تعد أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية وتكامل الشحن حلولًا شاملة للطاقة تجمع بين توليد الطاقة الشمسية وتخزين الطاقة وشحن المركبات الكهربائية. تعمل هذه الأنظمة المبتكرة على تعزيز كفاءة الطاقة وموازنة أحمال الشبكة والاستجابة السريعة لمتطلبات الطاقة المفاجئة. في قلب هذه الأنظمة المتكاملة يوجد مكون مهم يسمى نظام تحويل الطاقة (PCS) أو عاكس تخزين الطاقة.
ما هو جهاز PCS بالضبط وكيف يعمل؟ دعونا نتعمق ونستكشف هذه التكنولوجيا التي تغير قواعد اللعبة.
جدول المحتويات
جهاز الكمبيوتر الشخصي 101: الأساسيات
نظام تحويل الطاقة -PCS هو في الأساس الجسر بين نظام البطارية والشبكة (و/أو الحمل) في نظام تخزين الطاقة الكهروكيميائية. وتتمثل مهمتها الرئيسية في تمكين التحويل ثنائي الاتجاه للطاقة الكهربائية.
عندما يتم تفريغ البطارية، تقوم PCS بتحويل التيار المباشر للبطارية (DC) إلى تيار متناوب (AC) متوافق مع الشبكة أو الحمل. عندما يتم شحن البطارية، فإنها تفعل العكس عن طريق تحويل تيار متردد الشبكة إلى تيار مستمر يمكن تخزينه في البطارية. أنيق جدًا، أليس كذلك؟
يتكون PCS من عاكس DC/AC ثنائي الاتجاه ووحدة تحكم. تستقبل وحدة التحكم الأوامر من النظام الخلفي عبر الاتصال وتتحكم في العاكس لشحن البطارية أو تفريغها بناءً على علامة وحجم أمر الطاقة. هذا يسمح لـ PCS بتنظيم الطاقة النشطة والتفاعلية للشبكة.
مواصفات المنتج | مواصفات المنتج | 100 كيلووات | ملاحظات |
دي سي سايد | نطاق الجهد (V) | 615 ~ 900 (3 لتر) /680 ~ 900 (3 لتر) | |
قنوات الإدخال | 1 | ||
الحد الأقصى للتيار (A) | 150 | ||
جانب AC (مرتبط بالشبكة) | نطاق الجهد/الجهد المقنن (V) | 320 ~ 460/400 | |
نطاق التردد (هرتز) | 50/60 ± 5 | متكيف | |
طريقة الأسلاك | 3 بكسل/3 وات/4 وات | ||
الطاقة المقدرة (KW) | 100 | ||
الطاقة القصوى (kW) | 110 | ||
التصنيف الحالي (A) | 145 | ||
عامل الطاقة | 0.99 | ||
نطاق تعديل عامل الطاقة | 1 (الرائدة) ~ 1 (متخلفة) | ||
معدل التشويه الحالي (KW) | <3% | الطاقة المقدرة | |
مكون التيار المستمر | 0.50% | ||
سعة التحميل الزائد | 110% | طويل الأجل | |
الحد الأقصى لكفاءة التفريغ | > 98.2% | ||
جهد الخرج المقدر (V) | 400 | ||
جانب التيار المتردد (خارج الشبكة، يتطلب وحدة معادلة الجهد الإضافية) | توافقيات جهد التيار المتردد | <3% | تحميل خطي |
التردد (هرتز) | 50 ± 5 | ||
طاقة خرج التيار المتردد (KW) | 100 |
هياكل PCS: المرحلة الواحدة مقابل المرحلة المزدوجة
يمكن تصنيف هياكل PCS على نطاق واسع إلى هياكل أحادية المرحلة وثنائية المرحلة. دعونا نقوم بتفصيلها:
1. هيكل أحادي المرحلة
تتكون PCS أحادية المرحلة من مرحلة DC/AC واحدة فقط (عاكس PWM). عند التفريغ، يتم عكس طاقة التيار المستمر المخزنة في البطارية إلى تيار متردد بواسطة عاكس PWM وإعادتها إلى الشبكة. عند الشحن، يتم تصحيح تيار متردد الشبكة إلى تيار مستمر بواسطة العاكس وتخزينه في البطارية.
الإيجابيات:
- كفاءة عالية
- هيكل بسيط
- خسائر منخفضة
- تحكم سهل
السلبيات:
- مرونة أقل في تكوين السعة
- نطاق تشغيل ضيق لجهد البطارية
2. هيكل مزدوج المرحلة
يحتوي نظام تحويل الطاقة ثنائي المراحل -PCS على كل من محول DC/DC ومحول PWM. أثناء التفريغ، يتم تعزيز التيار المستمر للبطارية أولاً بواسطة محول DC/DC قبل أن يتم قلبه إلى AC بواسطة عاكس PWM ويتم تزويده بالشبكة. أثناء الشحن، يتم تصحيح تيار متردد الشبكة إلى تيار مستمر بواسطة عاكس PWM، ثم يقوم محول DC/DC بخفض الجهد لشحن البطارية.
الإيجابيات:
- يمكن توصيل حزم بطاريات متعددة
- التحكم المستقل في الشحن/التفريغ لكل حزمة عبر مراحل DC/DC منفصلة
- نطاق تشغيل واسع لجهد البطارية
- لا توجد تيارات متداولة بين العبوات
- إدارة عمليات أسهل
السلبيات:
- خسائر أعلى للنظام
- انخفاض الكفاءة الإجمالية
- أكثر تعقيدًا مع العديد من محولات DC/DC
- يتطلب تنسيقًا وثيقًا بين محولين
- تحكم أكثر صعوبة وموثوقية أقل
بالنسبة لخلايا البطارية في التكوينات المتسلسلة أو المتوازية، يكون العاكس أحادي المرحلة أكثر ملاءمة. بالنسبة لمجموعات البطاريات المتوازية المتسلسلة، غالبًا ما يتم استخدام التصميم ثنائي المرحلة حيث تتصل كل مجموعة بطاريات متصلة بالسلسلة بمحول DC/DC ثنائي الاتجاه، والذي يتصل بعد ذلك بوصلة DC لعاكس DC/AC المركزي الذي يتفاعل مع الشبكة.
مستويات جهد PCS: مستويان مقابل ثلاثة مستويات
نظام تحويل الطاقة – يمكن أيضًا تقسيم هياكل PCS حسب مستويات الجهد إلى هياكل دوائر ثنائية المستوى ومتعددة المستويات (عادةً ثلاثة مستويات).
الدوائر ذات المستويين هي هيكل الجسر الكلاسيكي ثلاثي المراحل. من ناحية أخرى، تُستخدم الدوائر ثلاثية المستويات على نطاق واسع في تطبيقات الجهد العالي. من خلال إضافة جهد نقطي محايد 0، فإنها تزيد من استخدام الجهد، وتقلل التوافقيات، وتحسن جودة الجهد، وتقلل حجم المرشح، وتخفض تردد التبديل، وبالتالي تعزز كفاءة النظام.
1. دوائر ذات مستويين
في هيكل PCS ذي المستويين، ينتقل شكل موجة الجهد الناتج لعاكس DC/AC بين مستويين مختلفين لتحقيق تحويل الطاقة والتحكم فيها.
الميزات:
- تصميم مبسط مع مفاتيح كهربائية (IGBTs)
- كفاءة عالية في تطبيقات الجهد المنخفض والمتوسط
- تستخدم على نطاق واسع بسبب الهيكل البسيط والتكلفة المنخفضة
المبدأ:
عند تشغيل المفتاح، يصل جهد الخرج إلى مستوى عالٍ (+ Ud). عند إيقاف تشغيل المفتاح، ينخفض الإخراج إلى مستوى منخفض (-Ud أو 0V). من خلال ضبط تردد التبديل ودورة العمل، يمكن التحكم في جهد الخرج والتيار.
الإيجابيات:
- هيكل بسيط وسهل التنفيذ والتحكم
- منخفضة التكلفة ومناسبة للإنتاج بالجملة
- كفاءة عالية وموثوقية في الجهد المنخفض/المتوسط
السلبيات:
- جودة شكل موجة الإخراج ضعيفة نسبيًا، التوافقيات العالية
- يتطلب تردد تحويل عالي لتحسين شكل الموجة
- تحتاج تطبيقات الجهد العالي إلى سلسلة الأجهزة/التوصيلات المتوازية
يتم عرض هيكل الدائرة الكلاسيكي ثنائي المستوى للجسر ثلاثي الطور في الشكل. يستخدم مقوم PWM هذا بالفعل على نطاق واسع في الصناعة. من خلال التحكم في توصيل وقطع أجهزة طاقة IGBT، يكون لجهد طور التيار المتردد مستويين من +Ud و -Ud. ومع ذلك، فإن جودة الشكل الموجي لجهد الطور ثنائي الحالة هذا ليست جيدة. يجب زيادة تردد التبديل لتحسين شكل موجة الجهد، ولكن هذا يؤدي إلى زيادة خسائر التبديل ويقلل من الكفاءة الكلية للعاكس.
2. دوائر ثلاثية المستويات
في التطبيقات ذات الجهد العالي، تعد الهياكل متعددة المستويات، وخاصة الدوائر ثلاثية المستويات، أكثر شيوعًا بسبب بساطتها وعمليتها مقارنة بالدوائر ذات المستويين. تحتوي الدوائر ثلاثية المستويات على جهد إضافي للنقطة المحايدة 0.
الميزات:
- إخراج متعدد المستويات بمستويات إيجابية وصفر وسلبية
- شكل موجة إخراج محسّن أقرب إلى التوافقيات الجيبية الأقل
- كفاءة أعلى في تطبيقات الجهد العالي والطاقة العالية
- انخفاض EMI مع تردد تحويل منخفض، وتحسين EMC
المبدأ:
ينقسم جهد التيار المستمر إلى ثلاثة مستويات. من خلال تعديل PWM، يتم تحقيق جهد خرج قابل للتعديل باستمرار. ومع تغير حالات المفاتيح، يمر الخرج عبر مستويات الجهد الثلاثة للتحكم الدقيق.
المكونات:
- الطاقة الرئيسية: مرحل DC HV، دائرة الشحن المسبق، فتيل DC، مكثف الناقل، وحدات طاقة IGBT، مرشح LC، فتيل التيار المتردد، قاطع التيار المتردد، إلخ.
- كشف الإشارة: استشعار الجهد/التيار عالي الدقة، معالجة الإشارات، كشف الأعطال
- التحكم: معالج عالي الأداء لأخذ العينات والحساب والتحكم والحكم على الأخطاء والحماية والتواصل
- برنامج التشغيل: برنامج تشغيل IGBT للتبديل الأمثل واكتشاف التيار الزائد/درجة الحرارة
- المراقبة: شاشة LCD تعمل باللمس HMI، واجهات اتصال
- مصدر طاقة إضافي لنظام التحكم
الإيجابيات:
- تشويه متناسق منخفض، جودة عالية لشكل الموجة
- انخفاض EMI مع تردد تحويل أقل
- انخفاض ضغط الجهد على المفاتيح، وعمر أطول، وموثوقية أعلى
- مناسب لتطبيقات الطاقة العالية مع التحكم في الخسارة والاستقرار بشكل أفضل
السلبيات:
- تحكم أكثر تعقيدًا يتطلب دقة أعلى وقوة حوسبة
- ارتفاع تكاليف الأجهزة بسبب المزيد من المحولات والدوائر
- كفاءة أقل قليلاً من المستويين في بعض الظروف، خاصة الأحمال الخفيفة
بأخذ طوبولوجيا NPC ثلاثية المستويات المثبتة بالديود كمثال (الشكل أدناه)، يتم تشكيل مكثف DC-Link بواسطة C1 و C2. يحتوي كل جسر على 4 IGBTs و 4 صمامات ثنائية ذات عجلات حرة وثنائيات تثبيت. تضمن صمامات التثبيت الثنائية أن يتحمل جهازي IGBTs نفس الجهد. تتصل نقطة منتصف المكثف بالنقطة الوسطى لثنائيات التثبيت في كل مرحلة، مما يسمح لجهد النقطة الوسطى للمكثف بإخراج مستوى صفر. يتيح ذلك لكل جهد طور أن يكون له ثلاثة مستويات: +Ud/2 و -Ud/2 و 0.
المستقبل مشرق
مع استمرار الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية في نموها السريع، سيلعب التخزين الكهروضوئي وتكامل الشحن دورًا حيويًا متزايدًا في مستقبلنا المستدام. وسيكون تشغيل أنظمة الطاقة الذكية المتكاملة هذه هو البطل المجهول – نظام تحويل الطاقة.
من خلال فهم خصوصيات وعموميات هياكل ومستويات أجهزة الكمبيوتر، يمكننا تصميم ونشر حلول التخزين والشحن الكهروضوئية التي تكون أكثر كفاءة وموثوقية وفعالية من حيث التكلفة من أي وقت مضى. من المنازل إلى الشركات إلى الشبكة بشكل عام، يبدو مستقبل الطاقة مشرقًا بالفعل.
حاوية تخزين البطارية من Litharv هي حل شامل لتخزين الطاقة مصمم للتطبيقات التجارية والصناعية واسعة النطاق. باستخدام بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) عالية الجودة، توفر الحاوية الخاصة بنا طريقة آمنة وموثوقة وفعالة لتخزين وإدارة الطاقة المتجددة، وتحسين استخدام الطاقة، وتعزيز استقرار الشبكة.
تشمل الميزات الرئيسية لحاوية تخزين البطارية الخاصة بنا ما يلي:
- تصميم معياري وقابل للتطوير لتلبية متطلبات السعة المختلفة
- نظام إدارة البطارية المتقدم (BMS) للحصول على الأداء الأمثل والسلامة
- إدارة حرارية متكاملة للتشغيل المستقر في بيئات متنوعة
- التوافق مع مصادر الطاقة المتعددة بما في ذلك الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والشبكة
- المراقبة والتحكم عن بعد عبر البرامج المستندة إلى السحابة
- تكوينات قابلة للتخصيص لتناسب احتياجات المشروع المحددة
- متوافق مع معايير السلامة والأداء الدولية
- تخصيص نظام تحويل الطاقة PCS
مع عمر يزيد عن 6000 دورة وضمان لمدة 5 سنوات، توفر حاوية تخزين البطارية من Litharv قيمة طويلة الأمد وراحة البال. يقدم فريقنا ذو الخبرة دعمًا شاملاً من تصميم النظام والتكامل إلى خدمة ما بعد البيع والصيانة.
سواء كنت بحاجة إلى تخزين الطاقة المتجددة، أو إدارة أحمال الذروة، أو توفير طاقة احتياطية، أو المشاركة في تجارة الطاقة، فإن حاوية تخزين البطارية من Litharv هي الحل المثالي لك. اتصل بنا اليوم لمعرفة كيف يمكننا مساعدتك في إطلاق العنان للإمكانات الكاملة لتخزين الطاقة لشركتك.
الأسئلة الشائعة
ما هو نظام تحويل الطاقة (PCS)؟
يعد نظام تحويل الطاقة، أو PCS، مكونًا مهمًا في أنظمة تخزين وشحن الطاقة الكهروضوئية. يعمل كجسر بين نظام البطارية والشبكة أو الحمل، مما يتيح التحويل ثنائي الاتجاه للطاقة الكهربائية بين التيار المستمر والتيار المتردد.
كيف يعمل جهاز PCS؟
يتكون PCS من عاكس DC/AC ثنائي الاتجاه ووحدة تحكم. عندما يتم تفريغ البطارية، يقوم جهاز الكمبيوتر بتحويل التيار المستمر للبطارية إلى تيار متردد متوافق مع الشبكة. عند الشحن، تقوم بتحويل تيار متردد الشبكة إلى تيار مستمر لتخزينه في البطارية. تقوم وحدة التحكم بإدارة العاكس بناءً على أوامر الطاقة لتنظيم تدفق طاقة الشبكة.
ما هي هياكل PCS الرئيسية؟
إن طبقتي PCS الرئيسيتين هما المرحلة الواحدة والمرحلة المزدوجة. تحتوي المرحلة الواحدة على عاكس DC/AC فقط، بينما تحتوي المرحلة المزدوجة على محول DC/DC ومحول DC/AC. تعتبر المرحلة الواحدة أبسط وأكثر كفاءة، بينما توفر المرحلة المزدوجة مزيدًا من المرونة ونطاق جهد البطارية.
ما الفرق بين دوائر PCS ذات المستويين والثلاثة مستويات؟
تقوم دوائر PCS ذات المستويين بتبديل جهد الخرج بين مستويين، بينما تحتوي الدوائر ثلاثية المستويات على نقطة محايدة إضافية تسمح بثلاثة مستويات لجهد الخرج. توفر الدوائر ثلاثية المستويات جودة محسنة لشكل موجة الإخراج، وتوافقيات أقل، وكفاءة أعلى في تطبيقات الجهد العالي، وتقليل EMI، ولكن مع زيادة تعقيد التحكم والتكلفة مقارنة بالدوائر ذات المستويين.
ما هي فوائد تخزين الطاقة الكهروضوئية وتكامل الشحن؟
يوفر دمج تخزين الطاقة الكهروضوئية وشحن المركبات الكهربائية العديد من الفوائد، بما في ذلك زيادة كفاءة الطاقة، وأحمال الشبكة المتوازنة، والاستجابة السريعة لمتطلبات الطاقة المفاجئة، وخفض التكاليف، وتحسين الاستدامة. تعد تقنية PCS أساسية لتمكين أنظمة الطاقة المتكاملة الذكية هذه.