九游体育:户储解决方案丨交流耦合与直流耦合

  九游体育九游体育光储系统主要有直流耦合与交流耦合两种连接方案,目前两种方式在技术上都已经比较成熟,各有优势与劣势,适用于不同的应用场景。

  在开始介绍之前,先了解一下“耦合”的概念:在电路中,耦合是指两个或两个以上的电路元件或电路网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响,并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。

九游体育:户储解决方案丨交流耦合与直流耦合(图1)

  在直流耦合系统中,光伏组件与储能电池直接与混合逆变器相连(图中的charge control与multimode inverter模块,通常会集成为一个产品,称为混合逆变器),组件所产生的电能通过MPPT控制器(DC-DC)进入电池存储,电网的电流通过混合逆变器(AC-DC)同样可以存储入电池中,能量在电池(直流)侧汇集,因此称为直流耦合系统,其拓扑图如下所示:

九游体育:户储解决方案丨交流耦合与直流耦合(图2)

  工作原理:当光伏系统运行时,通过MPPT控制器来给蓄电池充电;当负载有需求时,蓄电池将释放电量,电流的大小由负载来定。储能系统连接在电网上,如果负载较小而蓄电池已充满,光伏系统可以向电网供电。当负载功率大于光伏发电功率时,电网和光伏可以同时向负载供电;或在夜间负载功率大于电池输出功率时,电网与电池可以同时向负载充电(优先使用电池模式)。

九游体育:户储解决方案丨交流耦合与直流耦合(图3)

  在交流耦合系统中,有两个逆变器:光伏逆变器连接光伏组件,把组件产生的电能转换为交流电输出(DC-AC);储能逆变器(通常也称为储能变流器PCS、交流耦合逆变器等)连接电池,把电池存储的电能释放给负载(DC-AC),整个系统能量在交流侧汇集,因此称为交流耦合系统,拓扑图如下所示:

九游体育:户储解决方案丨交流耦合与直流耦合(图4)

  工作原理:(1)交流耦合中光伏与储能可以相互独立运行,互不干扰。光伏组件产生的电能可以通过光伏逆变器送入电网中,或给负载供电,功率不足时,电网协助供电(此种模式便是传统的光伏系统)。电池可以通过储能逆变器给负载供电,功率不足时电网可以辅助;电池的电能也可以送入电网中,电网也能给电池。(2)光伏与储能也可以协同工作。在自用模式下,储能逆变器将检测光伏逆变器产生的能量,这些电能将首先被本地负载使用,其余的将通过交流耦合逆变器储存在电池中,多余的电能将反馈给电网。停电时,储能逆变器将切断与电网的连接(防孤岛保护),并模拟电网的波形让光伏逆变器继续工作,相互之间形成一个微网系统。

  一般而言在户储领域中,交流耦合主要应用于存量市场,即已经安装过光伏系统想新增储能系统的家庭;而直流耦合系统主要应用于增量市场,即从零开始安装整套光储系统。

  就能量利用效率而言,直流耦合优于交流耦合。在交流耦合系统中,光伏能量存入电池要经过DC-AC,AC-DC两次变换,电池能量释放时,又需要一次DC-AC的变换,三次转换过程使得系统能量损失较大,总体效率在90%左右。而直流耦合通过MPPT给电池充电,DC-DC变换过程中能量损失极低,能量释放时仅需经过混合逆变器进行1次DC-AC转换,整体效率能达97%以上。

  就成本而言,直流耦同样优于交流耦合。很直观的一点就是交流耦合需要2台逆变器,而直流耦合只需要一台,并且直流耦合还有储能一体机可供选择,无论在设备成本还是安装成本都有一定的优势。

  就系统灵活性而言,交流耦合系统更有优势。交流耦合系统中,各模块之间为并行状态,可以非常方便的增减模块,比如新增一套光伏系统或一套储能系统,直接并入即可,不需要额外的系统设计调整。而直流耦合各模块之间处于串行状态,相互连接紧密,增减模块比较复杂。

  在实际应用中情况会更复杂,直流耦合与交流耦合的特性并不绝对。比如,某家庭主要在白天使用负载,负载能消纳光伏的发电,在这种情况下,交流耦合系统可以通过光伏逆变器直接带载,电能也只有一次DC-AC的变换,综合效率同样也能达到97%以上。因此,在选择系统耦合方式时,需要根据实际情况做更多的考量。

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