Οι μπαταρίες υψηλής τάσης αποτελούν σύγχρονες λύσεις αποθήκευσης ενέργειας για υβριδικά φωτοβολταϊκά συστήματα αυξημένης ισχύος. Χρησιμοποιούνται σε κατοικίες, επαγγελματικές εγκαταστάσεις και μικρές βιομηχανικές εφαρμογές για αύξηση της αυτοκατανάλωσης, αποθήκευση πλεονάζουσας φωτοβολταϊκής παραγωγής, εφαρμογές Net Billing και εφεδρική ηλεκτροδότηση.

Σε αντίθεση με τις μπαταρίες χαμηλής τάσης 48 ή 51,2V, ένα σύστημα μπαταριών υψηλής τάσης αποτελείται συνήθως από πολλαπλές μονάδες που συνδέονται σε σειρά. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργείται μία συστοιχία με τάση εκατοντάδων Volt, η οποία μπορεί να συνεργαστεί με κατάλληλο υβριδικό inverter υψηλής τάσης.

Τι είναι ένα σύστημα μπαταριών υψηλής τάσης;

Ένα ολοκληρωμένο σύστημα αποθήκευσης υψηλής τάσης δεν αποτελείται μόνο από τις επιμέρους μονάδες μπαταρίας. Ανάλογα με τον κατασκευαστή και τη σειρά προϊόντων, μπορεί να απαιτούνται:

• Δύο ή περισσότερες μονάδες μπαταρίας.
• Κεντρική μονάδα ελέγχου BMS ή BCU.
• Βάση δαπέδου ή μεταλλικό rack.
• Καλώδια ισχύος υψηλής τάσης.
• Καλώδιο επικοινωνίας CAN ή RS485.
• Τερματικές αντιστάσεις επικοινωνίας.
• Διακόπτης ή αποζεύκτης DC.
• Κατάλληλες ασφάλειες και ηλεκτρικές προστασίες.

Οι επιμέρους μονάδες μιας συστοιχίας συνδέονται συνήθως σε σειρά, ώστε οι τάσεις τους να αθροίζονται. Το συνολικό σύστημα ελέγχεται από την κεντρική μονάδα BMS, η οποία επικοινωνεί με τον inverter και διαχειρίζεται τη φόρτιση, την εκφόρτιση και τις απαραίτητες προστασίες.

Μία μεμονωμένη μονάδα υψηλής τάσης δεν μπορεί συνήθως να λειτουργήσει αυτόνομα. Απαιτείται ο ελάχιστος αριθμός μονάδων που ορίζει ο κατασκευαστής, καθώς και η κατάλληλη μονάδα ελέγχου.

Πλεονεκτήματα των μπαταριών υψηλής τάσης

Για δεδομένη ισχύ, η αύξηση της τάσης μειώνει το απαιτούμενο ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό μπορεί να προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα σε εγκαταστάσεις μεγαλύτερης ισχύος:

• Μικρότερα ρεύματα στην πλευρά συνεχούς ρεύματος.
• Μειωμένες ηλεκτρικές απώλειες στα καλώδια.
• Υψηλή απόδοση μετατροπής σε συμβατά συστήματα.
• Καλύτερη προσαρμογή σε ισχυρούς τριφασικούς hybrid inverter.
• Μικρότερες απαιτούμενες διατομές καλωδίων σε σχέση με ένα αντίστοιχο σύστημα 48V.
• Ευκολότερη δημιουργία συστημάτων μεγάλης αποθηκευτικής χωρητικότητας.
• Αρθρωτή επέκταση με την προσθήκη συμβατών μονάδων.

Οι μικρότερες απώλειες προκύπτουν επειδή οι θερμικές απώλειες των καλωδίων αυξάνονται με το τετράγωνο του ρεύματος. Αυτό δεν σημαίνει ότι κάθε σύστημα υψηλής τάσης είναι αυτομάτως αποδοτικότερο ή οικονομικότερο. Η τελική απόδοση εξαρτάται από τον inverter, την μπαταρία, την ισχύ λειτουργίας, το μήκος των καλωδίων και τη συνολική αρχιτεκτονική της εγκατάστασης.

Τεχνολογία LiFePO4 και ενσωματωμένο BMS

Οι περισσότερες σύγχρονες μπαταρίες υψηλής τάσης για φωτοβολταϊκές εφαρμογές χρησιμοποιούν κυψέλες φωσφορικού σιδήρου λιθίου LiFePO4. Η τεχνολογία αυτή προσφέρει μεγάλη διάρκεια ζωής, υψηλή θερμική σταθερότητα, καλή απόδοση και δυνατότητα καθημερινής φόρτισης και εκφόρτισης.

Το σύστημα BMS παρακολουθεί:

• Την τάση κάθε μονάδας και κάθε ομάδας κυψελών.
• Το συνολικό ρεύμα φόρτισης και εκφόρτισης.
• Τη θερμοκρασία των κυψελών.
• Την κατάσταση φόρτισης της συστοιχίας.
• Την εξισορρόπηση των κυψελών.
• Τα επιτρεπόμενα όρια λειτουργίας.

Το BMS μπορεί να διακόψει τη λειτουργία σε περίπτωση υπέρτασης, βαθιάς εκφόρτισης, υπερβολικού ρεύματος, βραχυκυκλώματος ή μη επιτρεπόμενης θερμοκρασίας. Οι ενσωματωμένες λειτουργίες προστασίας δεν αντικαθιστούν τις εξωτερικές προστασίες που απαιτούνται από τη μελέτη της εγκατάστασης.

Συμβατότητα μπαταρίας και υβριδικού inverter

Η επιλογή μιας μπαταρίας υψηλής τάσης ξεκινά πάντοτε από τον συγκεκριμένο inverter με τον οποίο θα συνεργαστεί. Δεν αρκεί να βρίσκεται η τάση της μπαταρίας μέσα σε ένα θεωρητικά κατάλληλο εύρος.

Πρέπει να επιβεβαιώνονται:

• Η εγκεκριμένη συμβατότητα μπαταρίας και inverter.
• Το επιτρεπόμενο εύρος τάσης μπαταρίας του inverter.
• Ο ελάχιστος και ο μέγιστος αριθμός μονάδων.
• Το πρωτόκολλο επικοινωνίας CAN ή RS485.
• Η απαιτούμενη μονάδα ελέγχου BMS ή BCU.
• Η αντιστοίχιση των ακροδεκτών του καλωδίου επικοινωνίας.
• Η έκδοση firmware της μπαταρίας και του inverter.
• Το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα φόρτισης και εκφόρτισης.
• Η δυνατότητα σύνδεσης περισσότερων συστοιχιών παράλληλα.

Η χρήση μπαταρίας και inverter της ίδιας εταιρείας απλοποιεί συχνά τη συμβατότητα, χωρίς αυτό να σημαίνει ότι είναι η μοναδική διαθέσιμη επιλογή. Αρκετοί κατασκευαστές εγκρίνουν συγκεκριμένες σειρές μπαταριών τρίτων εταιρειών, αλλά ο έλεγχος πρέπει να γίνεται για το ακριβές μοντέλο και όχι μόνο για τη μάρκα.

Διαθέσιμες μάρκες μπαταριών υψηλής τάσης

Στη Heliosystems θα βρείτε συστήματα και εξαρτήματα μπαταριών υψηλής τάσης από κατασκευαστές όπως:

• Deye.
• Fronius.
• Huawei.
• Sungrow.
• GoodWe.
• BYD.
• EASYWAY.

Κάθε κατασκευαστής χρησιμοποιεί διαφορετικές μονάδες, τάσεις λειτουργίας, συστήματα BMS και κανόνες επέκτασης. Για αυτόν τον λόγο οι μονάδες διαφορετικών σειρών ή κατασκευαστών δεν πρέπει να συνδυάζονται στην ίδια συστοιχία.

Χωρητικότητα μπαταρίας και ισχύς συστήματος

Η χωρητικότητα μιας μπαταρίας μετριέται σε kWh και δείχνει πόση ενέργεια μπορεί να αποθηκεύσει. Η ισχύς μετριέται σε kW και δείχνει πόσο γρήγορα μπορεί να παραδώσει ή να απορροφήσει αυτή την ενέργεια.

Μία μεγάλη μπαταρία δεν εγγυάται από μόνη της μεγάλη ισχύ backup. Η πραγματική διαθέσιμη ισχύς περιορίζεται από:

• Την ονομαστική ισχύ του inverter.
• Την ισχύ της εξόδου backup ή EPS.
• Το μέγιστο ρεύμα της μπαταρίας.
• Το μέγιστο ρεύμα του BMS.
• Τον αριθμό των εγκατεστημένων μονάδων.
• Την κατάσταση φόρτισης και τη θερμοκρασία της μπαταρίας.

Για παράδειγμα, μία συστοιχία μεγάλης χωρητικότητας μπορεί να προσφέρει πολλές ώρες αυτονομίας, αλλά η μέγιστη ταυτόχρονη ισχύς των φορτίων εξακολουθεί να περιορίζεται από τον inverter και το BMS.

Μπαταρίες υψηλής ή χαμηλής τάσης;

Οι μπαταρίες υψηλής τάσης επιλέγονται συχνά για τριφασικά υβριδικά συστήματα και εγκαταστάσεις μεγαλύτερης ισχύος, όπου τα μικρότερα ρεύματα DC και η υψηλή απόδοση αποτελούν σημαντικά πλεονεκτήματα.

Οι μπαταρίες χαμηλής τάσης 48 ή 51,2V προσφέρουν διαφορετική αρχιτεκτονική, συχνά μεγαλύτερη ευελιξία σε αυτόνομα συστήματα και ευρύτερη δυνατότητα συνεργασίας με inverter χαμηλής τάσης.

Η σωστή επιλογή δεν γίνεται μόνο με βάση την τιμή της μπαταρίας. Πρέπει να συγκρίνεται το συνολικό κόστος του συστήματος, στο οποίο περιλαμβάνονται:

• Ο υβριδικός inverter.
• Οι μονάδες μπαταρίας.
• Η μονάδα BMS ή BCU.
• Η βάση ή το rack.
• Τα καλώδια και οι ηλεκτρικές προστασίες.
• Το κόστος εγκατάστασης και παραμετροποίησης.
• Η δυνατότητα μελλοντικής επέκτασης.

Μελλοντική προσθήκη ή επέκταση μπαταριών

Εάν η εγκατάσταση ξεκινήσει μόνο με υβριδικό inverter και προβλέπεται προσθήκη μπαταριών αργότερα, πρέπει από την αρχή να επιλεγεί inverter κατάλληλος για τον τύπο μπαταρίας που θα χρησιμοποιηθεί.

Ένας inverter υψηλής τάσης δεν μπορεί να συνεργαστεί απευθείας με μία κοινή μπαταρία 48 ή 51,2V. Αντίστοιχα, ένας inverter χαμηλής τάσης δεν μπορεί να δεχθεί συστοιχία υψηλής τάσης.

Πριν επιλεγεί ένα σύστημα για μελλοντική επέκταση πρέπει να ελέγχονται:

• Η μελλοντική διαθεσιμότητα των αντίστοιχων μονάδων.
• Ο ελάχιστος αριθμός μπαταριών που απαιτείται για την αρχική λειτουργία.
• Ο μέγιστος αριθμός μονάδων ανά συστοιχία.
• Το μέγιστο χρονικό διάστημα μέσα στο οποίο επιτρέπεται η προσθήκη νέων μονάδων.
• Οι περιορισμοί σχετικά με διαφορετικές παρτίδες ή εκδόσεις firmware.
• Η δυνατότητα δημιουργίας δεύτερης παράλληλης συστοιχίας.

Η μελλοντική επέκταση δεν πρέπει να θεωρείται απεριόριστη. Οι νέες μονάδες πρέπει να είναι συμβατές με τις υπάρχουσες και να προστεθούν σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή.

Εφαρμογές μπαταριών υψηλής τάσης

Οι μπαταρίες υψηλής τάσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για:

• Αύξηση της αυτοκατανάλωσης φωτοβολταϊκής ενέργειας.
• Αποθήκευση πλεονάζουσας παραγωγής σε συστήματα Net Billing.
• Μεταφορά της κατανάλωσης σε ώρες χαμηλότερης χρέωσης.
• Περιορισμό των αιχμών ζήτησης.
• Εφεδρική ηλεκτροδότηση επιλεγμένων φορτίων.
• Τροφοδοσία κατοικιών και επαγγελματικών εγκαταστάσεων.
• Εφαρμογές μεγαλύτερης ισχύος με τριφασικούς hybrid inverter.

Η δυνατότητα backup δεν εξαρτάται μόνο από την μπαταρία. Ο inverter πρέπει να διαθέτει κατάλληλη έξοδο backup ή EPS και η ηλεκτρική εγκατάσταση πρέπει να έχει σχεδιαστεί ώστε τα επιλεγμένα φορτία να τροφοδοτούνται με ασφάλεια κατά τη διακοπή του δικτύου.

Ασφάλεια εγκατάστασης συστημάτων υψηλής τάσης

Οι συστοιχίες υψηλής τάσης λειτουργούν σε επικίνδυνες τάσεις συνεχούς ρεύματος. Η εγκατάσταση, η σύνδεση και η θέση σε λειτουργία πρέπει να πραγματοποιούνται αποκλειστικά από κατάλληλα καταρτισμένο τεχνικό προσωπικό.

Κατά τη μελέτη και την εγκατάσταση πρέπει να λαμβάνονται υπόψη:

• Οι οδηγίες σύνδεσης και εκκίνησης του κατασκευαστή.
• Η σωστή σειρά ενεργοποίησης inverter, BMS και μονάδων.
• Η απαιτούμενη προστασία και απόζευξη DC.
• Η γείωση του εξοπλισμού και του rack.
• Ο απαιτούμενος αερισμός και οι αποστάσεις ασφαλείας.
• Ο βαθμός προστασίας IP του συστήματος.
• Τα επιτρεπόμενα όρια θερμοκρασίας και υγρασίας.
• Η απαγόρευση εργασιών ενώ η συστοιχία βρίσκεται υπό τάση.

Δεν επιτρέπεται η αυθαίρετη σύνδεση ή αφαίρεση μονάδων από μία ενεργή συστοιχία. Ακόμη και όταν ο γενικός διακόπτης βρίσκεται στη θέση OFF, μπορεί να παραμένει επικίνδυνη τάση στους ακροδέκτες και στις εσωτερικές συνδέσεις.

Επιλογή μπαταρίας υψηλής τάσης από τη Heliosystems

Για τη σωστή επιλογή πρέπει να υπολογιστούν η ημερήσια κατανάλωση, η απαιτούμενη αυτονομία, η μέγιστη ισχύς των φορτίων, η διαθέσιμη φωτοβολταϊκή παραγωγή και η επιθυμητή μελλοντική επέκταση.

Η Heliosystems παρέχει τεχνική υποστήριξη για:

• Την επιλογή συμβατού inverter και μπαταρίας.
• Τον υπολογισμό της απαιτούμενης χωρητικότητας.
• Τον καθορισμό του σωστού αριθμού μονάδων.
• Τον έλεγχο της τάσης λειτουργίας της συστοιχίας.
• Τη διαστασιολόγηση της λειτουργίας backup.
• Τη δημιουργία ολοκληρωμένων φωτοβολταϊκών συστημάτων αποθήκευσης.

Η σωστή διαστασιολόγηση εξασφαλίζει ότι η μπαταρία υψηλής τάσης θα συνεργάζεται με ασφάλεια και αποδοτικότητα με τον inverter, χωρίς περιττή υπερδιαστασιολόγηση ή περιορισμούς στην κάλυψη των φορτίων.