tái)發(fā)電機(jī)來(lái)確保任何時(shí)候都有充足的后備電量。一個(gè)5kW的發(fā)電機(jī)能夠花5.4小時(shí)的時(shí)間充滿電池組使其再運(yùn)行14小時(shí)，同時(shí)還可預(yù)留1.4kW電量滿足負(fù)荷所需(19.5kWh÷(5kW-1.4kW)=5.4hrs)。如前所述，相比低負(fù)荷情況下運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，最大輸出達(dá)到85%~95%的發(fā)電機(jī)每小時(shí)燃料損耗會(huì)大幅增加。因此，在電池備份逆變器系統(tǒng)中使用發(fā)電機(jī)不但可以獲得高燃油效率，還可以解決噪聲和燃料短缺問(wèn)題，同時(shí)具有維護(hù)周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。下文會(huì)對(duì)OutBack GSLC175-AC-120/240交流耦合解決方案進(jìn)行詳細(xì)描述(包括一些圖紙)，下面列出的是交流耦合解決方案中所需的交流耦合組件以及OutBack預(yù)連線交流耦合Radian負(fù)荷中心。

● 50A DPST遙控?cái)嗦菲?ROCB;在負(fù)荷中心中占用三個(gè)CB空間);

● OBR-16-DIN(12VDC OutBack繼電器);

● OBR-XX-DIN(48VDC OutBack繼電器);

● DIN導(dǎo)軌硬件。

ROCB和兩個(gè)OutBack繼電器及兩個(gè)AUX端口均已預(yù)連線。并網(wǎng)逆變器的L1和L2導(dǎo)體或其AC斷線開關(guān)均位于與ROCB連接的雙極斷路器的開口端。如果安裝了發(fā)電機(jī)，則雙線式啟動(dòng)線會(huì)被連接至48V并網(wǎng)閉鎖/Gen啟動(dòng)繼電器，同時(shí)發(fā)電機(jī)的L1和L2與Gen輸入總線相連，接地線和中性線與相應(yīng)的總線相連。其它電網(wǎng)輸入、逆變器輸出和直流電池連接均如其他Radian負(fù)荷中心應(yīng)用一樣。

使用ROCB而不用固態(tài)繼電器的優(yōu)勢(shì)包括：當(dāng)系統(tǒng)因某些原因發(fā)生故障時(shí)，可手動(dòng)斷開并網(wǎng)逆變器。手動(dòng)斷開方式可以使用旁路連接，這樣一來(lái)，當(dāng)電池逆變器因?yàn)槟承┰虮仨毷褂门月愤B接時(shí)，電網(wǎng)中同樣可以使用并網(wǎng)逆變器。使用固態(tài)繼電器是無(wú)法達(dá)到這種效果的，此外，固態(tài)繼電器還需要使用可提供頻移方案的外部硬件。綜上所述，ROCB是交流耦合實(shí)現(xiàn)的更簡(jiǎn)單且更劃算的選擇。

除了ROCB和繼電器設(shè)備，MATE3用戶界面還增加了交流耦合功能。該功能在現(xiàn)有的主動(dòng)充電模式下使用溫度補(bǔ)償充電設(shè)定值，當(dāng)電池電壓比正常電池電壓多0.4VDC時(shí)，會(huì)斷開并網(wǎng)逆變器，起到保護(hù)電池的作用;而當(dāng)電池電壓比現(xiàn)有溫度補(bǔ)償充電設(shè)定值低0.4VDC時(shí)，會(huì)重連并網(wǎng)逆變器;如果并網(wǎng)逆變器能夠提供大量剩余電量，則ROCB會(huì)以高達(dá)六分鐘的頻率運(yùn)行。手動(dòng)打開更多連接至臨界負(fù)荷面板的負(fù)荷或使用分流負(fù)荷可以縮短運(yùn)行周期，同時(shí)不會(huì)對(duì)ROCB造成影響，因?yàn)閿嗦菲骱蚏OCB電機(jī)壽命超過(guò)10,000次。如果系統(tǒng)尺寸合適且臨界負(fù)荷都處于運(yùn)行中，則頻繁的循環(huán)不會(huì)產(chǎn)生太大的影響而且不會(huì)損壞任何OutBack設(shè)備。