Uvod
Elektrifikacija ne prihaja. Je že tu. Strešna sončna elektrarna je standard pri novogradnjah v Kaliforniji. V skladiščih na srednjem zahodu se ob transportnih dokih tiho zlagajo litijski paketi. Na jugovzhodu pa bolnišnice sklepajo pogodbe o odzivu na povpraševanje, ki so vezane na skladiščenje energije s kapaciteto 1 MWh.
Pod to hitro rastjo se ponovno odpira stara razprava: AC in DC sklopka v baterijski sistemi za shranjevanje energije (BESS).
Temu razvoju sem bil priča na lastne oči. Več kot 25 let sem opazoval, kako se je industrija spotikala in se vzpenjala - včasih neenakomerno - med preprostostjo izmeničnega in čistostjo enosmernega toka. Od okornih rezervnih sistemov za telekomunikacije do današnjih prefinjenih hibridov z več MW sem opazoval, kako sta oba pristopa uspela in se spotaknila. V zadnjem času pa me muči težje vprašanje:
Ali sploh postavljamo pravo vprašanje?
Ker najboljši sistemi BESS, ki sem jih videl, ne sprejemajo strani. Prilagajajo se. Mešajo se. So pametnejši od izbire voznega pasu.
Razložimo to z brutalno iskrenostjo - in morda premislimo o celotnem pogovoru.
Kamada Power 215kWh 200kWh BESS baterija Komercialna baterija za shranjevanjeVezani na izmenični tok v primerjavi z vezanim na enosmerni tok: V čem je bistvena razlika?
Kaj v resnici pomeni "spajanje" v BESS?
"Povezava" je le lep način, kako se vprašati: kje priključimo baterijo glede na preostali energetski sistem?
V Z izmeničnim tokom sistema imata baterija in sončni kolektorji vsak svoj pretvornik. Električna energija teče takole: PV (DC) → PV pretvornik → AC in . Baterija (enosmerni tok) → Pretvornik baterije → izmenični tok.
V Z enosmernim tokom nastavitev, sončna energija in baterija si delita isti pretvornik. Pretok je bolj poenostavljen: Fotovoltaika (DC) → Krmilnik polnjenja → Baterija (DC) → Inverter → AC.
Pomislite na vodovodno napeljavo: AC spojka je kot dve cevi, ki napajata en odtok, vsaka s svojim ventilom. Pri enosmerni spojki gre za eno samo cev s skupnim ventilom, kar je v teoriji preprostejše, vendar zapleteno, če ni pravilno dimenzionirana.
Tipična nastavitev BESS z izmeničnim tokom
To ste že videli: Tesla Powerwall, ki je dodan obstoječemu solarnemu polju. To je klasična izmenična povezava. Fotovoltaični pretvornik (na primer Enphase ali SolarEdge) je že nameščen, Powerwall pa se samo priključi na hišni tokokrog izmeničnega toka.
V komercialne namene sem nekoč v šolsko telovadnico naknadno vgradil sistem z 200 kWh, ki je uporabljal izmenično vezane pretvornike, ker je bil njihov fotovoltaični sistem iz leta 2016 zaklenjen s klavzulo pogodbe PPA. Obstoječe postavitve se ni bilo mogoče dotakniti. Ni bilo lepo, vendar je delovalo.
Tipična nastavitev BESS z enosmernim tokom
Zdaj pa si predstavljajte projekt "greenfield": logistično vozlišče v Arizoni. Vse je novo. Zasnovali ste arhitekturo s skupnim enosmernim tokom - sončna energija napaja baterijo prek centraliziranega regulatorja polnjenja MPPT. En velik inverter skrbi za izvoz v omrežje. Čistejša napeljava. Nižji stroški na vat. Tesnejša integracija.
Ni presenetljivo, da sončna energija+skladiščenje v uporabniškem obsegu-predvsem v zahodnih ZDA in Evropi-ljubi DC. Ko se vaše polje fotovoltaičnih celic razteza na več hektarjev, je učinkovitost resnično pomembna.
Zakaj je to razlikovanje pomembnejše v letu 2025
Zaradi regulativnih ovir, kot so UL 1741 SB in posodobljeno IEEE 1547, zasnova sistema, priključenega na omrežje, se hitro razvija. Inverterji morajo biti zdaj pametnejši - premagovati napake, komunicirati z omrežjem, sodelovati pri regulaciji frekvence.
In potem je tu še Virtualna elektrarna (VPP) val. Akumulatorji, povezani z izmeničnim tokom, z ločenimi inverterji morda težko izpolnjujejo standarde telemetrije in nadzora VPP v primerjavi s tesneje integriranimi sistemi z enosmernim tokom.
Učinkovitost v obe smeri - ali vedno zmaga DC?
Učbeniki pravijo, da je tako. Manj pretvorb, manj izgub. Po mojih izkušnjah? Ko je sonce visoko in kolesarite vsak dan - DC običajno zagotavlja boljšo učinkovitost v obe smeri.
Potem pa je bila v Oregonu majhna veriga trgovin z živili. Veliko sence, čudne obremenitve ob konicah (stroji za led + peči za peko kruha = kaos!). Njihov sistem enosmernega toka ni bil dovolj učinkovit, dokler nismo ponovno konfigurirali sistema za dispečersko vodenje glede na obremenitev. Povezava z izmeničnim tokom bi bila morda na začetku bolj prizanesljiva.
Stroškovne posledice - primerjava investicijskih in operativnih stroškov
Priključitev na izmenični tok pogosto pomeni nakup dveh inverterjev - enega za fotovoltaiko in enega za baterijo. To so dodatni investicijski stroški. Vendar tudi enosmerni tok ni zastonj. Morda boste potrebovali dražji hibridni inverter, integracijo po meri in stroge projektne specifikacije.
| Lestvica | Stroški AC spojke | Stroški spajanja z enosmernim tokom |
|---|
| Majhni (10-50 kWh) | Višji | Spodnja (če gre za zeleno polje) |
| Srednje (50-500 kWh) | Primerljivo | Rahlo obrobljen rob DC |
| Velika (>1 MWh) | Višji | Nižje (na kWh) |
Resnici na ljubo ima DC dolgoročno stroškovno prednost - vendar predvsem takrat, ko je zasnovan od začetka. Pri naknadnem opremljanju? Ne tako zelo.
Zanesljivost in vzdrževanje
Včasih sem mislil, da so hibridni pretvorniki sveti gral - ena škatla, manj točk okvare. Potem pa sem videl, da sta dva odpovedala v šestih mesecih - oba zaradi toplotne utrujenosti v skladišču z zanemarjeno enoto HVAC.
Po drugi strani pa je pri sistemih izmeničnega toka z ločenimi inverterji lažje odpravljati težave. Če se PV inverter pokvari, lahko baterija deluje naprej. Modularna okvara je boljša od popolnega izklopa.
Rezervno napajanje in odpornost
Tu se začnejo pojavljati čustva. Po hurikanu Irma sem sodeloval z medicinsko kliniko na Floridi. Njihove z izmeničnim tokom povezane stene pravkar delal-priključi in igraj s svojo strešno sončno energijo.
V skladišču za hladno skladiščenje pa so med tridnevnim izpadom električne energije prihranili več deset tisoč evrov. Brezhiben prenos, ni bilo zmede z inverterjem, baterije so dajale prednost kompresorjem. Takšna raven granularnosti? To lahko zagotovi le enosmerni tok.
Katera sklopka je najboljša?
Najboljši za prenovo stanovanjskih stavb
AC. Ni tekmovanja. Zlasti z obstoječo sončno energijo. Namestitev je čistejša. Lastniki stanovanj želijo rezultate, ne pa glavobolov pri preoblikovanju.
Odkrito povedano, Powerwall je za množično uporabo zaslužen zaradi preprostosti izmeničnega toka in ne zaradi največje učinkovitosti. Enostavnost zmaga doma.
Najboljše za nove komercialne sončne elektrarne + skladiščenje
DC. To je njegova sladka točka. Čist inženiring. Manj pretvorb. Lažja integracija s sistemi za upravljanje energije (EMS).
Za logistično vozlišče smo uvedli 500kWh sistem z enosmernim tokom, ki omogoča zmanjševanje konic in odzivanje na povpraševanje. Prihranki v prvem letu: \$92K. Poskusite to s povezovanjem z izmeničnim tokom.
Niti. Ali oboje. Prevladujejo hibridni sistemi.
Družbi Fluence in Wärtsilä ne izbirata strani - na podlagi medsebojnih povezav, profilov obremenitve in omrežnih storitev oblikujeta arhitekture, ki združujejo fotovoltaiko z enosmernim tokom in baterije z izmeničnim tokom.
Vodjo projekta Fluence sem vprašal, zakaj oboje? Odgovoril je: "Ker omrežje ni binarno. Zakaj bi mi morali biti?"
AC proti DC čez 10 let ne bo pomembno
Prihodnost pripada abstraktnim plastem.
Hibridni pretvorniki se hitro razvijajo. Vgrajena umetna inteligenca bo sproti spreminjala odločitve o spajanju.
Do leta 2035 ne bomo več spraševali o žicah. Spraševali se bomo o algoritmih.
Razkriti pogosti miti
AC spojka je vedno lažja
Sprva je lažje. Toda upravljanje dveh vrst pretvornikov, posodobitev vdelane programske opreme in spremljanje neusklajenosti lahko hitro postane zapleteno. Čistil sem sisteme, ki so bili povezani z izmeničnim tokom in pri katerih je spremljanje sončne energije odpovedalo, vendar so se dnevniki akumulatorja še naprej izvajali, kar je zmotilo tako uporabnika kot lastnika.
Povezava z enosmernim tokom je vedno učinkovitejša
Samo če sonce sodeluje. Ob nizki proizvodnji ali spremenljivem vremenu lahko skupni inverter v enosmernih sistemih postane ozko grlo.
Izbrati morate enega
Zakaj? Hibridne topologije so resnične - in vedno bolj razširjene. Najbolj pametni mikroomrežja združujejo arhitekture: enosmerni tok za fotovoltaične baterije, izmenični tok za agregate in starejše obremenitve. Prilagodljivost je moč.
Kako izbrati pravo strategijo spajanja za vaš projekt
5 ključnih vprašanj, ki si jih morate zastaviti pred izbiro
- Ali obstoječemu sistemu dodajate pomnilnik?
- Kako pomembno je rezervno napajanje v primerjavi z omrežnimi storitvami?
- Katere regulativne omejitve veljajo?
- Ali optimizirate donosnost naložbe, odpornost ali nadzor?
- Kdo bo namestil in vzdrževal sistem?
Matrika odločanja: AC proti DC za običajne tipe projektov
| Aplikacija | Najboljša spojka | Zakaj |
|---|
| Nadgradnja stanovanjskih objektov | AC | Lažja integracija |
| Nov komercialni sistem | DC | Večja učinkovitost, čistejša zasnova |
| Hibridni hibridni sistem za uporabnike | Hibridni | Inženiring po meri |
| Mikromrežno otočno napajanje | DC | Boljši nadzor zatemnitve |
Zaključek
Ne dovolite, da bi vam na hribu umrl sklop. Najbolj pametni Rešitve BESS niso predloge - so prilagojene. V dobi elektrifikacije zmagujejo odtenki.
Potrebujete pomoč pri reševanju paradoksa AC/DC? Pošljite mi svoje projektne specifikacije - živim za te stvari.