Wie arbeiten Energiespeicherbatterien, Wechselrichter und Solarmodule zusammen?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gesamtstruktur des Systems und Prinzipien der Komponentenunterteilung

 

Die drei Kernkomponenten des Gesamtsystems sind: Photovoltaikmodule (Solarmodule),Energiespeicher-Lithiumbatterienund bidirektionale Energiespeicher-Wechselrichter (PCS). Zu den unterstützenden Zubehörteilen gehören: DC-Sammelkästen, Leistungsschalter, Stromzähler, Verteilerschränke, Netzschnittstellen und Haushaltslasten.

 

1. Grundlegende Arbeitsprinzipien jeder Komponente

 

(1) Photovoltaik-Solarmodule (Stromerzeugungseinheiten)

 

Die Module bestehen aus einer großen Anzahl in Reihe/parallel geschalteter Photovoltaikzellen, die auf dem photovoltaischen Effekt basieren: Sonnenlichtphotonen treffen auf Siliziumhalbleiter und regen Elektronen an, um gerichteten Gleichstrom zu erzeugen.

 

● Ausgangseigenschaften: Reiner Gleichstrom; Die Spannung schwankt erheblich je nach Lichtintensität und Temperatur. Hochspannung am Mittag, Niederspannung am frühen Morgen/Abend und an bewölkten Tagen;

 

● Kann nicht direkt an Haushaltsgeräte angeschlossen werden (220-V-Wechselstrom für den Haushalt), kann nicht direkt an Batterien angeschlossen werden (Spannungsfehlanpassung und fehlender Ladeschutz führen zu Ausbeulungen und Schäden);

 

● Mehrere in Reihe geschaltete Platinen erhöhen die Gesamtgleichspannung und parallel geschaltete Platinen erhöhen den Gesamtladestrom.

 

(2) Energiespeicherbatterie (Energiespeichereinheit, Mainstream-Lithiumeisenphosphat)

 

Intern besteht es aus Zellen → Modulen →Akkupacks + BMS (Batteriemanagementsystem):

 

1) Kernfunktionen des BMS: Ausgleich der Zellspannung, Schutz vor Überladung/Überentladung/Überstrom/hoher Temperatur und Echtzeitmeldung des verbleibenden Ladezustands;

 

2) Energieform: kann nur Gleichstrom speichern und ausgeben;

 

3) Laden: Instabiler Photovoltaik-Gleichstrom mit niedriger-Spannung kann nur dann sicher geladen werden, wenn er durch den Wechselrichter stabilisiert wurde.

 

4) Entladen: Gibt einen stabilen Gleichstrom an den Wechselrichter zur Umkehrung und Spannungserhöhung aus.

 

(3) Bidirektionaler Energiespeicher-Wechselrichter PCS (System Control Core)

 

Herkömmliche Photovoltaik-Wechselrichter wandeln nur Gleichstrom in Wechselstrom um; Der Energiespeicher PCS ist ein bidirektionaler Stromrichter mit zwei Schaltkreisen:

 

1) Wechselrichterkanal (DC→AC): Photovoltaik/Batterie-DC → Boost, Filter → Standard-Sinus-Wechselstrom mit 220 V/380 V zur Versorgung von Haushaltsgeräten;

 

2) Gleichrichterkanal (AC→DC): Netz-Wechselstrom → Abwärtsgleichrichtung → stabiler Gleichstrom zum Laden der Batterie (Stromspeicherung außerhalb der Spitzenzeiten);

 

3) Eingebauter-Hauptsteuerchip: Echtzeiterfassung von Photovoltaikleistung, Batterie-SOC, Haushaltslastleistung und Netzspannung; Automatische Leistungszuteilung und Umschaltung der Betriebsarten auf Millisekunden--Ebene.

 

Vergleich grundlegender Parameter und Funktionen der drei Kernkomponenten:

 

Komponenten	Energietyp	Kernfunktionen	Schlüsselparameter	Betriebsbeschränkungen
Solar-Photovoltaik-Module	Gibt nur Gleichstrom aus	Sonnenenergie wird in elektrische Energie umgewandelt; Dies ist die einzige Stromerzeugungsquelle des Systems.	Spitzenleistung, Leerlaufspannung, Kurzschlussstrom, Umwandlungseffizienz	Ohne Licht entsteht kein Strom; Die Ausgangsspannung variiert je nach Licht und Temperatur.
Energiespeicherbatterie	Gleichstrom speichern/ausgeben	Speichern Sie überschüssige elektrische Energie zur Stromversorgung bei Dunkelheit.	Kapazität kWh, Nennspannung, SOC-Lade- und Entladeintervall, Zyklenlebensdauer	Überladen und Tiefentladen sind verboten; Das Laden und Entladen ist nur mit Gleichstrom zulässig.
Bidirektionaler Energiespeicher-Wechselrichter PCS	Bidirektionaler AC/DC-Wandler	Stromverteilung, Spannungsregelung, Lade- und Entladesteuerung, Netzanschlussschutz	AC/DC-Nennleistung, bidirektionaler Umwandlungswirkungsgrad, Inselbildungsschutz, MPPT-Tracking	Der zentrale Knotenpunkt zur koordinierten Steuerung von Photovoltaik, Batterien und dem Stromnetz

 

 

 

 

 

Vollständiger Stromfluss unter 4 Betriebsbedingungen

 

Bedingung 1: Sonniger Tag mit viel Sonnenlicht, Photovoltaik-Stromerzeugung > Stromverbrauch im Haushalt

 

1. Sonnenkollektoren erzeugen schwankenden Gleichstrom → gesammelt im Gleichstrom-Sammelkasten → Gleichstrom-Eingangsanschluss des PCS;

 

2. Erster Schritt des PCS: Wandelt einen Teil des Gleichstroms in Wechselstrom um und priorisiert die Versorgung aller Haushaltsgeräte.

 

3. Der verbleibende überschüssige Gleichstrom wird, nachdem er vom PCS reguliert und strom-begrenzt wurde, zum Laden der Energiespeicherbatterie eingespeist. Das BMS überwacht den Ladestrom und die Ladespannung in Echtzeit;

 

4. Sobald die Batterie vollständig aufgeladen ist (SOC 100 %), trennt das PCS automatisch den Ladekreis und überschüssiger Strom wird zum Verkauf in das nationale Stromnetz zurückgespeist.

 

 

Bedingung 2: Mäßige Sonneneinstrahlung, Photovoltaik-Stromerzeugung entspricht gerade der Haushaltslast

 

Der gesamte Gleichstrom der Photovoltaikanlage wird zur Gerätenutzung in Wechselstrom umgewandelt. Die Batterie bleibt im Leerlauf, wird weder geladen noch entladen, ohne Wechselwirkung mit dem Netz.

 

 

Betriebsbedingung 3: Nacht/bewölkter/regnerischer Tag, keine Solarstromerzeugung

 

1. Solarenergie hat keinen Gleichstromausgang; Das PCS erkennt einen Strommangel.

 

2. Ein Entladebefehl wird an das Batterie-BMS gesendet. Die Batterie gibt eine stabile Gleichstromversorgung an das PCS aus.

 

3. Das PCS führt eine Umkehrung durch und gibt Wechselstrom an die Haushaltslast aus.

 

4. Wenn die Batterieladung auf den unteren Grenzwert (SOC 20 %) sinkt, stoppt das PCS die Batterieentladung und schaltet automatisch auf Netzstrom um.

 

 

Betriebszustand 4: Aus-Spitzenenergiespeicher (niedrige Strompreise in der Nacht) + Notstromversorgung bei Stromausfall

 

1. Nachts, wenn kein Sonnenlicht vorhanden ist, bezieht das PCS Wechselstrom aus dem Netz und wandelt ihn in stabilen Gleichstrom um, um die Batterie aufzuladen.

 

2. Plötzlicher Stromausfall: Das PCS löst den Inselschutz aus und trennt sich vom Netz. Nur der Solarstrom (mit Sonnenlicht) und die Batterie arbeiten unabhängig voneinander, wodurch eine umgekehrte Stromübertragung verhindert wird, die dem Netzwartungspersonal schaden könnte.

 

3. Nachdem das Netz wiederhergestellt ist, synchronisiert sich das System automatisch, verbindet sich wieder mit dem Netz und nimmt den normalen Betrieb wieder auf.

 

 

Logiktabelle der Stromverteilung für vier Betriebsbedingungen:

 

Wichtige ergänzende Kerntechnologien

 

1. Maximum Power Point Tracking (MPPT) (in PCS integriert): Die Photovoltaikspannung schwankt stark. MPPT passt die Impedanz in Echtzeit an und stellt so sicher, dass die Photovoltaikmodule bei vorhandenem Sonnenlicht immer die maximale Leistung abgeben, wodurch die Stromerzeugung um 15–30 % gesteigert wird.

 

2. BMS- und PCS-Kommunikation und -Verknüpfung: Das Batterie-BMS überträgt Spannungs-, Temperatur- und SOC-Daten in Echtzeit an den Wechselrichter. Der Wechselrichter passt die Lade-/Entladeleistung je nach Batteriestatus an, um Zellschäden zu vermeiden.

 

3. Erläuterung des Umwandlungsverlusts: Der Ladeverlust von Photovoltaik-Gleichstrom zu Wechselstrom beträgt etwa 3 %-6 %; Der Ladeverlust zwischen Netz-Wechselstrom und Batterie-Gleichstrom beträgt 4–7 %. Hochwertige PCS in der Branche erreichen einen umfassenden Umwandlungswirkungsgrad von mindestens 96 %.

 

 

Vergleich der Komponenten in netzgebundenen Energiespeichern mit netzunabhängigen Energiespeichersystemen:

 

Vergleichsartikel	Netzgebundenes-Energiespeichersystem (Mainstream für den Heimgebrauch)	Netzunabhängiges Energiespeichersystem (Gebiete ohne Stromnetz)
Wechselrichter	Bidirektionale netz-verbundene PCS mit synchroner Netz-Verbindungsfunktion	Netzunabhängiger Energiespeicher-Wechselrichter, ohne netzgebundenes Modul
Anforderungen an die Batteriekapazität	Es ist etwas klein; Wenn kein Strom vorhanden ist, können Sie auf Wechselstrom umschalten.	Batterien mit großer-Kapazität müssen auf einen-Tagesstromverbrauch abgestimmt sein.
Übermäßige Leistungsverarbeitung	Strom wird in das Stromnetz eingespeist und verkauft.	Die Ausstattung mit einem Entladewiderstand verbraucht überschüssige Leistung.
Stromausfallfähigkeit	Kurzfristige unabhängige Stromversorgung im Inselmodus	Der gesamte Prozess ist für die Selbstversorgung auf Photovoltaik und Batterien angewiesen.
kosten	Mittlere-Stärke, geeignet für städtische Nutzer mit Stromnetzen.	In großer Höhe, geeignet für den Einsatz in abgelegenen Berg- und Weidegebieten

 

 

 

Vereinfachte Zusammenfassung (zum leichteren Verstehen und Auswendiglernen)

 

1. Photovoltaikmodule sind für die „Stromerzeugung“ verantwortlich und erzeugen nur instabilen Gleichstrom (DC).

 

2. Energiespeicherbatterien sind für die „Speicherung von Strom“ verantwortlich, speichern also nur Gleichstrom und lösen so das Problem, dass nachts kein Strom erzeugt wird.

 

3. Der Stromspeicher-Wechselrichter (PCS) ist der „Dispatch-Manager“, der die bidirektionale AC/DC-Umwandlung durchführt und automatisch Strom von Photovoltaikmodulen, Batterien und dem Netz verteilt. Ohne eine dieser Komponenten kann das gesamte System nicht normal und stabil funktionieren.