¿Cómo funcionan juntos las baterías de almacenamiento de energía, los inversores y los paneles solares?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Principios de estructura general del sistema y subdivisión de componentes

 

Los tres componentes principales de todo el sistema son: módulos fotovoltaicos (paneles solares),baterías de litio de almacenamiento de energíae inversores de almacenamiento de energía bidireccionales (PCS). Los accesorios de soporte incluyen: cajas combinadoras de CC, disyuntores, medidores de electricidad, gabinetes de distribución, interfaces de red y cargas domésticas.

 

1. Principios de funcionamiento subyacentes de cada componente

 

(1) Paneles Solares Fotovoltaicos (Unidades de Generación de Energía)

 

Los paneles están compuestos por un gran número de células fotovoltaicas conectadas en serie/paralelo, basándose en el efecto fotovoltaico: los fotones de la luz solar inciden en semiconductores de silicio, excitando electrones para formar corriente continua direccional;

 

● Características de salida: Potencia CC pura; el voltaje fluctúa significativamente con la intensidad de la luz y la temperatura; alta tensión al mediodía, baja tensión temprano en la mañana/tarde y en días nublados;

 

● No se puede conectar directamente a electrodomésticos (alimentación doméstica de 220 V CA), no se puede conectar directamente a baterías (la falta de coincidencia de voltaje y la falta de protección de carga causarán abultamientos y daños);

 

● Varias placas conectadas en serie aumentan el voltaje CC total y las conectadas en paralelo aumentan la corriente de carga total.

 

(2) Batería de almacenamiento de energía (unidad de almacenamiento de energía, fosfato de hierro y litio convencional)

 

Internamente, consta de celdas → módulos →paquetes de baterías + BMS (Sistema de gestión de baterías):

 

1) Funciones principales de BMS: equilibrio del voltaje de la celda, protección contra sobrecarga/sobre{1}}descarga/sobrecorriente/alta temperatura e informes en tiempo real-del SOC restante;

 

2) Forma de energía: solo puede almacenar y generar energía CC;

 

3) Carga: la energía CC fotovoltaica inestable de bajo-voltaje solo se puede cargar de forma segura después de haber sido estabilizada por el inversor;

 

4) Descarga: envía energía CC estable al inversor para inversión y aumento de voltaje.

 

(3) Inversor de almacenamiento de energía bidireccional PCS (núcleo de control del sistema)

 

Los inversores fotovoltaicos normales sólo convierten CC en CA; El acumulador de energía PCS es un convertidor de potencia bidireccional con dos circuitos:

 

1) Canal inversor (CC → CA): CC fotovoltaica/batería → refuerzo, filtro → alimentación de CA sinusoidal estándar de 220 V/380 V para suministrar electrodomésticos;

 

2) Canal rectificador (CA→CC): alimentación de CA de la red → rectificación reductora- → alimentación de CC estable para cargar la batería (almacenamiento de electricidad fuera-de las horas pico);

 

3) Chip-de control principal integrado: adquisición-en tiempo real de energía fotovoltaica, SOC de batería, energía de carga doméstica y voltaje de red; Asignación automática de energía a nivel de milisegundos-y cambio de modos de funcionamiento.

 

Comparación de parámetros y funciones básicos de los tres componentes principales:

 

Componentes	Tipo de energía	Funciones principales	Parámetros clave	Limitaciones operativas
Paneles Solares Fotovoltaicos	Salidas CC únicamente	La energía solar se convierte en energía eléctrica; esta es la única fuente de generación de energía del sistema.	Potencia máxima, voltaje de circuito abierto-, corriente de cortocircuito-, eficiencia de conversión	Sin luz no se genera electricidad; El voltaje de salida varía con la luz y la temperatura.
Batería de almacenamiento de energía	Almacenar/salir energía CC	Almacene el exceso de energía eléctrica para el suministro de energía durante los períodos de oscuridad.	Capacidad kWh, tensión nominal, intervalo de carga y descarga de SOC, ciclo de vida	Están prohibidas las sobrecargas y{0}}descargas excesivas; Sólo se permite la carga y descarga de CC.
Inversor de almacenamiento de energía bidireccional PCS	Convertidor bidireccional CA/CC	Distribución de energía, regulación de voltaje, control de carga y descarga, protección de conexión a red.	Potencia nominal CA/CC, eficiencia de conversión bidireccional, protección en isla, seguimiento MPPT	El centro para el control coordinado de la energía fotovoltaica, las baterías y la red eléctrica

 

 

 

 

 

Flujo de corriente completo en 4 condiciones de funcionamiento

 

Condición 1: Día soleado con abundante luz solar, generación de energía fotovoltaica > Consumo de electricidad en el hogar

 

1. Los paneles solares generan energía CC fluctuante → recolectada en la caja combinadora de CC → terminal de entrada de CC del PCS;

 

2. Primer paso del PCS: convierte una parte de la energía CC en energía CA, priorizando el suministro a todos los electrodomésticos;

 

3. El exceso de energía CC restante, después de ser regulado y limitado-de corriente por el PCS, se ingresa para cargar la batería de almacenamiento de energía. El BMS monitorea la corriente y el voltaje de carga en tiempo real;

 

4. Una vez que la batería está completamente cargada (SOC 100%), el PCS desconecta automáticamente el circuito de carga y el exceso de energía se devuelve a la red nacional para su venta.

 

 

Condición 2: Luz solar moderada, la generación de energía fotovoltaica equivale simplemente a la carga doméstica

 

Toda la energía CC del sistema fotovoltaico se convierte en energía CA para uso en electrodomésticos. La batería permanece inactiva, sin cargarse ni descargarse, sin interacción con la red.

 

 

Condición de funcionamiento 3: Noche/Nublado/Día lluvioso, sin generación de energía solar

 

1. La energía solar no tiene salida de CC; el PCS detecta un corte de energía.

 

2. Se envía un comando de descarga al BMS de la batería; la batería emite energía CC estable al PCS.

 

3. El PCS realiza una inversión, enviando energía CA a la carga doméstica.

 

4. Cuando la carga de la batería cae al límite inferior (SOC 20%), el PCS detiene la descarga de la batería y cambia automáticamente a la alimentación de red.

 

 

Condición de funcionamiento 4: almacenamiento de energía fuera de-horas pico (precios bajos de electricidad durante la noche) + respaldo de corte de energía

 

1. Por la noche, sin luz solar, el PCS extrae energía de CA de la red y la rectifica en energía de CC estable para cargar la batería.

 

2. Corte repentino de energía: El PCS activa la protección de aislamiento, desconectándose de la red. Sólo la energía solar (con luz solar) y la batería funcionan de forma independiente, evitando la transmisión inversa de energía que podría dañar al personal de mantenimiento de la red.

 

3. Una vez restaurada la red, el sistema se sincroniza y se vuelve a conectar automáticamente a la red, reanudando el funcionamiento normal.

 

 

Tabla lógica de distribución de energía para cuatro condiciones de operación:

 

Tecnologías básicas complementarias clave

 

1. Seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) (integrado en PCS): el voltaje fotovoltaico fluctúa mucho. MPPT ajusta la impedancia en tiempo real, asegurando que los paneles fotovoltaicos siempre produzcan la máxima potencia bajo la luz solar actual, aumentando la generación de energía entre un 15% y un 30%.

 

2. Comunicación y enlace BMS y PCS: El BMS de la batería transmite datos de voltaje, temperatura y SOC al inversor en tiempo real. El inversor ajusta la potencia de carga/descarga según el estado de la batería para evitar daños a las celdas.

 

3. Explicación de la pérdida de conversión: La pérdida de carga fotovoltaica de CC a CA es aproximadamente del 3%-6%; La pérdida de carga de CA de la red a CC de la batería es del 4 % al 7 %. Los PCS de alta calidad en la industria logran una eficiencia de conversión integral mayor o igual al 96%.

 

 

Comparación de componentes en sistemas de almacenamiento de energía conectados-a la red y sistemas de almacenamiento de energía fuera-de la red:

 

Artículos de comparación	Sistema de almacenamiento de energía conectado-a la red (convencional para uso doméstico)	Sistema de almacenamiento de energía fuera-de la red (áreas sin red eléctrica)
Inversor	PCS bidireccional-conectado a la red con función de conexión a la red síncrona-	Inversor de almacenamiento de energía fuera-de la red, sin módulo-conectado a la red
Requisitos de capacidad de la batería	Es un poco pequeño; Si no hay energía, puedes cambiar a alimentación de CA.	Las baterías de gran-capacidad deben combinarse con el consumo de energía durante todo-el día.
Procesamiento de exceso de energía	La electricidad se transmite a la red eléctrica y se vende.	Equipar con una resistencia de descarga consume un exceso de energía.
Capacidad de corte de energía	Suministro de energía independiente a corto plazo-en modo isla	Todo el proceso depende de la energía fotovoltaica y las baterías para lograr la autosuficiencia.
costo	Resistencia media-, adecuada para usuarios urbanos con redes eléctricas.	Gran altitud, adecuado para su uso en zonas montañosas y pastorales remotas

 

 

 

Resumen simplificado (para una fácil comprensión y memorización)

 

1. Los paneles fotovoltaicos se encargan de "generar electricidad", produciendo únicamente corriente continua (CC) inestable.

 

2. Las baterías de almacenamiento de energía son responsables de "almacenar electricidad", almacenando sólo CC, solucionando el problema de la falta de generación de energía durante la noche.

 

3. El inversor de almacenamiento de energía (PCS) es el "administrador de despacho", completa la conversión bidireccional CA/CC y distribuye automáticamente la energía desde los paneles fotovoltaicos, las baterías y la red. Todo el sistema no puede funcionar de forma normal y estable sin ninguno de estos componentes.