現有光伏和太陽能并網系統(tǒng)的電池后備電源選項

utBack公司的控制電路由該公司生產的兩個逆變器輔助(AUX)端口和兩個繼電器組成。這種更清新、更緊湊的組件設計在電池充滿電時可對并網逆變器進行安全鎖定;此外，當系統(tǒng)中有發(fā)電機啟動并運行時，還可使并網逆變器保持鎖定狀態(tài)。結合更先進、更智能的逆變器/充電器，如具有雙AC輸入和先進發(fā)電機功能的OutBack弧度系列，該系統(tǒng)可以在較低的實際成本內實現更高的性能。

OutBack GSLC175-AC-120/240 AC耦合解決方案的顯著特征包括：

● UL-1741端到端特性—與OutBack電池架一起使用時，由于整個系統(tǒng)是專門針對這一應用而設計，因此可以確保完全兼容。

● 分相設計—無需昂貴、低效的變壓器便可更容易地集成到標準的室內電路中。

● 動態(tài)穩(wěn)定性—輸出更加穩(wěn)定，因此可以在負荷高峰期或變化期為系統(tǒng)中的并網逆變器提供清晰的信號，確保其持續(xù)以線上狀態(tài)發(fā)電。

● 通用設計—可與其他品牌和型號的并網逆變器配合使用。

需要考慮的因素包括電網的不穩(wěn)定性、極端天氣和地震等，同時，地理和季節(jié)缺陷也會影響到最重要臨界負荷的選擇。以下提供了一些關于如何選擇系統(tǒng)尺寸以及如何與兩種不同類型逆變器系統(tǒng)進行交互的指南。

指南一

每日臨界負荷瓦時不應超過可從電池組獲得所有瓦時的80%。離網系統(tǒng)通常每天會將電池放電50%以上，從而延長電池的壽命。然而，這種情況是基于每年僅有幾天或一到兩周使用備用系統(tǒng)的假設，在這種情況下，放電深度達80%的電池的壽命才不會低于其正常壽命。根據Outback的能量電池壽命檢測結果顯示，密封的AGM電池放電深度為80%時，電池可使用高達600次，也就是說當使用后備電源提供一天所需能量時，可使用600天。

電池充電和放電的速度均會影響電池的整體容量。電池充電或放電的速度越慢，電池容量越大。表1展示了一至六組電池的典型容量?？梢允褂眠@些數據的80%來估測24小時內負荷所需的電能。表2中的12小時放電率也會反映出這一點。

在電網供電的正常運行條件下，Outback的電池逆變器/充電器會將電池保持在浮動充電狀態(tài)，在該狀態(tài)下，電池將保持低充電率，從而補充電池內部因自放電而流失的能量。然而，在電網無法供電的情況下，逆變器不再控制流入電池的充電電流。電池逆變器處于“轉換”模式，并為并網逆變器提供交流電流，使并網逆變器保持在線狀態(tài)并為臨界負荷供電。負荷不需要的剩余能量將會以不規(guī)則充電的方式通過電池逆變器的雙向H橋電路回流至電池中。在多數情況下，光伏陣列產生的電能會通過并網逆變器輸送給負荷并對電池進行不規(guī)則充電。如果系統(tǒng)尺寸正好合適，電池組的不規(guī)則充電率不會超過最大充電率。但是，在所有或幾乎所有臨界負荷都關閉的最糟糕情況下，并網逆變器中流出的電流不應超過電池組的最大充電率。Outback的遙控斷路器(ROCB)可在檢測到電池已充滿時輕松地使并網逆變器下線。

表2給出了每組電池能提供的最大光伏功率以確保充電率不超過最大值，同時給出了在指定24小時內電池的相關可用電能。依據陣列獲得的太陽輻射及負荷所需的能量，系統(tǒng)應選擇能夠使其保持平衡的尺寸。用光伏電能和負荷需求之間的關系無法預測，在晴天時，即使關掉并網逆變器，只要有陽光，電池組也可能很快會被充滿，這樣就可以避免電池組過度充電的現象出現。在陰天時，單純依靠光伏陣列可能無法充滿電池，因此需要一個發(fā)電機來完成對電池的充電。如果系統(tǒng)中沒有發(fā)電機，則需要對負荷做一些取舍，看看哪些是可以留下來繼續(xù)使用的，哪些可以在晴朗天氣到來前暫時放棄或屏蔽的。

光伏功率一欄給出的是可通過逆變器發(fā)回給電池充電的最大功率值。在測算該值時，應假定陣列和并網逆變器中存在流失的電量。

負荷需求(kWh)需匹配表2中的一個值，從而匹配實際的光伏陣列尺寸及被轉移至臨界負荷面板的負荷。表3給出的典型負荷配置文件可用于估算一些典型的臨界負荷。注意，冰箱每小時有十五分鐘在進行制冷循環(huán)。

所以，如果將每日12.4kWh的用電量與電池容量表對比，可以發(fā)現一組電池不夠用，而兩組電池雖然足夠用，但陣列大小必須在4kW或以下。如果陣列大小為6kW，則需要三組電池，且電池組的尺寸必須大到足以應對最糟糕情況下出現的最大不規(guī)則充電率。分流負載解決方案將被作為備選方案。然而，在綜合考慮成本、分流負荷的復雜度和侵襲性以及分流負荷保護和控制時，減掉一組電池實際上起不到什么作用。

指南二

OutBack逆變器的額定功率應為并網逆變器額定功率的1.25%。在負荷需求降到0且所有可用的并網逆變器電能均輸入到OutBack逆變器的情況下，本指南可確保并網逆變器不會使OutBack逆變器的充電電路失效。盡管這種情況公認不太可能發(fā)生，但出于安全和保護設備的考慮，最好遵循本指南。例如，額定功率為8kW的Radian逆變器可能會對功率不大于6kW的并網逆變器產生影響。

指南三

本指南可確保日常負荷需求或電池充電量均不超過從光伏陣列所得的電量，或可在后備系統(tǒng)中任選添加一個發(fā)電機。當可得光伏電量超過負荷需求的場景，當電池充滿時，需要使用一個OutBack遙控斷路器將并網逆變器斷開。而實際上，后備系統(tǒng)生產出多于負荷和電池充電需求的光伏電量是不太可能的。臨界負荷基本很少全部關閉，而且在很多情況下，尤其是在陰天時，需要補充電量來滿足負荷和電池充電需求。

北美大部分地方平均每天有3小時~5小時的日照時間，也就是說，盡管每日發(fā)電量因為這樣或那樣的原因會有大量流失，但是使用6kW電池陣列每天仍可獲取18kWh~30kWh的光伏電量。但是，有時光伏產量會達到或超過光伏組件標注電量，所以為了實現評估目的，將18kWh~30kWh視為正常電量，以確定陽光明媚的天氣中能夠獲得的電量。

假設上述例子中所有負荷均同時打開，平均每小時會通過并網逆變器的光伏陣列獲取1.4kW的電量。如果光伏陣列生產的電量達到其標注值，則會遺留4.6kW電量用于電池充電。如果使用3組電池組且放電深度為80%，需要4.2小時(19.5kWh÷4.6kW=4.2hrs)完成電池充電，同時還可提供1.4kW電能滿足負荷所需。當電池充滿，并網逆變器關閉時，在電池放電深度達到80%之前，負荷需求可以支撐14小時左右—大概從太陽落山持續(xù)至睡前，同時電池殘余電量還可用于第二天早上為并網逆變器供電，這樣一來，并網逆變器就可以從光伏陣列中傳遞電量，再一次啟動這一循環(huán)。

但是，在陰天時或當冬季日照時間低于平均水平時，需要使用一臺發(fā)電機來確保任何時候都有充足的后備電量。一個5kW的發(fā)電機能夠花5.4小時的時間充滿電池組使其再運行14小時，同時還可預留1.4kW電量滿足負荷所需(19.5kWh÷(5kW-1.4kW)=5.4hrs)。如前所述，相比低負荷情況下運行的發(fā)電機，最大輸出達到85%~95%的發(fā)電機每小時燃料損耗會大幅增加。因此，在電池備份逆變器系統(tǒng)中使用發(fā)電機不但可以獲得高燃油效率，還可以解決噪聲和燃料短缺問題，同時具有維護周期長的特點。下文會對OutBack GSLC175-AC-120/240交流耦合解決方案進行詳細描述(包括一些圖紙)，下面列出的是交流耦合解決方案中所需的交流耦合組件以及OutBack預連線交流耦合Radian負荷中心。

● 50A DPST遙控斷路器(ROCB;在負荷中心中占用三個CB空間);

● OBR-16-DIN(12VDC OutBack繼電器);

● OBR-XX-DIN(48VDC OutBack繼電器);

● DIN導軌硬件。

ROCB和兩個OutBack繼電器及兩個AUX端口均已預連線。并網逆變器的L1和L2導體或其AC斷線開關均位于與ROCB連接的雙極斷路器的開口端。如果安裝了發(fā)電機，則雙線式啟動線會被連接至48V并網閉鎖/Gen啟動繼電器，同時發(fā)電機的L1和L2與Gen輸入總線相連，接地線和中性線與相應的總線相連。其它電網輸入、逆變器輸出和直流電池連接均如其他Radian負荷中心應用一樣。

使用ROCB而不用固態(tài)繼電器的優(yōu)勢包括：當系統(tǒng)因某些原因發(fā)生故障時，可手動斷開并網逆變器。手動斷開方式可以使用旁路連接，這樣一來，當電池逆變器因為某些原因必須使用旁路連接時，電網中同樣可以使用并網逆變器。使用固態(tài)繼電器是無法達到這種效果的，此外，固態(tài)繼電器還需要使用可提供頻移方案的外部硬件。綜上所述，ROCB是交流耦合實現的更簡單且更劃算的選擇。

除了ROCB和繼電器設備，MATE3用戶界面還增加了交流耦合功能。該功能在現有的主動充電模式下使用溫度補償充電設定值，當電池電壓比正常電池電壓多0.4VDC時，會斷開并網逆變器，起到保護電池的作用;而當電池電壓比現有溫度補償充電設定值低0.4VDC時，會重連并網逆變器;如果并網逆變器能夠提供大量剩余電量，則ROCB會以高達六分鐘的頻率運行。手動打開更多連接至臨界負荷面板的負荷或使用分流負荷可以縮短運行周期，同時不會對ROCB造成影響，因為斷路器和ROCB電機壽命超過10,000次。如果系統(tǒng)尺寸合適且臨界負荷都處于運行中，則頻繁的循環(huán)不會產生太大的影響而且不會損壞任何OutBack設備。