फोटोवोल्टिक ग्रिड में ऊर्जा भंडारण बैटरी उपकरण जोड़ते समय चार डिजाइन विचार

जबकि फोटोवोल्टिक (पीवी) सुविधाओं की संख्या में वृद्धि जारी है, सौर ग्रिड की आपूर्ति और मांग पक्षों के बीच असंतुलन एक प्रमुख बाधा बन गया है। दिन के समय पर्याप्त मात्रा में सौर ऊर्जा उपलब्ध है, लेकिन मांग बहुत अधिक नहीं है। इसका मतलब है कि ग्राहक पीक यूसेज आवर्स के दौरान सुबह और शाम को प्रति वाट अधिक कीमत चुकाएंगे।

आवासीय, वाणिज्यिक और सार्वजनिक उपयोगिताओं में सौर उपकरणों के लिए ऊर्जा भंडारण प्रणाली (ईएसएस) इनवर्टर का उपयोग बिजली या ग्रिड को उस दिन के दौरान स्टोर करने के लिए करती है जब मांग सबसे कम होती है और जब मांग बहुत अधिक होती है, तब उत्पन्न ऊर्जा को जारी करती है। ग्रिड से जुड़े सोलर सिस्टम में ईएसएस को जोड़ने से उपयोगकर्ता "पीक शेविंग" नामक तकनीक के उपयोग पर पैसे बचा सकते हैं।

  द्विदिश शक्ति रूपांतरण

पारंपरिक पीवी उपकरण में यूनिडायरेक्शनल डीसी/एसी और डीसी/डीसी पावर चरण होते हैं, लेकिन यूनिडायरेक्शनल रूपांतरण विधि ईएसएस के समावेश के लिए एक बड़ी बाधा है। अधिक घटकों, मॉड्यूल और उपप्रणाली की आवश्यकता होती है, जिनमें से सभी मौजूदा सौर स्थापना में ईएसएस जोड़ने की लागत में काफी वृद्धि करते हैं।

मौजूदा पीवी डिवाइस में बैटरी जोड़ने के लिए, बैटरी चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दो रास्तों को पावर फैक्टर करेक्शन (पीएफसी) और इन्वर्टर पावर लेवल वाले एक ही रास्ते में जोड़ा जाना चाहिए। . लेकिन आप दो यूनिडायरेक्शनल पावर कन्वर्टर्स के बजाय एक बिडरेक्शनल पावर कन्वर्टर कैसे बनाते हैं?

 हाइब्रिड इनवर्टर प्रभावी रूप से रूपांतरण चरण की दक्षता में सुधार कर सकते हैं, लेकिन ईएसएस से लैस माइक्रोग्रिड्स के लिए यह दक्षता सुधार अधिक महत्वपूर्ण है जो कई बिजली रूपांतरण करते हैं। पावर कन्वर्टर सिस्टम बैटरी को चार्ज और डिस्चार्ज करने के लिए DC/DC रूपांतरण का प्रबंधन करता है। यह डीसी/एसी और एसी/डीसी रूपांतरण का प्रबंधन भी करता है, जो ग्रिड से प्रवाह और बहिर्वाह दोनों के लिए बैटरी में संग्रहीत प्रत्यक्ष वर्तमान को वैकल्पिक चालू में परिवर्तित करता है।

  उच्च वोल्टेज बैटरी

स्टोरेज बैटरी के साथ एक माइक्रोग्रिड सिस्टम में, बैटरी का मुख्य कार्य फोटोवोल्टिक ऊर्जा को स्टोर करना और मांग पर ग्रिड को बिजली की आपूर्ति करना है। लिथियम-आयन बैटरी में लेड-एसिड बैटरी की तुलना में प्रति यूनिट काफी अधिक भंडारण क्षमता होती है।

जबकि 400V बैटरी इलेक्ट्रिक वाहनों (EVs) में लोकप्रियता प्राप्त कर रही हैं, सौर ग्रिड डिवाइस भी 48V से बैटरी वोल्टेज बढ़ा रहे हैं। लेकिन आप 400V बैटरी पैक के बिजली रूपांतरण का प्रबंधन कैसे करते हैं?

सिस्टम नियंत्रण और संचार क्षमताओं वाले माइक्रो कंप्यूटर के अलावा, जो ईएसएस को बड़े सिस्टम में शामिल करते हैं, कम नुकसान और कुशल पावर स्विच भी ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की सुरक्षा और विश्वसनीयता में सुधार करते हैं। सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और गैलियम नाइट्राइड (GaN) सामग्री पर आधारित कॉम्पैक्ट पावर स्विच और रीयल-टाइम माइक्रो कंप्यूटर डीसी ऊर्जा भंडारण इकाइयों की एक किस्म को समायोजित करने के लिए दो-तरफ़ा कन्वर्टर्स के संशोधन की अनुमति देते हैं।

  डुअल एक्टिव ब्रिज डीसी/डीसी कन्वर्टर डिजाइन

SiC और GaN जैसे वाइड-बैंड गैप सेमीकंडक्टर्स बिजली रूपांतरण प्रणालियों को हल करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं जो बढ़ती बैटरी वोल्टेज रेंज को संभाल सकते हैं क्योंकि कन्वर्टर्स बिजली घनत्व बढ़ाते हैं और स्विचिंग नुकसान कम करते हैं। . बिजली रूपांतरण प्रणाली बैटरी पैक को वितरित उत्पादन प्रणाली में बिजली के उतार-चढ़ाव को बेहतर ढंग से प्रबंधित करने की अनुमति देती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च और व्यापक वोल्टेज पर स्मार्ट और लचीला ग्रिड संचालन होता है।

आखिरकार, सौर उपकरण इलेक्ट्रिक कारों में इस्तेमाल होने वाले बैटरी पैक की नकल कर सकते हैं। वर्तमान में इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग किए जाने वाले बैटरी पैक को ग्रिड से जुड़े ईएसएस के रूप में पुनर्चक्रित करने का विचार आम होता जा रहा है।

  दक्षता और प्राकृतिक संवहन के लिए आवश्यक वाइड बैंडगैप सामग्री

एक बुद्धिमान दीवार-माउंटेड स्टोरेज सिस्टम बनाने के लिए, एक इन्वर्टर डिजाइन करना आवश्यक है जो कम से कम प्राकृतिक संवहन शीतलन का उपयोग करके गर्मी अपव्यय को अनुकूलित करता है। वितरित पावर आर्किटेक्चर पूरे सिस्टम में गर्मी को केंद्रीय रूप से वितरित करने की अनुमति देता है। यह आर्किटेक्चर सुनिश्चित करता है कि आवश्यक ऊर्जा भंडारण इन्वर्टर विभिन्न वोल्टेज पर उच्च वर्तमान स्तर को संभाल सकते हैं और तेजी से बदलते लोड ट्रांज़िएंट पर मज़बूती से प्रतिक्रिया कर सकते हैं।

ऐसी प्रणालियों के लिए गेट ड्राइवरों की आवश्यकता होती है जो हाई-स्पीड स्विचिंग का समर्थन करते हैं और 100kHz से 400kHz की स्विचिंग आवृत्तियों पर सुरक्षा प्रदान करते हैं। यदि स्विचिंग गति पर्याप्त तेज नहीं है, तो आप पाएंगे कि बिजली रूपांतरण चरण काफी अक्षम है।

यह वह जगह है जहां तेजी से स्विचिंग और उच्च शक्ति घनत्व, जैसे SiC और GaN, के साथ वाइडबैंड गैप सामग्री आती है। ये अर्धचालक उपकरण उन प्रणालियों के डिजाइन की सुविधा प्रदान करते हैं जिन्हें पंखे को ठंडा करने की आवश्यकता नहीं होती है। LMG3425R030 GaN डिवाइस बिल्ट-इन ड्राइवर और सुरक्षा सुविधाओं के साथ कॉम्पैक्ट प्रोफाइल, हाई पावर डेंसिटी और फास्ट स्विचिंग की सुविधा देता है।

गेट ड्राइवर नियंत्रक के डिजिटल PWM सिग्नल को SiC या GaN फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FET) द्वारा आवश्यक करंट में परिवर्तित करता है। PWM आधारित नियंत्रक कई बिजली रूपांतरण चरणों में वोल्टेज और करंट के सटीक नमूने की अनुमति देता है।

  करंट और वोल्टेज डिटेक्शन

उच्च आवृत्ति स्विचिंग बिजली आपूर्ति के डिजाइन को सटीक वर्तमान और वोल्टेज सेंसिंग की चुनौती का सामना करना पड़ता है। शंट के साथ वर्तमान माप न केवल सटीकता में सुधार करते हैं बल्कि प्रतिक्रिया समय को भी तेज करते हैं, जिससे आप ग्रिड में किसी भी बदलाव पर तुरंत प्रतिक्रिया कर सकते हैं, ताकि ग्रिड शॉर्ट-सर्किट या डिस्कनेक्ट होने पर आप सिस्टम कनेक्शन बंद कर सकें। बढ़ा हुआ।

इन्वर्टर-केंद्रित डिज़ाइनों के लिए वर्तमान माप आवश्यक हैं, क्योंकि नियंत्रण एल्गोरिदम को नियंत्रण के लिए इलेक्ट्रोफ्लोमेट्रिक माप की आवश्यकता होती है। एम्पलीफायरों/मॉड्यूलेटर्स और बाहरी शंट से पृथक बिजली आपूर्ति का उपयोग करके पृथक वर्तमान माप के लिए कुछ डिज़ाइन समाधान उपलब्ध हैं।

पावर कन्वर्टर्स को ग्रिड में करंट को मापने की जरूरत है ताकि यह देखा जा सके कि करंट वोल्टेज के साथ फेज में है या नहीं। करंट और वोल्टेज को मापकर, बैटरी के चार्जिंग करंट को नियंत्रित करने के अलावा, इन्वर्टर ऑपरेशन और ओवरलोड प्रोटेक्शन फंक्शन को भी नियंत्रित किया जाता है।

  निष्कर्ष

हाइब्रिड इनवर्टर, जो एसी/डीसी और डीसी/डीसी के बीच द्विदिश बिजली रूपांतरण करते हैं, से आने वाले वर्षों में पारंपरिक सौर इनवर्टर को बदलने की उम्मीद है। सोलर इन्वर्टर डिजाइनर हाइब्रिड इनवर्टर का उपयोग करके एक विस्तृत आउटपुट पावर और वोल्टेज रेंज के साथ बिजली रूपांतरण प्राप्त करने में सक्षम होंगे।

बैटरी वोल्टेज बढ़ाना और वोल्टेज रेंज का विस्तार करना ऊर्जा भंडारण संगत सौर इनवर्टर के लिए महत्वपूर्ण मुद्दे हैं। अंतर्निहित गेट ड्राइवरों और सुरक्षा के साथ माइक्रो कंप्यूटर नियंत्रण और विस्तृत बैंडगैप अर्धचालक जैसे आवश्यक घटकों के साथ, उच्च दक्षता और प्राकृतिक संवहन की आवश्यकता के अतिरिक्त इन उच्च और व्यापक सेल वोल्टेज का समर्थन किया जा सकता है।