เซลล์แบตเตอรี่และอินเวอร์เตอร์ในภาคการกักเก็บพลังงาน

ประเภทของอินเวอร์เตอร์เก็บพลังงาน เส้นทางเทคโนโลยีอินเวอร์เตอร์เก็บพลังงาน: มีสองเส้นทางหลักคือ DC Coupling และ AC Coupling ระบบจัดเก็บ PV รวมถึงโมดูลแสงอาทิตย์ ตัวควบคุม อินเวอร์เตอร์ แบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับบ้าน โหลด และอุปกรณ์อื่นๆ ในปัจจุบันอินเวอร์เตอร์เก็บพลังงานส่วนใหญ่เป็นเส้นทางทางเทคนิคสองเส้นทาง: ข้อต่อ DC และข้อต่อ AC การเชื่อมต่อ AC หรือ DC หมายถึงวิธีที่แผงโซลาร์เซลล์เชื่อมต่อหรือเชื่อมต่อกับระบบจัดเก็บหรือแบตเตอรี่ ประเภทของการเชื่อมต่อระหว่างแผงเซลล์แสงอาทิตย์และแบตเตอรี่อาจเป็นได้ทั้งไฟฟ้ากระแสสลับหรือกระแสตรง วงจรอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ใช้พลังงาน DC โดยโมดูลแสงอาทิตย์จะสร้างพลังงาน DC และแบตเตอรี่จะเก็บพลังงาน DC อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ส่วนใหญ่ทำงานโดยใช้ไฟ AC ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบผสมผสาน + ระบบกักเก็บพลังงาน เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบไฮบริด + ระบบจัดเก็บพลังงาน โดยจะจัดเก็บพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงจากโมดูล PV ผ่านตัวควบคุม ในธนาคารแบตเตอรี่ลิเธียมบ้านและกริดยังสามารถชาร์จแบตเตอรี่ผ่านตัวแปลง DC-AC แบบสองทิศทางได้อีกด้วย จุดบรรจบกันของพลังงานอยู่ที่ด้านแบตเตอรี่กระแสตรง ในระหว่างวัน พลังงาน PV จะถูกจ่ายให้กับโหลดก่อน จากนั้นจึงชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับใช้ในบ้านโดยตัวควบคุม MPPT และระบบจัดเก็บพลังงานจะเชื่อมต่อกับโครงข่าย เพื่อให้สามารถเชื่อมต่อพลังงานส่วนเกินเข้ากับโครงข่ายได้ ในเวลากลางคืนแบตเตอรี่จะหมดลงสู่โหลดและการขาดแคลนจะถูกเติมเต็มโดยกริด เมื่อโครงข่ายไฟฟ้าดับ ไฟ PV และแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับบ้านจะจ่ายให้กับโหลดนอกโครงข่ายเท่านั้น และโหลดที่ปลายโครงข่ายไม่สามารถใช้งานได้ เมื่อกำลังโหลดมากกว่ากำลัง PV กริดและ PV สามารถจ่ายพลังงานให้กับโหลดได้ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากทั้งกำลังไฟฟ้า PV และกำลังโหลดไม่เสถียร จึงต้องใช้แบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับใช้ในบ้านเพื่อสร้างสมดุลพลังงานของระบบ นอกจากนี้ระบบยังรองรับผู้ใช้ตั้งเวลาชาร์จและคายประจุให้ตรงกับความต้องการใช้ไฟฟ้าของผู้ใช้อีกด้วย หลักการทำงานของระบบคลัปกระแสตรง อินเวอร์เตอร์ไฮบริดมีฟังก์ชันนอกกริดในตัวเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการชาร์จ อินเวอร์เตอร์ที่ผูกกับกริดจะปิดไฟที่จ่ายให้กับระบบแผงโซลาร์เซลล์โดยอัตโนมัติในระหว่างที่ไฟฟ้าดับเพื่อความปลอดภัย ในทางกลับกัน อินเวอร์เตอร์แบบไฮบริดช่วยให้ผู้ใช้มีฟังก์ชันทั้งแบบออฟไลน์และแบบผูกกริด ดังนั้นไฟฟ้าจึงสามารถใช้ได้แม้ในช่วงที่ไฟฟ้าดับ อินเวอร์เตอร์ไฮบริดช่วยลดความยุ่งยากในการตรวจสอบพลังงาน ทำให้สามารถตรวจสอบข้อมูลสำคัญ เช่น ประสิทธิภาพและการผลิตพลังงาน ผ่านแผงอินเวอร์เตอร์หรืออุปกรณ์อัจฉริยะที่เชื่อมต่ออยู่ หากระบบมีอินเวอร์เตอร์สองตัว จะต้องตรวจสอบแยกกัน การมีเพศสัมพันธ์ DC ช่วยลดการสูญเสียในการแปลง AC-DC ประสิทธิภาพการชาร์จแบตเตอรี่อยู่ที่ประมาณ 95-99% ในขณะที่การเชื่อมต่อ AC อยู่ที่ 90% อินเวอร์เตอร์ไฮบริดมีความประหยัด กะทัดรัด และติดตั้งง่าย การติดตั้งอินเวอร์เตอร์ไฮบริดใหม่พร้อมแบตเตอรี่ DC-ควบแน่นอาจมีราคาถูกกว่าการติดตั้งแบตเตอรี่ AC-ควบคู่กับระบบที่มีอยู่ เนื่องจากตัวควบคุมมีราคาค่อนข้างถูกกว่าอินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อโครงข่าย สวิตช์สวิตชิ่งมีราคาถูกกว่าตู้กระจายสินค้าเล็กน้อย และค่า DC - โซลูชันแบบควบคู่สามารถทำเป็นอินเวอร์เตอร์ควบคุมแบบออลอินวัน ซึ่งช่วยประหยัดทั้งต้นทุนอุปกรณ์และค่าติดตั้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับระบบไฟฟ้านอกกริดขนาดเล็กและขนาดกลาง ระบบ DC-ควบคู่มีความคุ้มค่าอย่างมาก อินเวอร์เตอร์ไฮบริดเป็นแบบโมดูลาร์สูงและง่ายต่อการเพิ่มส่วนประกอบและตัวควบคุมใหม่ และสามารถเพิ่มส่วนประกอบเพิ่มเติมได้อย่างง่ายดายโดยใช้ตัวควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์ DC ที่มีต้นทุนต่ำ อินเวอร์เตอร์ไฮบริดได้รับการออกแบบให้ผสานรวมการจัดเก็บข้อมูลได้ตลอดเวลา ทำให้ง่ายต่อการเพิ่มแบตเตอรีแบงก์ ระบบอินเวอร์เตอร์ไฮบริดมีขนาดกะทัดรัดกว่าและใช้เซลล์ไฟฟ้าแรงสูง พร้อมขนาดสายเคเบิลที่เล็กลงและการสูญเสียที่น้อยลง องค์ประกอบของระบบคัปปลิ้ง DC องค์ประกอบของระบบเชื่อมต่อ AC อย่างไรก็ตาม อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์แบบไฮบริดไม่เหมาะสำหรับการอัพเกรดระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่ และมีราคาแพงกว่าในการติดตั้งสำหรับระบบไฟฟ้าที่สูงขึ้น หากลูกค้าต้องการอัพเกรดระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่ให้มีแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับใช้ในบ้าน การเลือกอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์แบบไฮบริดอาจทำให้สถานการณ์ยุ่งยากขึ้น ในทางตรงกันข้าม อินเวอร์เตอร์แบตเตอรี่อาจมีความคุ้มค่ามากกว่า เนื่องจากการเลือกที่จะติดตั้งอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์แบบไฮบริดจะต้องได้รับการปรับปรุงระบบแผงโซลาร์เซลล์ทั้งหมดใหม่ทั้งหมดและมีราคาแพง ระบบไฟฟ้าที่สูงกว่านั้นซับซ้อนกว่าในการติดตั้งและอาจมีราคาแพงกว่าเนื่องจากความต้องการตัวควบคุมไฟฟ้าแรงสูงมากขึ้น หากใช้พลังงานมากขึ้นในระหว่างวัน ประสิทธิภาพจะลดลงเล็กน้อยเนื่องจาก DC (PV) เป็น DC (แบต) เป็น AC ระบบพลังงานแสงอาทิตย์คู่ + ระบบกักเก็บพลังงาน ระบบจัดเก็บ PV+ แบบควบคู่หรือที่เรียกว่าระบบจัดเก็บ PV+ สำหรับติดตั้งเพิ่มเติม AC สามารถรับรู้ถึงพลังงาน DC ที่ปล่อยออกมาจากโมดูล PV จะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับโดยอินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อกับโครงข่าย จากนั้นพลังงานส่วนเกินจะถูกแปลงเป็นพลังงาน DC และเก็บไว้ใน แบตเตอรี่โดยอินเวอร์เตอร์จัดเก็บข้อมูลแบบ AC ควบคู่ จุดบรรจบพลังงานอยู่ที่ปลายไฟฟ้ากระแสสลับ ประกอบด้วยระบบจ่ายไฟพลังงานแสงอาทิตย์และระบบจ่ายไฟจากแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับบ้าน ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์และอินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อกับกริด ในขณะที่ระบบแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับบ้านประกอบด้วยแบตเตอรีแบตเตอรีและอินเวอร์เตอร์แบบสองทิศทาง ทั้งสองระบบนี้สามารถทำงานแยกกันโดยไม่รบกวนซึ่งกันและกัน หรือสามารถแยกออกจากกริดเพื่อสร้างระบบไมโครกริดได้ หลักการทำงานของระบบข้อต่อ AC ระบบเชื่อมต่อ AC เข้ากันได้กับกริด 100% ติดตั้งง่าย และขยายได้ง่าย มีส่วนประกอบการติดตั้งมาตรฐานสำหรับใช้ในบ้าน และแม้กระทั่งระบบที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ (ระดับ 2kW ถึง MW) ก็สามารถขยายได้อย่างง่ายดายเพื่อใช้ร่วมกับชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบผูกกริดและแบบสแตนด์อโลน (ชุดดีเซล กังหันลม ฯลฯ) อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์แบบสตริงส่วนใหญ่ที่สูงกว่า 3kW มีอินพุต MPPT คู่ ดังนั้นแผงสตริงแบบยาวจึงสามารถติดตั้งในทิศทางและมุมเอียงที่แตกต่างกันได้ ที่แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูงกว่า การเชื่อมต่อไฟฟ้ากระแสสลับจะง่ายกว่าและซับซ้อนน้อยกว่าในการติดตั้งระบบขนาดใหญ่มากกว่าระบบเชื่อมต่อไฟฟ้ากระแสตรงที่ต้องใช้ตัวควบคุมการชาร์จ MPPT หลายตัว จึงมีต้นทุนถูกกว่า ข้อต่อ AC เหมาะสำหรับการติดตั้งระบบเพิ่มเติม และมีประสิทธิภาพมากขึ้นในระหว่างวันเมื่อมีโหลด AC ระบบ PV ที่เชื่อมต่อกับกริดที่มีอยู่สามารถเปลี่ยนเป็นระบบกักเก็บพลังงานโดยมีต้นทุนอินพุตต่ำ สามารถให้พลังงานที่ปลอดภัยแก่ผู้ใช้เมื่อโครงข่ายไฟฟ้าดับ ใช้งานได้กับระบบ PV ที่เชื่อมต่อกับกริดของผู้ผลิตหลายราย โดยทั่วไประบบเชื่อมต่อ AC ขั้นสูงจะใช้สำหรับระบบนอกกริดขนาดใหญ่ และใช้อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์แบบสตริงร่วมกับอินเวอร์เตอร์หลายโหมดขั้นสูงหรืออินเวอร์เตอร์/เครื่องชาร์จเพื่อจัดการแบตเตอรี่และกริด/เครื่องกำเนิดไฟฟ้า แม้ว่าการตั้งค่าจะค่อนข้างง่ายและทรงพลัง แต่มีประสิทธิภาพในการชาร์จแบตเตอรี่น้อยกว่าเล็กน้อย (90-94%) เมื่อเทียบกับระบบ DC-Coupling (98%) อย่างไรก็ตาม ระบบเหล่านี้จะมีประสิทธิภาพมากกว่าเมื่อจ่ายไฟให้กับโหลดไฟฟ้ากระแสสลับสูงในระหว่างวัน ซึ่งสูงถึง 97% หรือมากกว่านั้น และบางระบบสามารถขยายได้ด้วยอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์หลายตัวเพื่อสร้างไมโครกริด การชาร์จแบบใช้ไฟ AC มีประสิทธิภาพน้อยกว่ามากและมีราคาแพงกว่ามากสำหรับระบบขนาดเล็ก พลังงานที่เข้าสู่แบตเตอรี่ในคัปปลิ้ง AC จะต้องถูกแปลงสองครั้ง และเมื่อผู้ใช้เริ่มใช้พลังงาน จะต้องแปลงอีกครั้ง ซึ่งจะทำให้ระบบสูญเสียมากขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพการเชื่อมต่อ AC ลดลงเหลือ 85-90% เมื่อใช้ระบบแบตเตอรี่ อินเวอร์เตอร์แบบไฟ AC มีราคาแพงกว่าสำหรับระบบขนาดเล็ก ระบบสุริยะนอกกริด + ระบบกักเก็บพลังงาน ระบบสุริยะนอกกริด+ โดยทั่วไประบบจัดเก็บข้อมูลจะประกอบด้วยโมดูล PV แบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับบ้าน อินเวอร์เตอร์จัดเก็บนอกกริด โหลด และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล ระบบสามารถรับรู้การชาร์จแบตเตอรี่โดยตรงด้วย PV ผ่านการแปลง DC-DC หรือการแปลง DC-AC แบบสองทิศทางสำหรับการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ ในช่วงกลางวัน พลังงาน PV จะถูกจ่ายให้กับโหลดก่อน ตามด้วยการชาร์จแบตเตอรี่ ในเวลากลางคืนแบตเตอรี่จะหมดลงสู่โหลด และเมื่อแบตเตอรี่ไม่เพียงพอ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลจะถูกส่งไปยังโหลด สามารถตอบสนองความต้องการไฟฟ้ารายวันในพื้นที่ที่ไม่มีโครงข่ายไฟฟ้า สามารถใช้ร่วมกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลเพื่อจ่ายโหลดหรือชาร์จแบตเตอรี่ได้ อินเวอร์เตอร์จัดเก็บพลังงานนอกกริดส่วนใหญ่ไม่ได้รับการรับรองให้เชื่อมต่อกับกริด แม้ว่าระบบจะมีกริด แต่ก็ไม่สามารถเชื่อมต่อกับกริดได้ สถานการณ์สมมติของอินเวอร์เตอร์จัดเก็บพลังงาน อินเวอร์เตอร์กักเก็บพลังงานมีบทบาทหลักสามประการ ได้แก่ การควบคุมระดับสูงสุด พลังงานสำรอง และพลังงานอิสระ เมื่อแยกตามภูมิภาค จุดสูงสุดคือความต้องการในยุโรป ยกตัวอย่างเยอรมนี ราคาไฟฟ้าในเยอรมนีสูงถึง 0.46 ดอลลาร์/กิโลวัตต์-ชั่วโมง ในปี 2566 ซึ่งครองอันดับหนึ่งของโลก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ราคาไฟฟ้าของเยอรมันยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และ LCOE ของการจัดเก็บ PV / PV อยู่ที่เพียง 10.2 / 15.5 เซนต์ต่อองศา ซึ่งต่ำกว่าราคาไฟฟ้าที่อยู่อาศัย 78% / 66% ราคาไฟฟ้าที่อยู่อาศัยและค่าไฟฟ้าการจัดเก็บ PV ระหว่างความแตกต่าง จะยังคงขยายกว้างขึ้น ระบบจำหน่ายและจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ในครัวเรือนสามารถลดต้นทุนค่าไฟฟ้าได้ ดังนั้นในพื้นที่ที่มีราคาสูง ผู้ใช้จึงมีแรงจูงใจอย่างมากในการติดตั้งที่เก็บข้อมูลในครัวเรือน ในตลาดที่มีจุดพีค ผู้ใช้มักจะเลือกอินเวอร์เตอร์ไฮบริดและระบบแบตเตอรี่ AC-ควบคู่ ซึ่งคุ้มค่ากว่าและผลิตได้ง่ายกว่า เครื่องชาร์จแบตเตอรี่อินเวอร์เตอร์แบบนอกกริดที่มีหม้อแปลงสำหรับงานหนักจะมีราคาแพงกว่า ในขณะที่อินเวอร์เตอร์แบบไฮบริดและระบบแบตเตอรี่แบบ AC ควบคู่ใช้อินเวอร์เตอร์แบบไม่มีหม้อแปลงพร้อมสวิตช์ทรานซิสเตอร์ อินเวอร์เตอร์ขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบาเหล่านี้มีอัตราการกระชากและกำลังไฟฟ้าสูงสุดที่ต่ำกว่า แต่คุ้มค่ากว่า ราคาถูกกว่า และผลิตง่ายกว่า จำเป็นต้องมีพลังงานสำรองในสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่น และพลังงานแบบสแตนด์อโลนเป็นเพียงสิ่งที่ตลาดต้องการ ซึ่งรวมถึงในภูมิภาคเช่นแอฟริกาใต้ด้วย จากข้อมูลของ EIA เวลาไฟฟ้าดับโดยเฉลี่ยในสหรัฐอเมริกาในปี 2020 คือมากกว่า 8 ชั่วโมง โดยส่วนใหญ่เป็นชาวสหรัฐฯ ที่อาศัยอยู่กระจัดกระจาย ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของตารางอายุและภัยพิบัติทางธรรมชาติ การประยุกต์ใช้ระบบจำหน่ายและจัดเก็บ PV ในครัวเรือนสามารถลดการพึ่งพาโครงข่ายไฟฟ้า และเพิ่มความน่าเชื่อถือของแหล่งจ่ายไฟในฝั่งลูกค้า ระบบจัดเก็บ PV ของสหรัฐอเมริกามีขนาดใหญ่กว่าและติดตั้งแบตเตอรี่มากขึ้น เนื่องจากจำเป็นต้องกักเก็บพลังงานเพื่อตอบสนองต่อภัยพิบัติทางธรรมชาติ แหล่งจ่ายไฟอิสระเป็นความต้องการของตลาดทันที แอฟริกาใต้ ปากีสถาน เลบานอน ฟิลิปปินส์ เวียดนาม และประเทศอื่นๆ ในความตึงเครียดของห่วงโซ่อุปทานทั่วโลก โครงสร้างพื้นฐานของประเทศไม่เพียงพอที่จะรองรับประชากรที่มีไฟฟ้า ดังนั้นผู้ใช้จึงติดตั้งในครัวเรือน ระบบจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ อินเวอร์เตอร์ไฮบริดเป็นพลังงานสำรองมีข้อจำกัด เมื่อเปรียบเทียบกับอินเวอร์เตอร์แบตเตอรี่นอกกริดโดยเฉพาะ อินเวอร์เตอร์ไฮบริดมีข้อจำกัดบางประการ โดยส่วนใหญ่จะจำกัดไฟกระชากหรือกำลังไฟฟ้าสูงสุดในกรณีที่ไฟฟ้าดับ นอกจากนี้ อินเวอร์เตอร์ไฮบริดบางตัวไม่มีหรือความสามารถในการสำรองพลังงานที่จำกัด ดังนั้นจึงสามารถสำรองข้อมูลได้เฉพาะโหลดขนาดเล็กหรือจำเป็นเท่านั้น เช่น ไฟส่องสว่างและวงจรไฟฟ้าพื้นฐานในระหว่างที่ไฟฟ้าดับ และหลายระบบประสบความล่าช้า 3-5 วินาทีในระหว่างที่ไฟฟ้าดับ .