光電儲能係統簡介

1. 儲能係統的組成

儲能係統 由 ”四源一載” 組成

四源： 即 光伏源，電池源，市電源，發電機源 ，

一載： 即負載

1.1 儲能係統的組成之光伏

光伏源： 即太陽能板（PV），太陽能板等效於電流源特性

透過串聯，並聯組成方陣，是真正意義的新能源

太陽能板的電路模型

太陽能板的特性曲線

U-I曲線： 開路電壓Voc, 短路電流Isc

U-P曲線 存在P值的最值，即存在最大功率點

U-I曲線和U-P曲線

1.2 儲能係統的組成之MPPT

MPPT的概念

Maximum Power Point Track 最大功率點追蹤

由於太陽能板的非線性，需要設備具備自我調整負載匹配光伏源最大輸出功率的功能

常用的MPPT追蹤演算法有： 擾動觀察法 和 增量電導法

BOOST電路/BUCK電路實現MPPT

儲能係統中廣泛使用BUCK 電路 或BOOST接入 PV

透過控制BUCK/BOOST 的輸出電流/電壓 來實現PV 曲線上的功率匹配

1.3 儲能係統的組成之電池

電池源： 即蓄電池，可以是傳統的鉛酸類電池 或 鋰電池，是

整個儲能係統的核心，扮演能量儲存的角色

蓄電池的實體模型

蓄電池具備一定的恆壓源獨特性，電池因內阻很小，短路電流極大

標定電池容量的單位是安時 AH ，例如100AH，51.2V電池 就是5.12KWH的電池

蓄電池的實體模型

鉛酸電池四段式充電

鉛酸電池一般採用三段式充電，CC 恆流， CV 恆壓充， FLOAT 浮充

鋰電池充電

一般為 CC 恆定電流， CV 均壓充

1.4 儲能係統的組成之電池充電實現

電池充電需要實現對電池電壓/電池電流的可控

對於鉛酸類電池，充電特性完全由充電器根據電池容量，以及LCD的設定參數決定

對於鋰電池，充電特性取決於BMS傳遞給充電機的指令

鋰電池BMS板

BMS

電池管理系統，是嵌入於電池PACK的充放電管理/保護系統

LLC電路

1.5 儲能係統的組成之市電

市電源： 即大電網，一般對應目前的低壓配電網，可以是單相, 分相，三相的電網形式

低壓配電網的實體模型

低壓配電網是具有低輸出阻抗的交流電壓源 ，特殊情況下可能會出現市電高阻抗的情況

單相電網： 單相三線制， L 火線， N 零線，PE 保護地

單相電網

三相電網： 三相五線制， L 1火線，L2火線，L3火線， N 零線，PE 保護地

三相電網

1.6 儲能係統的組成之發電機

發電機源： 內燃發電機，可以是柴油，汽油，天然氣發電機，一般用作後備電源

發電機的物理模型

發電機是具有一定出阻抗的交流電壓源 ，由內燃機拖曳同步發電機以實現發電，因此發電機具備同步發電機的V/f 特性

ATS

目前市面上的新產品均整合了ATS 功能，可實現發電機 與 電網的自動切換

當電網停電時，ATS會自動啟動並切換發電機作為AC源；當電網恢復後，

ATS自動關停發電機並切換回市電供電

1.7 儲能係統的組成之負載

負載： 即普通的用電設備，可以是線性負載，也可以是非線性負載等

常見線性負載為 電阻性負載，電容性負載，電感性負載，如 電熱棒，電動機，鎢絲燈泡等

常見非線性負載為 整流性負載 如 日光燈 ， 各種帶整流器的家電，微波爐，印表機等

總諧波失真度 THDi/ THDv

衡量一個交流訊號正弦度的一個重要指標，數值越低越接近正弦

含有低次諧波的市電電壓波形

功率因數 PF值

有功率和視在功率的比值，描述負載電流與負載電壓的相位，越接近1，無功損耗越小，有功率佔比越高

PF表現為電壓與電流的相位差

2. 儲能係統工作模式

2.1 儲能係統工作模式之削峰填谷

削峰： 在用電高峰期，電價較高時，將光電/電池能量賣入電網，削除用電峰值

電路工況：電池側LLC正向工作，變頻器工作於逆變狀態將直流能量饋入電網中，表現為賣電模式

填谷： 在用電低谷期，電價較低，允許從電網取能量給電池充電 ，實現儲能

電路工況： 逆變工作於整流狀態，將交流的電網能量反向輸入到LLC，LLC反向工作給電池充電 ，表現為 用電模式

2.2 儲能係統工作模式之防逆流

防逆流

即禁止賣電模式，儲能係統放出的能量只能小於等於負載能量，不會造成賣電的工況防逆流狀態下，是可以允許充電的

2.3 儲能係統工作模式之離網供電

離網工況

當系統所有交流源，包括電網/發電機 都處於不可用狀態,如電網停電，此時系統由光伏和電池聯合提供能量

逆變輸出穩定的交流能量供給負載使用

2.4 儲能係統工作模式之離併網切換

離網工況

當系統所有外部交流源，包括電網/發電機 都處於不可用狀態，例如電網停電，此時系統由光伏和電池聯合提供能量

逆變輸出穩定的交流能量供給負載使用

併網工況

系統切入到由外部交流電源，包括電網/發電機 供給負載的工況，並網後可以是賣電 或 防逆流兩種模式之一

離網切併網

俗稱 」進市電“， 離網電壓需要在相位幅值與電網同步，即鎖相完畢後才能切入 電網

併網切離網

俗稱 “退市電”，分兩種情況，一種是異步退市電，即電網徹底丟失導致的退市電，這種情況是被動的，需確保切換瞬間電壓不能中斷過長

一種是同步下市電，即電網正常，機器主動退出市電

2.5 儲能係統工作模式之並聯技術

光電並聯技術

光伏板需要透過串並聯才能組成陣列滿足用電規格

光伏組串間也可以透過逆變器內部的均流控制實現並聯，例如三路MPPT輸入的逆變器可以三路組串並聯

電池並聯技術

電池可透過CAN 通訊實現多個電池的並聯實現擴容的需求，滿足負載段對後備時間的需求

逆變器並聯技術

逆變器可以透過CAN通訊以及併機控制演算法實現多個機器的功率擴容

3. 總結

儲能係統依賴新型態的數位控制平台， 實現四源 一負載的能量管理調度控制

具備如下主要功能：

•削峰填谷

•防反流

•離網供電

並且能夠依賴先進的並聯技術，實現光伏組件，電池系統，逆變系統的並聯擴容