Johdanto
Sähköistyminen ei ole tulossa. Se on jo täällä. Aurinkokattojen aurinkokennot ovat standardi Kalifornian uusissa rakennuksissa. Varastoissa eri puolilla Keskilänttä pinotaan hiljaa litiumpakkauksia laivatelakoiden viereen. Kaakkoisosassa sairaalat tekevät kysyntäjoustosopimuksia, jotka on sidottu 1 MWh:n energiavarastoon.
Tämän nopean kasvun alla vanha keskustelu on nousemassa uudelleen esiin: AC vs. DC-kytkentä akkujen energian varastointijärjestelmät (BESS).
Olen nähnyt tämän kehityksen omakohtaisesti. Yli 25 vuoden ajan olen nähnyt alan kompastelevan ja aaltoilevan - joskus epätasaisesti - vaihtovirran yksinkertaisuuden ja tasavirran puhtauden välillä. Olen nähnyt molempien lähestymistapojen menestyvän ja kompastelevan aina kömpelöistä televiestinnän varajärjestelmistä nykyisiin hienostuneisiin monen MW:n hybrideihin. Viime aikoina minua on kuitenkin vaivannut vaikeampi kysymys:
Esitämmekö edes oikeaa kysymystä?
Parhaat näkemäni BESS-asetelmat eivät nimittäin ota puolta. Ne mukautuvat. Ne sulautuvat. Ne ovat fiksumpia kuin kaistan valitseminen.
Puretaanpa tätä asiaa raa'alla rehellisyydellä - ja ehkäpä mietitään koko keskustelua uudelleen.
Kamada Power 215kWh 200kWh BESS-akku Kaupallinen varastointiakkuVaihtovirtakytkentä vs. tasavirtakytkentä: Mikä on ydinero?
Mitä "kytkentä" todella tarkoittaa BESS-järjestelmässä?
"Kytkentä" on vain hieno tapa kysyä: mihin liitämme akun suhteessa muuhun energiajärjestelmään?
Eräässä AC-kytkentä järjestelmässä akulla ja aurinkopaneeleilla on kullakin oma invertteri. Sähkövirta kulkee näin: PV (DC) → PV-invertteri → AC ja Akku (DC) → akkuvirtamuuntaja → vaihtovirta (AC).
A DC-kytkentä asetukset, aurinko ja akku käyttävät samaa invertteriä. Virtaus on virtaviivaisempaa: PV (DC) → Lataussäädin → Akku (DC) → Invertteri → AC.
Ajattele putkistoja: AC-kytkentä on kuin kaksi putkea, jotka johtavat yhteen viemäriin ja joissa kummassakin on oma venttiili. Tasavirtakytkentä on yksi putki, jossa on yhteinen venttiili - teoriassa yksinkertaisempi, mutta hankala, jos sitä ei ole mitoitettu oikein.
Tyypillinen AC-kytkentäinen BESS-asetelma
Olet nähnyt tämän ennenkin: Tesla Powerwall lisätään olemassa olevaan aurinkosähköjärjestelmään. Se on klassinen vaihtovirtakytkentä. PV-invertteri (esimerkiksi Enphase tai SolarEdge) on jo paikallaan, ja Powerwall vain kytketään kodin vaihtovirtapiiriin.
Kaupallisesti olen kerran jälkiasentanut 200 kWh:n järjestelmän koulun liikuntasaliin käyttäen vaihtovirtakytkentäisiä inverttereitä, koska heidän vuoden 2016 aurinkosähköjärjestelmänsä oli lukittu sähkönhankintasopimuslausekkeella. Olemassa olevaan järjestelmään ei koskettu. Se ei ollut kaunista, mutta se toimi.
Tyypillinen tasavirtakytkentäinen BESS-asetus
Kuvittele nyt uusi hanke: logistiikkakeskus Arizonassa. Kaikki on uutta. Suunnittelet jaetun DC-arkkitehtuurin - aurinkoenergia syöttää akkua keskitetyn MPPT-lataussäätimen kautta. Yksi massiivinen invertteri huolehtii viennistä verkkoon. Siistimpi johdotus. Pienemmät kustannukset wattia kohden. Tiiviimpi integrointi.
Ei ole yllätys, että aurinkoenergia+varastointi-Etenkin läntisissä Yhdysvalloissa ja Euroopassa-, on riippuvainen DC:stä. Kun aurinkosähkökenttä ulottuu hehtaarin laajuiseksi, tehokkuudella on todella merkitystä.
Miksi tämä ero on tärkeämpi vuonna 2025?
Sääntelyyn liittyvien kurvipallojen ansiosta, kuten UL 1741 SB ja päivitetty IEEE 1547, verkkoon kytkettyjen järjestelmien suunnittelu kehittyy nopeasti. Invertterien on nyt oltava älykkäämpiä - niiden on selviydyttävä vioista, kommunikoitava verkon kanssa ja osallistuttava taajuuden säätöön.
Ja sitten on vielä Virtuaalinen voimalaitos (VPP) aalto. Vaihtovirtaan kytketyillä akuilla, joissa on erilliset vaihtosuuntaajat, saattaa olla vaikeuksia täyttää VPP:n telemetria- ja ohjausstandardit verrattuna tiukemmin integroituihin tasavirtajärjestelmiin.
Edestakaisen matkan tehokkuus - voittaako DC aina?
Oppikirjat sanovat kyllä. Vähemmän konversioita, vähemmän tappioita. Kokemukseni mukaan? Kun aurinko paistaa korkealla ja pyöräilet päivittäin, DC tarjoaa yleensä paremman hyötysuhteen edestakaisen matkan aikana.
Mutta sitten oli se pieni ruokakauppaketju Oregonissa. Paljon varjoa, outoja kuormitushuippuja (jääpalakoneet + leipomouunit = kaaos!). Heidän tasavirtajärjestelmänsä toimi huonosti, kunnes konfiguroimme sen uudelleen kuormitusperusteista jakelua varten. Vaihtovirtakytkentä olisi aluksi saattanut olla anteeksiantavampi.
Kustannusvaikutukset - CapEx ja OpEx vertailussa
AC-kytkentä tarkoittaa usein kahden invertterin hankkimista - yhden aurinkosähköä ja yhden akkua varten. Se on ylimääräinen investointikustannus. Mutta tasavirta ei myöskään ole ilmaista. Saatat tarvita kalliimpaa hybridi-invertteriä, mukautettua integrointia ja tiukkoja suunnitteluvaatimuksia.
| Mittakaava | AC-kytkennän kustannukset | DC-kytkennän kustannukset |
|---|
| Pieni (10-50 kWh) | Korkeampi | Alempi (jos viheralue) |
| Keskikokoinen (50-500 kWh) | Vertailukelpoinen | DC:n lievä särmäys |
| Suuri (>1MWh) | Korkeampi | Alempi (per kWh) |
Rehellisesti sanottuna tasavirta on pitkällä aikavälillä kustannusetumpi - mutta lähinnä silloin, kun se suunnitellaan tyhjästä. Jälkiasennus? Ei niinkään.
Luotettavuus ja ylläpito
Luulin ennen, että hybridi-invertterit olivat pyhä Graalin malja - yksi laatikko, vähemmän vikapaikkoja. Sitten näin, kun kaksi niistä hajosi kuuden kuukauden sisällä - molemmat johtuivat lämpöväsymyksestä varastossa, jossa oli laiminlyöty LVI-yksikkö.
Toisaalta vaihtovirtajärjestelmät, joissa on erilliset vaihtosuuntaajat, ovat helpommin vianmääritysvalmiita. Jos PV-invertteri vikaantuu, akku voi jatkaa toimintaansa. Modulaarinen vika voittaa täydellisen sammumisen.
Varavoima ja häiriönsietokyky
Tässä kohtaa tunteet pääsevät valloilleen. Työskentelin Irma-hurrikaanin jälkeen Floridassa sijaitsevan sairaalan kanssa. Heidän vaihtovirtaan kytketyt virtaseinänsä vain toimi-plug-and-play kattojensa aurinkoenergian kanssa.
Kylmävarastossa DC-kytkentä säästi kuitenkin kymmeniä tuhansia euroja kolmen päivän sähkökatkoksen aikana. Saumaton siirto, ei invertterien sekaannusta, akut asettivat kompressorit etusijalle. Tuollainen tarkkuus? Vain tasavirtakytkentä pystyi siihen.
Mikä kytkentä voittaa missä?
Paras asuinrakennusten jälkiasennuksiin
AC. Ei kilpailua. Varsinkin, kun on olemassa aurinkoenergiaa. Asennus on puhtaampi. Asunnonomistajat haluavat tuloksia, eivät päänvaivaa.
Suoraan sanottuna Powerwallin massahyväksyntä perustuu vaihtovirran yksinkertaisuuteen, ei huipputehokkuuteen. Helppous voittaa kotona.
Paras uusiin kaupallisiin aurinkoenergian + varastoinnin rakennuksiin
DC. Tämä on sen paras paikka. Puhdas tekniikka. Vähemmän muunnoksia. Helpompi integrointi energianhallintajärjestelmiin (EMS).
Otimme käyttöön 500 kWh:n DC-kytkentäisen järjestelmän logistiikkakeskukseen, jossa on huippusäästö ja kysyntäjousto. Ensimmäisen vuoden säästöt: \$92K. Kokeile tätä vaihtovirtakytkennällä.
Ei kumpaakaan. Tai molempia. Hybridijärjestelmät ovat hallitsevia.
Fluence ja Wärtsilä eivät valitse puolta, vaan suunnittelevat arkkitehtuurit, joissa tasavirtaan kytkettyjä aurinkosähköä ja vaihtovirtaan kytkettyjä akkuja yhdistetään yhteenliitäntöjen, kuormitusprofiilien ja verkkopalvelujen perusteella.
Kysyin Fluence-projektin johtajalta, miksi molemmat? Hänen vastauksensa: "Koska verkko ei ole kaksitahoinen. Miksi meidän pitäisi olla?"
AC vs DC ei ole väliä 10 vuoden kuluttua
Tulevaisuus kuuluu abstraktiokerroksiin.
Hybridivaihtosuuntaajat kehittyvät nopeasti. Sulautettu tekoäly muuttaa kytkentäpäätöksiä lennossa.
Vuoteen 2035 mennessä emme enää kysele johdoista. Kysytään algoritmeista.
Yleiset myytit kumottu
AC-kytkentä on aina helpompaa
Aluksi se tuntuu helpommalta. Kahden invertterityypin hallinta, laiteohjelmistopäivitykset ja epäsuhtaisuuden valvonta voivat kuitenkin muuttua nopeasti sotkuisiksi. Olen puhdistanut vaihtovirtakytkentäisiä järjestelmiä, joissa aurinkoenergian valvonta ei toiminut, mutta akun lokit jatkoivat toimintaansa, mikä hämmensi sekä sähkölaitosta että omistajaa.
DC-kytkentä on aina tehokkaampi
Vain silloin, kun aurinko tekee yhteistyötä. Kun tuotanto on vähäistä tai sää vaihtelee, tasavirtajärjestelmissä jaetusta vaihtosuuntaajasta voi tulla pullonkaula.
Sinun on valittava yksi
Miksi? Hybriditopologiat ovat todellisia - ja kasvavia. Älykkäimmissä mikroverkoissa arkkitehtuurit sekoittuvat: Tasavirta aurinkosähköä ja akkuja varten, vaihtovirta generaattoreita ja vanhoja kuormia varten. Joustavuus on voimaa.
Miten valita oikea kytkentästrategia projektillesi?
5 keskeistä kysymystä ennen valintaa
- Oletko lisäämässä tallennustilaa olemassa olevaan järjestelmään?
- Kuinka tärkeää varavoima on verrattuna verkkopalveluihin?
- Mitä lainsäädännöllisiä rajoituksia sovelletaan?
- Optimoitko ROI:n, joustavuuden vai hallinnan kannalta?
- Kuka asentaa ja ylläpitää järjestelmän?
Päätösmatriisi: AC vs. DC yleisissä hanketyypeissä
| Hakemus | Paras kytkentä | Miksi |
|---|
| Asuntojen jälkiasennus | AC | Helpompi integrointi |
| Uusi kaupallinen järjestelmä | DC | Korkeampi hyötysuhde, puhtaampi muotoilu |
| Hybridi hyötysuhteen mittakaavassa | Hybridi | Räätälöity suunnittelu |
| Mikroverkon saarekkeistaminen | DC | Parempi pimennyksen hallinta |
Päätelmä
Älkää antako kytkennän olla kukkulanne, jolla kuolette. Fiksuin BESS-ratkaisut eivät ole malleja - ne on räätälöity. Sähköistymisen aikakaudella vivahteet voittavat.
Tarvitsetko apua AC/DC-paradoksin selvittämisessä? Lähetä minulle projektisi tiedot - elän tämän asian puolesta.