1. Introduction

Malgré l'augmentation continue du nombre d'installations photovoltaïques, le déséquilibre entre l'offre et la demande de réseaux solaires est devenu une contrainte majeure. Une quantité suffisante d'énergie solaire est disponible pendant la journée, mais la demande n'est pas élevée. Cela signifie que les utilisateurs paieront des prix par watt plus élevés le matin et le soir pendant les heures de pointe.

Les systèmes de stockage d'énergie (SSE) pour les installations solaires dans les bâtiments, les entreprises et les services publics utilisent des onduleurs pour stocker l'électricité ou le réseau lorsque la demande diurne est la plus faible et pour stocker l'énergie produite lorsque la demande est élevée. L'ajout du sse à un système solaire connecté au réseau permet aux utilisateurs d'économiser les coûts d'utilisation de la technologie de pointe.

2. Conversion bidirectionnelle de la puissance

L'équipement photovoltaïque traditionnel se compose d'un seul étage de puissance DC / AC et DC / DC, mais la méthode de conversion unidirectionnelle est le principal obstacle au SSE. Des composants, modules et sous - systèmes supplémentaires sont nécessaires, ce qui augmente considérablement le coût de l'ajout du sse aux installations solaires existantes.

Pour ajouter une batterie à un dispositif photovoltaïque existant, les deux voies de charge et de décharge de la batterie doivent être combinées en une seule voie comprenant la correction du facteur de puissance (PFC) et le niveau de puissance de l'onduleur. Mais comment construire un convertisseur de puissance bidirectionnel au lieu de deux Convertisseurs de puissance unidirectionnels?

Figure 1. Schéma de bloc bidirectionnel des étages PFC et onduleur

L'onduleur hybride peut améliorer efficacement l'efficacité de l'étape de conversion, mais cette amélioration de l'efficacité est plus importante pour les micro - réseaux équipés du sse, qui peuvent effectuer plusieurs conversions de puissance. Le système de convertisseur de puissance gère la conversion DC / DC pour charger et décharger la batterie. Il gère également les conversions DC / AC et AC / DC, convertissant le courant continu stocké dans la batterie en courant alternatif pour entrer et sortir du réseau.

3. Batterie haute tension

Dans un système de micro - réseau avec batterie, la fonction principale de la batterie est de stocker l'énergie photovoltaïque et d'alimenter le réseau à la demande. La capacité de stockage unitaire de la batterie lithium - ion est significativement plus élevée que celle de la batterie plomb - acide.

Bien que les batteries 400v soient de plus en plus populaires dans le domaine des véhicules électriques (EV), les équipements de réseau solaire augmentent également la tension des batteries de 48v à 48v. Mais comment gérer la conversion de puissance d'une batterie 400v?

En plus de l'intégration du sse dans un système plus grand par micro - ordinateur avec des fonctions de commande et de communication du système, le commutateur de puissance à faible perte et à haut rendement améliore également la sécurité et la fiabilité du système de stockage d'énergie. Les commutateurs de puissance compacts et les micro - ordinateurs en temps réel à base de carbure de silicium (sic) et de nitrure de gallium (Gan) permettent de modifier les convertisseurs bidirectionnels pour tenir compte des différentes unités de stockage d'énergie en courant continu. Voir figure 2.

Figure 2. Fonctionnement bidirectionnel stable pour les applications de charge et de décharge de la batterie

4. Conception d'un convertisseur DC / DC à double pont actif

Les semi - conducteurs à large bande gap tels que SIC et Gan jouent un rôle important dans la résolution des systèmes de conversion de puissance qui peuvent gérer la gamme croissante de tension de la batterie à mesure que les convertisseurs augmentent la densité de puissance et réduisent les pertes de commutation... Les systèmes de conversion de puissance permettent également aux batteries de mieux gérer les fluctuations de puissance dans les systèmes de production distribuée, ce qui permet un fonctionnement intelligent et flexible du réseau à des tensions plus élevées et plus larges.

En fin de compte, les dispositifs solaires peuvent imiter les batteries utilisées dans les véhicules électriques. L'idée de recycler les batteries actuellement utilisées dans les véhicules électriques en tant que réseau électrique relié au SSE est de plus en plus répandue.

5. Large bande gap Materials required for Efficient and Natural Convection

Afin de construire un système de stockage mural intelligent, il est nécessaire de concevoir un onduleur qui utilise un refroidissement naturel minimal pour optimiser la dissipation de chaleur. La structure d'alimentation distribuée permet la concentration et la distribution de la chaleur dans l'ensemble du système. Cette structure garantit que l'onduleur de stockage d'énergie nécessaire est capable de gérer des niveaux de courant élevés à différentes tensions et de réagir de façon fiable aux transitoires de charge qui changent rapidement.

Ces systèmes nécessitent des conducteurs de porte qui supportent et protègent les commutateurs à grande vitesse à des fréquences de commutation de 100 kHz à 400 kHz. Si la vitesse de commutation n'est pas assez rapide, vous constaterez une réduction significative de l'efficacité des étapes de conversion de puissance.

C'est là que les matériaux à large bande à commutation rapide et à haute densité de puissance, comme le SIC et le Gan, fonctionnent. Ces dispositifs à semi - conducteurs aident à concevoir des systèmes qui ne nécessitent pas de refroidissement par ventilateur. L'appareil lmg3425r030 Gan avec entraînement intégré et protection a un profil compact, une densité de puissance élevée et une fonction de commutation rapide.

Le conducteur de porte convertit le signal PWM numérique du Contrôleur en courant requis par le transistor à effet de champ SIC ou Gan (FET). Les contrôleurs basés sur PWM permettent un échantillonnage précis de la tension et du courant en plusieurs étapes de conversion de puissance.

Figure 3. La conception de référence du pôle totémique Gan CCM adopte la commande numérique, le microcontrôleur en temps réel C2000 et le dispositif Gan à commutation rapide avec le conducteur de porte intégré et la fonction de protection.

6. Détection du courant et de la tension

La conception de l'alimentation électrique de commutation à haute fréquence est confrontée au défi de la détection précise du courant et de la tension. La mesure du courant à l'aide d'un shunt permet non seulement d'améliorer la précision, mais aussi d'accélérer le temps de réaction, ce qui vous permet de réagir rapidement à tout changement dans le réseau électrique afin d'arrêter la connexion du système en cas de court - circuit ou de déconnexion du réseau. Augmentation.

La mesure du courant est essentielle à la conception centrée sur l'onduleur, car l'algorithme de contrôle nécessite un capteur de courant. Certaines conceptions peuvent être utilisées pour mesurer le courant d'isolement à l'aide d'un amplificateur / modulateur et d'une source d'énergie isolée d'un shunt externe.

Le convertisseur de puissance doit mesurer le courant dans le Réseau pour voir si le courant est en phase avec la tension. En mesurant le courant et la tension, il contrôle non seulement le courant de charge de la batterie, mais aussi le fonctionnement de l'onduleur et la fonction de protection contre la surcharge.

7. Résumé

On s'attend à ce que l'onduleur hybride qui convertit la puissance bidirectionnelle entre AC / DC et DC / DC remplace l'onduleur solaire traditionnel au cours des prochaines années. Les concepteurs d'onduleurs solaires seront en mesure d'obtenir une large gamme de conversion de puissance de sortie et de tension en utilisant des onduleurs hybrides.

L'augmentation de la tension de la batterie et l'élargissement de la gamme de tension sont des problèmes importants pour l'onduleur solaire compatible avec le stockage d'énergie. Les conducteurs de porte intégrés, les commandes de micro - ordinateurs de protection, les semi - conducteurs à large bande Gap et d'autres éléments de base peuvent supporter des tensions de batterie plus élevées et plus larges, en plus d'une grande efficacité et d'une convection naturelle.