Typy střídačů pro akumulaci energie
Technická cesta: Existují dvě hlavní cesty: DC vazba a AC vazba
Fotovoltaický akumulační systém zahrnuje solární panely, regulátory,solární invertory, akumulátory energie, náklad a další zařízení. Existují dvě hlavní technické cesty: DC vazba a AC vazba. Střídavá nebo stejnosměrná vazba se týká způsobu, jakým je solární panel připojen nebo připojen k systému skladování energie nebo baterií. Typ spojení mezi solárním panelem a baterií může být AC nebo DC. Většina elektronických obvodů používá stejnosměrný proud, solární panely generují stejnosměrný proud a baterie uchovávají stejnosměrný proud, ale většina elektrických spotřebičů běží na střídavý proud.
Hybridní fotovoltaický systém + systém akumulace energie, to znamená, že stejnosměrný proud generovaný fotovoltaickým modulem se ukládá do bateriového bloku přes ovladač a síť může také nabíjet baterii přes obousměrný DC-AC měnič. Sběrné místo energie je na konci DC baterie. Během dne fotovoltaická energie nejprve napájí zátěž a poté nabíjí baterii prostřednictvím MPPT regulátoru. Systém skladování energie je připojen k síti a přebytečná energie může být připojena k síti; v noci se baterie vybíjí pro napájení zátěže a nedostatečná část je doplněna mřížkou; když je síť bez proudu, fotovoltaická výroba elektřiny a lithiové baterie dodávají energii pouze zátěži mimo síť a zátěž připojenou k síti nelze použít. Když je výkon zátěže větší než výkon fotovoltaické elektrárny, síť a fotovoltaika mohou dodávat energii zátěži současně. Protože výroba fotovoltaické energie a spotřeba energie při zátěži nejsou stabilní, spoléhají na baterie, aby vyrovnaly energii systému. Kromě toho systém také podporuje uživatele při nastavení doby nabíjení a vybíjení podle potřeby uživatele.
Jak funguje stejnosměrný systém
Zdroj: spiritenergy, Haitong Securities Research Institute
Hybridní fotovoltaika + systém akumulace energie
Zdroj: GoodWe Photovoltaic Community, Haitong Securities Research Institute
Hybridní střídač integruje funkci off-grid pro zlepšení účinnosti nabíjení. Invertory připojené k síti z bezpečnostních důvodů automaticky vypnou napájení vašeho systému solárních panelů během výpadku proudu. Hybridní střídače na druhou stranu umožňují uživatelům mít funkce off-grid a on-grid současně, takže energii lze využívat i při výpadcích proudu. Hybridní invertory zjednodušují monitorování energie a umožňují kontrolu důležitých dat, jako je výkon a výroba energie, prostřednictvím panelu invertoru nebo připojených chytrých zařízení. Pokud má systém dva střídače, musí být monitorovány samostatně. DC vazba snižuje ztráty při konverzi AC-DC. Účinnost nabíjení baterie je asi 95-99%, zatímco AC vazba je 90%.
Hybridní měniče jsou ekonomické, kompaktní a snadno se instalují. Instalace nového hybridního invertoru s baterií vázanou na stejnosměrný proud může být levnější než dovybavení baterie na střídavý proud do stávajícího systému, protože regulátor je levnější než střídač připojený k síti, přepínač je levnější než rozvodná skříň a stejnosměrný spřažené řešení může být také přeměněno na ovladač-střídač vše v jednom, což šetří náklady na vybavení i instalaci. Speciálně pro malé a středně výkonné off-grid systémy jsou stejnosměrné systémy velmi cenově výhodné. Hybridní měniče jsou vysoce modulární a je snadné přidávat nové komponenty a řídicí jednotky. Další komponenty lze snadno přidat pomocí relativně levných DC solárních regulátorů. A hybridní invertory jsou navrženy tak, aby kdykoli integrovaly úložiště, což usnadňuje přidávání bateriových sad. Hybridní invertorové systémy jsou relativně kompaktní, využívají vysokonapěťové baterie a mají menší rozměry kabelů a nižší ztráty.
Konfigurace stejnosměrného spojovacího systému
Zdroj: Zhongrui Lighting Network, Haitong Securities Research Institute
Konfigurace AC spojovacího systému
Zdroj: Zhongrui Lighting Network, Haitong Securities Research Institute
Hybridní střídače však nejsou vhodné pro modernizaci stávajících solárních systémů a větší systémy jsou složitější a nákladnější na instalaci. Pokud chce uživatel upgradovat stávající solární systém tak, aby zahrnoval bateriové úložiště, výběr hybridního invertoru může situaci zkomplikovat a bateriový invertor může být cenově výhodnější, protože volba instalace hybridního střídače vyžaduje komplexní a nákladnou přepracování celého systém solárních panelů. Větší systémy jsou složitější na instalaci a dražší kvůli potřebě více vysokonapěťových regulátorů. Pokud je elektřina během dne spotřebována více, dojde k mírnému poklesu účinnosti vlivem DC (PV) na DC (batt) až AC.
Propojený systém fotovoltaika + akumulace energie, také známý jako střídavý transformační fotovoltaický systém + akumulační systém energie, dokáže realizovat, že stejnosměrná energie generovaná fotovoltaickým modulem je přeměněna na střídavou energii přes střídač připojený k síti a poté je přebytečná energie přeměněna. na stejnosměrný proud a ukládá se do baterie prostřednictvím střídavého střídavého proudu. Sběrné místo energie je na AC konci. Zahrnuje fotovoltaický napájecí systém a systém bateriového napájení. Fotovoltaický systém se skládá z fotovoltaického pole a střídače připojeného k síti a bateriový systém se skládá z bateriového bloku a obousměrného střídače. Tyto dva systémy mohou fungovat nezávisle, aniž by se navzájem rušily, nebo mohou být odděleny od velké energetické sítě a vytvořit tak mikrosíťový systém.
Jak fungují AC systémy
Zdroj: spiritenergy, Haitong Securities Research Institute
Propojená domácí fotovoltaika + systém akumulace energie
Zdroj: GoodWe Solar Community, Haitong Securities Research Institute
AC spojovací systém je 100% kompatibilní s elektrickou sítí, snadno se instaluje a snadno se rozšiřuje. K dispozici jsou standardní instalační komponenty pro domácnost a dokonce i relativně velké systémy (úroveň 2KW až MW) jsou snadno rozšiřitelné a lze je kombinovat s připojenými k síti a samostatnými generátorovými soustrojími (dieselové jednotky, větrné turbíny atd.). Většina stringových solárních invertorů nad 3kW má duální MPPT vstupy, takže dlouhé řetězce panelů mohou být instalovány v různých orientacích a úhlech naklonění. Při vyšších stejnosměrných napětích je střídavé spojení snazší, méně složité a tudíž méně nákladné pro instalaci velkých systémů než systémy se stejnosměrným připojením vyžadující více regulátorů nabíjení MPPT.
AC vazba je vhodná pro transformaci systému a je efektivnější používat AC zátěže během dne. Stávající fotovoltaické systémy připojené k síti lze s nízkými investičními náklady přeměnit na systémy skladování energie. Uživatelům může poskytnout bezpečnou ochranu napájení, když je síť bez proudu. Je kompatibilní s FV systémy připojenými k síti od různých výrobců. Pokročilé AC vazební systémy se často používají pro větší off-grid systémy a používají stringové solární invertory kombinované s pokročilými multimódovými invertory nebo střídačem/nabíječkou pro správu baterií a sítí/generátorů. Přestože jsou relativně jednoduché na nastavení a výkonné, jsou o něco méně účinné (90–94 %) při nabíjení baterií ve srovnání se systémy stejnosměrné vazby (98 %). Tyto systémy jsou však účinnější při napájení vysokých střídavých zátěží během dne, dosahují více než 97 % a některé systémy lze rozšířit o více solárních invertorů pro vytvoření mikrosítí.
AC vazba je pro malé systémy méně účinná a dražší. Energie přicházející do baterie v AC propojení musí být přeměněna dvakrát, a když uživatel začne tuto energii používat, musí být přeměněna znovu, čímž se do systému přidávají další ztráty. Proto při použití bateriového systému klesá účinnost AC vazby na 85–90 %. Střídače vázané na střídavý proud jsou pro malé systémy dražší.
Domácí fotovoltaický + akumulační systém energie mimo síť se obecně skládá z fotovoltaických modulů, lithiových baterií, střídačů pro ukládání energie mimo síť, zátěží a dieselových generátorů. Systém může realizovat přímé nabíjení baterií fotovoltaikou prostřednictvím DC-DC konverze a může také realizovat obousměrnou DC-AC konverzi pro nabíjení a vybíjení baterií. Během dne fotovoltaická energie nejprve napájí zátěž a poté nabíjí baterii; v noci se baterie vybíjí pro napájení zátěže, a když je baterie nedostatečná, je zátěž napájena dieselagregáty. Dokáže pokrýt denní potřebu elektřiny v oblastech bez rozvodných sítí. Lze jej kombinovat s dieselovými generátory, aby dieselové generátory mohly napájet zátěž nebo nabíjet baterie. Většina střídačů pro ukládání energie mimo síť nemá certifikaci připojení k síti, a i když systém má síť, nelze jej k síti připojit.
Střídač mimo síť
Zdroj: Oficiální stránky Growatt, Haitong Securities Research Institute
Off-grid domácí fotovoltaika + systém akumulace energie
Zdroj: GoodWe Photovoltaic Community, Haitong Securities Research Institute
Aplikovatelné scénáře pro střídače akumulace energie
Střídače pro akumulaci energie mají tři hlavní funkce, včetně špičkového ořezávání, záložního napájení a nezávislého napájení. Z regionálního hlediska je v Evropě poptávka po špičkách. Vezměme si jako příklad Německo, cena elektřiny v Německu dosáhla v roce 2019 2,3 juanů/kWh, což je první místo na světě. Německé ceny elektřiny v posledních letech stále rostou. V roce 2021 dosáhla německá cena elektřiny pro domácnosti 34 eurocentů/kWh, zatímco LCOE fotovoltaických/fotovoltaických rozvodů a skladování je pouze 9,3/14,1 eurocentů/kWh, což je o 73 %/59 % nižší než cena elektřiny pro domácnosti. Cena elektřiny pro bydlení je stejná jako Rozdíl mezi náklady na fotovoltaickou distribuci a akumulaci elektřiny se bude nadále prohlubovat. Fotovoltaické distribuční a akumulační systémy pro domácnosti mohou snížit náklady na elektřinu, takže uživatelé v oblastech s vysokými cenami elektřiny mají silné pobídky k instalaci úložiště pro domácnost.
Ceny elektřiny pro bydlení v různých zemích v roce 2019
Zdroj: EuPD Research, Haitong Securities Research Institute
Úroveň cen elektřiny v Německu (centy/kWh)
Zdroj: EuPD Research, Haitong Securities Research Institute
Na trhu se špičkovým zatížením uživatelé volí hybridní invertory a bateriové systémy se střídavým proudem, které jsou nákladově efektivnější a snáze se vyrábějí. Off-grid střídače baterií s těžkými transformátory jsou dražší a hybridní invertory a bateriové systémy se střídavým proudem používají beztransformátorové střídače se spínacími tranzistory. Tyto kompaktní a lehké invertory mají nižší jmenovité rázy a špičkový výstupní výkon, ale jsou nákladově efektivnější, levnější a jednodušší na výrobu.
Záložní napájení potřebují Spojené státy a Japonsko a nezávislé napájení je naléhavou poptávkou na trhu, včetně Jižní Afriky a dalších regionů. Podle EIA přesáhla průměrná délka výpadku elektřiny ve Spojených státech v roce 2020 8 hodin, což bylo ovlivněno především rozptýleným bydlištěm amerických obyvatel, stárnutím některých energetických sítí a přírodními katastrofami. Aplikace domácích fotovoltaických distribučních a akumulačních systémů může snížit závislost na elektrické síti a zvýšit spolehlivost dodávky elektrické energie na straně uživatele. Fotovoltaický systém skladování energie ve Spojených státech je větší a vybavený více bateriemi, protože potřebuje ukládat elektřinu, aby se vypořádal s přírodními katastrofami. Nezávislé napájení je naléhavým požadavkem trhu. V zemích, jako je Jihoafrická republika, Pákistán, Libanon, Filipíny a Vietnam, kde je globální dodavatelský řetězec napjatý, národní infrastruktura nestačí podporovat spotřebu elektrické energie, takže uživatelé musí být vybaveni domácími fotovoltaickými systémy pro ukládání energie.
Délka výpadku proudu v USA na hlavu (hodiny)
Zdroj: EIA, Haitong Securities Research Institute
V červnu 2022 zahájila Jižní Afrika přidělování elektřiny na šestém stupni, přičemž na mnoha místech dochází k výpadkům elektřiny na 6 hodin denně.
Zdroj: GoodWe Photovoltaic Community, Haitong Securities Research Institute
Hybridní měniče mají určitá omezení jako záložní napájení. Ve srovnání s vyhrazenými bateriovými invertory mimo síť mají hybridní invertory určitá omezení, zejména omezený ráz nebo špičkový výkon během výpadků napájení. Některé hybridní invertory navíc nemají možnost záložního napájení nebo mají omezené záložní napájení, takže během výpadků napájení lze zálohovat pouze malé nebo nezbytné zátěže, jako je osvětlení a základní napájecí obvody, a mnoho systémů bude mít 3–5 sekundové zpoždění při napájení. výpadky. Střídače mimo síť poskytují velmi vysoké rázy a špičkový výstupní výkon a zvládnou vysoké indukční zátěže. Pokud uživatelé plánují napájet zařízení s vysokým rázem, jako jsou čerpadla, kompresory, pračky a elektrické nářadí, musí být střídač schopen zvládnout vysoké indukční rázové zatížení.
Porovnání výstupního výkonu hybridního invertoru
Zdroj: přehledy čisté energie, Haitong Securities Research Institute
Hybridní střídač vázaný stejnosměrným proudem
V současnosti většina fotovoltaických systémů pro ukládání energie v průmyslu používá stejnosměrnou vazbu k dosažení integrovaného designu fotovoltaiky a ukládání energie, zejména v nových systémech, kde se hybridní střídače snadno instalují a mají nízké náklady. Při přidávání nového systému může použití fotovoltaického a hybridního měniče pro ukládání energie snížit náklady na zařízení a náklady na instalaci, protože jeden měnič může dosáhnout integrovaného řízení a měniče. Řídicí jednotka a spínací spínač v systému stejnosměrné vazby jsou levnější než střídač a rozvodná skříň připojená k síti v systému střídavého propojení, takže řešení stejnosměrné vazby je levnější než řešení střídavého propojení. V systému stejnosměrné vazby jsou regulátor, baterie a střídač sériové, spojení je relativně těsné a flexibilita je špatná. Pro nově instalované systémy jsou fotovoltaika, baterie a střídače navrženy podle zátěže uživatele a spotřeby energie, takže jsou vhodnější pro hybridní střídače se stejnosměrnou vazbou.
Hybridní invertorové produkty se stejnosměrnou vazbou jsou hlavním trendem a hlavní domácí výrobci je nasadili. Kromě AP Energy nasadili hlavní domácí výrobci měničů hybridní měniče, mezi které patříSineng Electric, GoodWe a Jinlongnasadili také střídače se střídavým proudem a formulář produktu je kompletní. Hybridní invertor Deye podporuje střídavou vazbu na bázi stejnosměrné vazby, která poskytuje pohodlí při instalaci pro potřeby uživatelů při transformaci zásob.Sungrow, Huawei, Sineng Electric a GoodWenasadili baterie pro ukládání energie a integrace bateriového invertoru se může v budoucnu stát trendem.
Rozložení hlavních tuzemských výrobců měničů
Zdroj: Oficiální stránky různých společností, Haitong Securities Research Institute
Třífázové vysokonapěťové produkty jsou středem zájmu všech společností a Deye se zaměřuje na nízkonapěťový produktový trh. V současnosti je většina hybridních invertorových produktů do 10KW, produkty pod 6KW jsou většinou jednofázové nízkonapěťové produkty a 5-10KW produkty jsou většinou třífázové vysokonapěťové produkty. Společnost Deye vyvinula řadu vysoce výkonných nízkonapěťových produktů a tento rok uvedený nízkonapěťový 15kW produkt se začal prodávat.
Domácí výrobci střídačů hybridní produkty střídačů
Maximální konverzní účinnost nových produktů od domácích výrobců střídačů dosáhla asi 98 % a doba přepínání na síti a mimo síť je obecně kratší než 20 ms. Maximální účinnost konverzespolečností Jinlong, Sungrow a Huaweiproduktů dosáhl 98,4 %, aGoodWetaké dosáhl 98,2 %. Maximální konverzní účinnost Homai a Deye je o něco nižší než 98 %, ale Deyeův čas přepínání on-grid a off-grid je pouze 4 ms, mnohem méně než 10-20 ms jeho protějšků.
Porovnání maximální účinnosti konverze hybridních měničů od různých firem
Zdroj: Oficiální webové stránky každé společnosti, Haitong Securities Research Institute
Porovnání doby sepnutí hybridních střídačů různých firem (ms)
Zdroj: Oficiální webové stránky každé společnosti, Haitong Securities Research Institute
Hlavní produkty tuzemských výrobců střídačů se většinou zaměřují na tři hlavní trhy v Evropě, USA a Austrálii. Na evropském trhu jsou tradiční trhy s fotovoltaickými jádry, jako je Německo, Rakousko, Švýcarsko, Švédsko a Nizozemsko, převážně třífázové trhy, které preferují produkty s vyšším výkonem. Tradiční výrobci s výhodami jsou Sunshine a Goodwe. Ginlang zrychluje, aby ho dohnal, spoléhá na Cenové zvýhodnění a uvedení vysoce výkonných produktů nad 15 kW jsou uživateli oblíbené. Jihoevropské země jako Itálie a Španělsko potřebují především jednofázové nízkonapěťové produkty.Goodwe, Ginlang a ShouhangLoni si v Itálii vedl dobře, každý z nich představoval asi 30 % trhu. Východoevropské země jako Česká republika, Polsko, Rumunsko a Litva požadují především třífázové produkty, ale jejich cenová akceptace je nízká. Shouhang si proto na tomto trhu vedl dobře díky své nízké cenové výhodě. Ve druhém čtvrtletí tohoto roku začala společnost Deye dodávat 15kW nové produkty do Spojených států. Spojené státy mají větší systémy skladování energie a preferují produkty s vyšším výkonem.
Hybridní invertorové produkty domácích výrobců invertorů cílí na trh
Zdroj: Oficiální webové stránky každé společnosti, Haitong Securities Research Institute
Střídač baterií děleného typu je mezi instalatéry oblíbenější, ale budoucím vývojovým trendem je bateriový střídač vše v jednom. Solární akumulační hybridní invertory se dělí na hybridní invertory prodávané samostatně a bateriové skladovací systémy (BESS), které prodávají střídače a baterie společně. V současné době, kdy prodejci ovládají kanály, jsou přímí zákazníci relativně koncentrovaní a produkty se samostatnými bateriemi a měniči jsou populárnější, zejména mimo Německo, protože se snadno instalují a rozšiřují a mohou snížit pořizovací náklady. , pokud jeden dodavatel nemůže dodávat baterie nebo měniče, můžete najít druhého dodavatele a dodávka bude zaručenější. Trendem v Německu, Spojených státech a Japonsku jsou stroje typu „vše v jednom“. Stroj all-in-one může ušetřit spoustu poprodejních problémů a existují certifikační faktory. Například certifikace požárního systému ve Spojených státech musí být propojena se střídačem. Současný technologický trend směřuje ke strojům all-in-one, ale z hlediska prodeje na trhu je montéry více akceptován dělený typ.
Většina tuzemských výrobců začala nasazovat stroje s integrovanou baterií a měničem. Výrobci jako napřShohang Xinneng, Growatt a Kehuavšichni si vybrali tento model. Prodeje energetických akumulátorů společnosti Shougang Xinneng v roce 2021 dosáhly 35 100 kusů, což je 25násobný nárůst ve srovnání s 20 lety; Úložiště energie společnosti Growatt v roce 2021 Prodej baterií činil 53 000 sad, což je pětinásobný nárůst oproti stavu před 20 lety. Vynikající kvalita střídačů pro ukládání energie Airo vedla k pokračujícímu růstu prodeje baterií. V roce 2021 byly dodávky baterií Airo 196,99 MWh s příjmem 383 milionů juanů, což je více než dvojnásobek příjmů oproti invertorům pro ukládání energie. Zákazníci mají vysoký stupeň uznání výrobců střídačů, kteří vyrábějí baterie, protože mají dobré kooperativní vztahy s výrobci střídačů a důvěřují produktům.
Shouhang New Energy Storage Battery poměr příjmů rychle roste
rce: EIA, Haitong Securities Research Institute
Tržby společnosti Airo z energetických akumulátorů budou v roce 2021 činit 46 %.
Zdroj: GoodWe Photovoltaic Community, Haitong Securities Research Institute
Ve stejnosměrně vázaných systémech jsou vysokonapěťové bateriové systémy účinnější, ale dražší v případě nedostatku vysokonapěťových baterií. Ve srovnání s 48V bateriovými systémy mají vysokonapěťové baterie rozsah provozního napětí 200-500V DC, nižší ztráty kabelů a vyšší účinnost, protože solární panely obvykle pracují při 300-600V, podobně jako napětí baterie, a velmi nízké ztráty a vysokou účinnost Lze použít DC-DC měniče. Vysokonapěťové bateriové systémy mají vyšší ceny baterií a nižší ceny invertorů než nízkonapěťové systémy. V současné době jsou vysokonapěťové baterie velmi žádané a nedostatečná nabídka, takže vysokonapěťové baterie je obtížné koupit. V případě nedostatku vysokonapěťové baterie je levnější použít nízkonapěťové bateriové systémy.
DC propojení mezi solárním polem a střídačem
Zdroj: přehledy čisté energie, Haitong Securities Research Institute
Přímá DC vazba na kompatibilní hybridní měniče
rce: recenze čisté energie, Haitong Securities Research Institute
Hybridní střídače od významných tuzemských výrobců jsou vhodné pro off-grid systémy, protože jejich záložní výkon při výpadku proudu není omezen. Záložní zdroj napájení některých produktů je o něco nižší než normální rozsah napájení, alezáložní napájení nových produktů Goodwe, Jinlang, Sungrow a Hemai je stejné jako normální hodnota, to znamená, že výkon není více omezen při provozu mimo síť, takže střídače pro ukládání energie domácích výrobců invertorů jsou vhodné pro systémy mimo síť.
Porovnání výkonu záložního zdroje hybridních střídačových produktů tuzemských výrobců střídačů
Zdroje dat: Oficiální webové stránky každé společnosti, Haitong Securities Research Institute
Střídač spojený AC
Systémy se stejnosměrnou vazbou nejsou vhodné pro dovybavení stávajících systémů připojených k síti. Metoda stejnosměrné vazby má především následující problémy: Za prvé, systém využívající stejnosměrnou vazbu má problémy se složitým zapojením a návrhem redundantního modulu při úpravě stávajícího systému připojeného k síti; za druhé, zpoždění při přepínání mezi připojením k síti a mimo síť je dlouhé, což je pro uživatele obtížné používat. Zkušenosti s elektřinou jsou špatné; za třetí, funkce inteligentního řízení nejsou dostatečně komplexní a odezva řízení není dostatečně včasná, což ztěžuje implementaci aplikací mikrosítě pro napájení celého domu. Některé společnosti proto zvolily cestu technologie spojování střídavého proudu, například Yuneng.
AC spojovací systém usnadňuje instalaci produktu. Yuneng realizuje obousměrný tok energie propojením AC strany a fotovoltaického systému, čímž eliminuje potřebu přístupu k fotovoltaické DC sběrnici, což usnadňuje instalaci produktu; realizuje integraci mimo síť prostřednictvím kombinace softwarového řízení v reálném čase a vylepšení návrhu hardwaru na úrovni milisekund; prostřednictvím výstupního řízení střídače pro akumulaci energie a inovativního kombinovaného návrhu napájecího a distribučního systému je realizována aplikace mikrosíťového napájení pro celý dům pod kontrolou automatické ovládací skříňky.
Maximální účinnost konverze AC-spojených produktů je o něco nižší než u hybridních měničů. Jinlong a GoodWe také nasadili produkty spojené se střídavým proudem, které se zaměřují především na trh transformace akcií. Maximální účinnost konverze AC-spojených produktů je 94-97 %, což je o něco méně než u hybridních měničů. Je to hlavně proto, že komponenty musí projít dvěma přeměnami, než se po výrobě elektřiny uloží do baterie, což snižuje účinnost přeměny.
Porovnání AC-spojených produktů od tuzemských výrobců měničů
Zdroj: Oficiální stránky různých společností, Haitong Securities Research Institute
Čas odeslání: 20. května 2024
