Solar Battery System Types - AC Vs DC Gekoppeld

- May 10, 2020-

Bron: cleanenergyreview


Wat is AC- of DC-koppeling


AC- of DC-koppeling verwijst naar de manier waarop zonnepanelen worden gekoppeld of gekoppeld aan een energieopslag of batterijsysteem.


Het type elektrische verbinding tussen een zonne-array en een batterij kan wisselstroom (AC) of gelijkstroom (DC) zijn. AC is wanneer de stroom snel vooruit en achteruit stroomt (dit is wat het elektriciteitsnet gebruikt om te werken) en DC is waar de huidige stroomt in een richting. De meeste elektronische circuits gebruiken DC, terwijl zonnepanelen DC produceren, en batterijen dc-energie opslaan. Echter, de meeste elektrische apparaten werken op AC. Dit is de reden waarom alle woningen en bedrijven hebben AC circuits. DC kan worden omgezet naar AC met behulp van een omvormer, maar, zoals hieronder uitgelegd wat energie is altijd verloren in de conversie.

 

De zonne-batterij evolutie


Eenvoudige DC gekoppelde zonne-batterij systemen werden ooit alleen gebruikt voor externe energie-systemen en off-grid woningen, maar in de afgelopen tien jaar omvormer technologie snel gevorderd en leidde tot de ontwikkeling van nieuwe AC gekoppelde energie-opslag configuraties. Echter, DC gekoppelde systemen zijn verre van dood, in feite het opladen van een batterij systeem met behulp van een zonne-oplaad controller of hybride zonne-omvormer is nog steeds de meest efficiënte methode beschikbaar.


In de afgelopen jaren batterij technologie is aanzienlijk verbeterd met veel nieuwe lithium batterij types opkomende als fabrikanten verkennen verschillende manieren om toe te voegen of koppelen batterijen aan nieuwe of bestaande zonne-systemen. De originele Tesla Powerwall was het eerste 'high voltage' DC accusysteem. Sindsdien zijn accu's met een hogere spanning (200-500V) steeds populairder geworden en worden ze gebruikt bij gespecialiseerde hybride omvormers. Meer recent zijn AC-batterijen ontwikkeld door vele toonaangevende zonne-energiefabrikanten, waaronder Tesla, Sonnen en Enphase.


Met de vele complexe variëteiten van batterij opslagsystemen nu beschikbaar, hier leggen we de voor-en nadelen van elk type.


De 4 belangrijkste typen zonne-batterijsysteem


DC gekoppelde systemen

AC gekoppelde systemen

WISSELstroombatterijsystemen

Hybride omvormersystemen


Opmerking: Alleen gelijkstroom- of wisselsystemen worden over het algemeen gebruikt voor off-grid zonne-installaties. We leggen de redenen uit waarom hieronder, evenals een vergelijking van AC vs DC gekoppelde zonne-energie voor off-grid elektriciteitssystemen.


Belangrijk: Dit is alleen een gids! Voor minder technische informatie zie de basisgids voor het selecteren van home grid-tie of off-grid zonne-batterij systeem. Zonne- en batterijopslagsystemen moeten worden geïnstalleerd door een erkende elektrische/zonne-energieprofessional. Solar/energy storage systemen wekken en slaan enorme hoeveelheden energie op die kunnen leiden tot schade of ernstig letsel als de installatie niet voldoet aan alle relevante regelgeving, normen & industrierichtlijnen.

 

1. DC Gekoppelde systemen


DC gekoppelde systemen worden al tientallen jaren gebruikt in off-grid zonne-installaties en kleine capaciteit automotive / varen energiesystemen. De meest voorkomende DC gekoppelde systemen maken gebruik van zonne-lading controllers (ook bekend als zonne-regelaars) om een batterij direct opladen van zonne-energie, plus een batterij omvormer om wisselstroom te leveren aan de huishoudelijke apparaten.


 Basic layout diagram of a DC coupled (off-grid) solar battery system

Basisindelingsdiagram van een gelijk gelijk (off-grid) zonnebatterijsysteem

 

Voor micro-systemen, zoals die worden gebruikt in caravans / boten of hutten, de eenvoudige PWM type zonne-controllers zijn zeer low-cost manier om 1 of 2 zonnepanelen aan te sluiten op een 12 volt batterij aan te sluiten. PWM (pulse width modulatie) controllers komen in veel verschillende maten en kosten zo weinig als $ 25 voor een kleine 10A versie.


Voor grotere systemen zijn MPPT-zonneladingscontrollers tot 30% efficiënter en beschikbaar in verschillende maten tot 100A. In tegenstelling tot de eenvoudige PWM-controllers kunnen MPPT-systemen werken met veel hogere snaarspanningen, meestal tot 150 Volt DC. Dit is echter nog steeds relatief laag in vergelijking met grid-tie zonnesnaardomvormers die 300-600V bedienen.

 

Hogere spanning MPPT zonne-lading controllers


Krachtiger, hogere spanning zonne-controllers zijn beschikbaar; tot 250V van Victron Energy en 300V van AERL in Australië. Er zijn ook nog hogere 600V units verkrijgbaar bij Schneider Electric en Morningstar. Deze zijn veel duurder en hebben geen meerdere MPPT's ingangen zoals veel zonne-string omvormers gebruikt in AC gekoppelde systemen. Echter, MPPT charge controller zijn nog steeds een relatief goedkope en zeer veilige manier om ervoor te zorgen batterijen worden opgeladen, zelfs in het geval van een AC omvormer shutdown - dit is vooral belangrijk in afgelegen locaties.

 

Voordelen

Zeer hoge efficiëntie - tot 99% batterijlaadefficiëntie (met MPPT)

Geweldige low cost setup voor kleinere schaal off-grid systemen tot 5kW

Ideaal voor kleine auto- of maritieme systemen die slechts 1 - 2 zonnepanelen vereisen.

Modulair - Extra panelen en controllers kunnen eenvoudig worden toegevoegd indien nodig.

Zeer efficiënt voor het aandrijven van DC-apparaten en -belastingen.

Als een elektriciteitsdienstverlener de capaciteit van de toegestane netband zonne-energie beperkt of beperkt (d.w.z. 5kW max), kan extra zonne-energie worden toegevoegd door dc-koppeling van een batterijsysteem.


Nadelen

Complexer om systemen boven 5kW in te stellen, omdat vaak meerdere snaren parallel nodig zijn, plus stringfusing.

Kan duur worden voor systemen boven de 5kW als meerdere hogere spanning zonne-lading controllers nodig zijn.

Iets lagere efficiëntie als het aandrijven van grote wisselstroombelastingen gedurende de dag als gevolg van de conversie van DC (PV) naar DC (batt) naar AC.

Veel zonnecontrollers zijn niet compatibel met 'beheerde' lithiumbatterijsystemen zoals de LG Chem RESU of BYD B-Box.

 

2. AC Gekoppelde systemen


AC gekoppelde systemen gebruiken een string zonne-omvormer in combinatie met een geavanceerde multi-mode omvormer of omvormer / lader om de batterij en het net / generator te beheren. Hoewel relatief eenvoudig in te stellen en zeer krachtig, ze zijn iets minder efficiënt (90-94%) bij het opladen van een batterij in vergelijking met dc gekoppelde systemen (98%). Echter, deze systemen zijn zeer efficiënt in het aandrijven van hoge WISSELstroom belastingen tijdens de dag en sommige kunnen worden uitgebreid met meerdere zonne-omvormers om micro-grids te vormen.

 

Basic layout diagram of an AC coupled solar battery system - Grid-tie (hybrid) setup

Basisindelingsdiagram van een AC gekoppeld zonnebatterijsysteem - Grid-tie (hybride) setup

 

De meeste moderne off-grid woningen maken gebruik van AC gekoppelde systemen als gevolg van de geavanceerde multi-mode omvormer / laders, generator controles en energie management functies. Ook omdat string zonne-omvormers werken met hoge DC-spanningen (600V of hoger), grotere zonne-arrays kunnen gemakkelijk worden geïnstalleerd. AC koppeling is ook zeer geschikt voor middelgrote tot grote 3-fase commerciële systemen.

  

Voordelen

Hogere efficiëntie wanneer gebruikt om de macht AC-apparaten tijdens de dag, zoals airconditioning, zwembad pompen, en warm water systemen, (tot 96%).

Over het algemeen lagere installatiekosten voor grotere systemen boven 5kW.

Kan meerdere string zonne-omvormers op meerdere locaties (AC gekoppelde micro-grids)

De meeste string zonne-omvormers boven 3kW hebben dubbele MPPT-ingangen, zodat snaren van panelen kunnen worden geïnstalleerd op verschillende oriëntaties en tilt hoeken.

Geavanceerde AC gekoppelde systemen kunnen gebruik maken van een combinatie van AC en DC koppeling (Let op: dit is niet mogelijk met sommige lithium batterijen)


Nadelen

Lagere efficiëntie bij het opladen van een batterijsysteem - ongeveer 92%

Kwaliteit Zonneomvormers kunnen duur zijn voor kleine systemen.

Lagere efficiëntie bij het aandrijven van directe DC-belastingen gedurende de dag.

 

3. WISSELstroombatterijen


AC batterijen zijn een nieuwe evolutie in de opslag van batterijen voor net aangesloten woningen die het mogelijk maken batterijen gemakkelijk ac gekoppeld aan uw nieuwe of bestaande zonne-installatie. Wisselstroombatterijen bestaan uit lithiumbatterijcellen, een batterijbeheersysteem (BMS) en omvormer/oplader in één compacte eenheid.


Deze systemen combineren een DC-batterij met een AC-batterij Omvormer, maar zijn alleen ontworpen voor grid-aangesloten systemen als de (transformatorloze) omvormers zijn meestal niet krachtig genoeg om de meeste huizen volledig off-grid draaien. De meest bekende AC batterij is de Tesla Powerwall 2, samen met de SonnenBatterie die vaker voorkomt in Europa en Australië. Toonaangevende micro-omvormer bedrijf Enphase Energy ook fabrikant van een zeer compacte AC batterij systeem voor thuisgebruik. Deze systemen zijn over het algemeen eenvoudig te installeren, modulair en een van de meest economische keuzes voor het opslaan van zonne-energie voor later gebruik.

 

Basic layout diagram of a AC battery coupled with a AC solar system - Grid-tie (no backup shown)

Basisindelingsdiagram van een WISSELstroombatterij in combinatie met een AC-zonnestelsel - Grid-tie (geen back-up weergegeven)


AC gekoppelde batterijomvormers

Een meer recente trend is het gebruik van een 'retrofit' AC koppeling omvormer om een AC batterij systeem te creëren. Deze systemen maken gebruik van een gespecialiseerde AC gekoppelde batterij omvormer, zoals de SMA sunny boy opslag samen met een gemeenschappelijke DC batterij, zoals de populaire LG chem RESU.


Voordelen

Eenvoudige retrofit - kan worden toegevoegd aan woningen met een bestaande zonne-installatie

Economische manier om energieopslag toe te voegen.

Over het algemeen eenvoudig te installeren.

Modulair systeem om uitbreiding mogelijk te maken.


Nadelen

Lagere efficiëntie door conversie (DC - AC - DC) - ca. 90%

Sommige wisselstroombatterijen kunnen niet functioneren als back-up (Enphase)

Niet ontworpen voor off-grid installaties.

 

4. Hybride omvormersystemen


Hybride systemen kunnen worden omschreven als een net aangesloten DC gekoppelde zonne-batterij systemen. Ze komen in veel verschillende configuraties en meestal gebruik maken van een hybride of multi-mode omvormer. Moderne hybride omvormers zijn voorzien van hoog voltage MPPT controller / s en batterij omvormer / laders in een gemeenschappelijke eenheid. De eerste generatie hybride omvormers waren compatibel met 48V loodzuur- of lithiumbatterijsystemen, maar de laatste jaren zijn hybride systemen met een hogere spanning (400V+) steeds populairder geworden.


Hoogspanning of lage spanning? De nieuwe generatie 'high voltage' batterijen werken in het bereik van 300-500V DC (400V nominaal) in tegenstelling tot de traditionele 48V batterijsystemen. Dit biedt verschillende voordelen, waaronder verhoogde efficiëntie als de zonne-array werkt meestal op 300-600V die zeer vergelijkbaar is met de batterij spanning.


De nieuwe generatie hogere voltage (400V) batterijen en compatibele hybride omvormers maken gebruik van lithium batterij systemen die werken tussen 200-500V DC, in plaats van 48V. Batterijen met een hogere spanning kunnen op twee verschillende manieren worden geconfigureerd:

DC gekoppeld tussen de zonne-array en omvormer.


DC direct gekoppeld aan een compatibele hybride omvormer (zoals hieronder weergegeven).

Aangezien de meeste zonnepanelen werken bij hoge spanningen rond 300-600V, maken hoogspanningsbatterijen gebruik van efficiënte DC-DC-converters met zeer lage verliezen. De eerste generatie Tesla Powerwall was de eerste 400V batterij beschikbaar en werd gekoppeld aan de populaire SolarEdge Storedge hybride omvormer.


De nieuwe LG chem RESUH batterij bereik is nu een van de meest populaire LV 400V batterij systemen beschikbaar zijn compatibel met vele hybride omvormers, waaronder SolarEdge Storedge, SMA zonnige jongen opslag en Solax X-hybrid Gen 3.

 

Basic layout diagram of a hybrid solar inverter with DC battery system

Basisindelingsdiagram van een hybride zonneomvormer met DC-batterijsysteem


Voordelen

Zuinig en eenvoudig te installeren

Compacte, modulaire batterijopties

Kleiner kabelformaat en lage verliezen met hoogspanning (400V batterijsystemen)

Kan worden omgebouwd tot 'sommige' bestaande zonne-installaties.

Hoogrendement van de batterij - ongeveer 95%

Groeiend aantal hybride omvormers beschikbaar


Nadelen

Sommige systemen kunnen niet functioneren als een back-up voeding

Veel systemen met back-up hebben een vertraging van 3-5 seconden tijdens een black-out

Over het algemeen niet geschikt voor off-grid installaties als gevolg van transformatorloze hybride omvormers met een lage piekrating en geen generator controles.