Quelle: cleanenergyreview
Was ist AC- oder DC-Kopplung?
AC- oder DC-Kopplung bezieht sich auf die Art und Weise, wie Sonnenkollektoren an einen Energiespeicher oder ein Batteriesystem gekoppelt oder verbunden sind.
Die Art der elektrischen Verbindung zwischen einem Solar-Array und einer Batterie kann entweder Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) sein. AC ist, wenn der Strom schnell vorwärts und rückwärts fließt (das ist, was das Stromnetz verwendet, um zu arbeiten) und DC ist, wo der Strom in eine Richtung fließt. Die meisten elektronischen Schaltungen verwenden GLEICHstrom, während Sonnenkollektoren Gleichstrom produzieren und Batterien GLEICHstrom energiespeichern. Die meisten elektrischen Geräte arbeiten jedoch mit Wechselstrom. Aus diesem Grund haben alle Haushalte und Unternehmen Wechselstromschaltungen. DC kann mit einem Wechselrichter in Wechselrichter umgewandelt werden, aber, wie unten erläutert, geht bei der Umwandlung immer etwas Energie verloren.
Die Solarbatterie-Evolution
Einfache DC-gekoppelte Solarbatteriesysteme wurden einst nur für Remote-Stromsysteme und netzunabhängige Häuser verwendet, aber in den letzten zehn Jahren entwickelte sich die Wechselrichtertechnologie schnell und führte zur Entwicklung neuer AC-gekoppelter Energiespeicherkonfigurationen. Dc-gekoppelte Systeme sind jedoch noch lange nicht tot, tatsächlich ist das Laden eines Batteriesystems mit einem Solarladeregler oder einem Hybrid-Solarwechselrichter immer noch die effizienteste verfügbare Methode.
In den letzten Jahren hat sich die Batterietechnologie erheblich verbessert, da viele neue Lithium-Batterietypen entstehen, da Hersteller verschiedene Möglichkeiten erkunden, Batterien neuen oder bestehenden Solarsystemen hinzuzufügen oder zu koppeln. Die ursprüngliche Tesla Powerwall war das erste "Hochspannungs"-DC-Batteriesystem. Seitdem werden Hochspannungsbatterien (200-500V) immer beliebter und werden mit spezialisierten Hybridwechselrichtern eingesetzt. In jüngerer Zeit wurden AC-Batterien von vielen führenden Solarherstellern wie Tesla, Sonnen und Enphase entwickelt.
Mit den vielen komplexen Varianten von Batteriespeichersystemen, die jetzt verfügbar sind, erklären wir hier die Vor- und Nachteile jedes Typs.
Die 4 Haupt-Solarbatterie-Systemtypen
DC-gekoppelte Systeme
AC-gekoppelte Systeme
AC-Batteriesysteme
Hybrid-Wechselrichtersysteme
Hinweis: Es werden in der Regel nur DC- oder AC-gekoppelte Systeme für netzunabhängige Solaranlagen verwendet. Wir erklären die Gründe, warum unten, sowie ein Vergleich von AC vs DC gekoppelt solar für off-grid Stromsysteme.
Wichtig: Dies ist nur ein Leitfaden! Weniger technische Informationen finden Sie in der grundlegenden Anleitung zur Auswahl von Heimnetz- oder Off-Grid-Solarbatteriesystem. Solar- und Batteriespeicher müssen von einem lizenzierten Elektro-/Solarfachmann installiert werden. Solar-/Energiespeicher erzeugen und speichern große Energiemengen, die zu Schäden oder schweren Verletzungen führen können, wenn die Anlage nicht alle relevanten Vorschriften, Standards und Branchenrichtlinien erfüllt.
1. DC gekoppelte Systeme
DC-gekoppelte Systeme werden seit Jahrzehnten in netzverstromten Solaranlagen und Fahrzeug-/Bootssystemen mit geringer Kapazität eingesetzt. Die gängigsten DC-gekoppelten Systeme verwenden Solarladeregler (auch als Solarregler bekannt), um eine Batterie direkt von Solar zu laden, sowie einen Batteriewechselrichter, um die Haushaltsgeräte mit Wechselstrom zu versorgen.
Grundlegendes Layoutdiagramm eines netzgekoppelten (off-grid) Solarbatteriesystems
Für Mikrosysteme, wie sie in Wohnwagen/Booten oder Hütten verwendet werden, sind die einfachen Solarregler vom Typ PWM sehr kostengünstig, um 1 oder 2 Solarmodule zum Laden einer 12-Volt-Batterie anzuschließen. PWM-Controller (Pulsbreitenmodulation) gibt es in vielen verschiedenen Größen und kosten für eine kleine 10A-Version nur 25 US-Dollar.
Bei größeren Systemen sind MPPT-Solarladeregler bis zu 30 % effizienter und in einer Reihe von Größen bis zu 100A erhältlich. Im Gegensatz zu den einfachen PWM-Controllern können MPPT-Systeme mit viel höheren Stringspannungen arbeiten, in der Regel bis zu 150 Volt DC. Allerdings ist dies immer noch relativ niedrig im Vergleich zu Grid-tie Solar String Wechselrichter, die 300-600V betreiben.
Hochspannungs-MPPT-Solarladeregler
Leistungsstärkere Solarregler mit höherer Spannung sind verfügbar; bis zu 250V von Victron Energy und 300V von AERL in Australien. Noch höhere 600V-Einheiten gibt es bei Schneider Electric und Morningstar. Diese sind viel teurer und haben nicht mehrere MPPPs-Eingänge wie viele Solar-String-Wechselrichter, die in AC-gekoppelten Systemen verwendet werden. MpPT-Laderegler sind jedoch immer noch eine relativ kostengünstige und sehr sichere Möglichkeit, sicherzustellen, dass Batterien auch im Falle einer Abschaltung des Wechselrichters aufgeladen werden - dies ist besonders an abgelegenen Orten wichtig.
Vorteile
Sehr hohe Effizienz - bis zu 99% Batterieladeeffizienz (mit MPPT)
Günstige S-Setup für kleinere Off-Grid-Systeme bis 5kW
Ideal für kleine Auto- oder Meeressysteme, die nur 1 - 2 Sonnenkollektoren benötigen.
Modular - Zusätzliche Paneele und Steuerungen können bei Bedarf einfach hinzugefügt werden.
Sehr effizient für die Stromversorgung von DC-Geräten und -Lasten.
Wenn ein Stromdienstleister die zulässige Kapazität von Netz-Tie-Solar (d.h. 5kW max) einschränkt oder einschränkt, kann durch Gleichstromkopplung eines Batteriesystems zusätzliche Solarenergie hinzugefügt werden.
Nachteile
Komplexere Einrichtung von Systemen über 5kW, da oft mehrere Zeichenfolgen parallel benötigt werden, plus String-Verschmelzung.
Kann für Systeme über 5kW teuer werden, da mehrere Hochspannungs-Solarladungsregler erforderlich sind.
Etwas geringerer Wirkungsgrad bei starker Stromversorgung großer Wechselstromlasten während des Tages durch die Umstellung von DC(PV) auf DC(batt) in AC.
Viele Solarregler sind nicht mit "verwalteten" Lithium-Batteriesystemen wie dem LG Chem RESU oder der BYD B-Box kompatibel.
2. AC-gekoppelte Systeme
AC-gekoppelte Systeme verwenden einen String-Solarwechselrichter in Verbindung mit einem fortschrittlichen Multimode-Wechselrichter oder Wechselrichter/Ladegerät, um die Batterie und das Netz/Generator zu verwalten. Obwohl relativ einfach einzurichten und sehr leistungsstark, sind sie etwas weniger effizient (90-94%) beim Laden einer Batterie im Vergleich zu DC-gekoppelten Systemen (98%). Diese Systeme sind jedoch sehr effizient bei der Stromversorgung hoher Wechselstromlasten während des Tages und einige können mit mehreren Solarwechselrichtern zu Mikronetzen erweitert werden.
Grundlegendes Layoutdiagramm eines AC-gekoppelten Solarbatteriesystems - Grid-tie (Hybrid) Setup
Die meisten modernen Off-Grid-Häuser verwenden AC-gekoppelte Systeme aufgrund der fortschrittlichen Multimode-Wechselrichter/-ladegeräte, Generatorsteuerungen und Energiemanagement-Funktionen. Da auch String-Solarwechselrichter mit hohen DC-Spannungen (600V oder höher) arbeiten, können größere Solar-Arrays einfach installiert werden. Ac-Kupplung ist auch gut geeignet für mittlere bis große 3-Phasen-Handelssysteme.
Vorteile
Höhere Effizienz bei der Stromversorgung von Wechselstromgeräten während des Tages wie Klimaanlagen, Poolpumpen und Warmwassersysteme (bis zu 96 %).
Im Allgemeinen niedrigere Installationskosten für größere Systeme über 5kW.
Kann mehrere String-Solarwechselrichter an mehreren Standorten verwenden (AC-gekoppelte Mikrogitter)
Die meisten String-Solarwechselrichter über 3kW haben zwei MPPT-Eingänge, so dass Panels in verschiedenen Ausrichtungen und Neigungswinkeln installiert werden können.
Erweiterte AC-gekoppelte Systeme können eine Kombination aus AC- und DC-Kopplung verwenden (Hinweis: Dies ist bei einigen Lithium-Batterien nicht möglich)
Nachteile
Geringerer Wirkungsgrad beim Laden eines Batteriesystems - ca. 92%
Qualität SolarWechselrichter können für kleine Systeme teuer sein.
Geringerer Wirkungsgrad bei der Stromversorgung direkter Gleichstromlasten während des Tages.
3. AC-Batterien
AC-Batterien sind eine neue Entwicklung im Batteriespeicher für netzgekoppelte Häuser, die es ermöglichen, Batterien einfach an Ihre neue oder bestehende Solaranlage zu koppeln. Ac-Batterien bestehen aus Lithium-Batteriezellen, einem Batteriemanagementsystem (BMS) und Wechselrichter/Ladegerät in einer kompakten Einheit.
Diese Systeme kombinieren eine DC-Batterie mit einem Wechselstrom-Batterie-Wechselrichter, sind aber nur für netzgekoppelte Systeme ausgelegt, da die (transformatorlosen) Wechselrichter in der Regel nicht leistungsfähig genug sind, um die meisten Haushalte vollständig netzfern zu betreiben. Die bekannteste AC-Batterie ist die Tesla Powerwall 2, zusammen mit der SonnenBatterie, die in Europa und Australien häufiger ist. Das führende Mikro-Wechselrichter-Unternehmen Enphase Energy stellt auch ein sehr kompaktes AC-Batteriesystem für den Heimgebrauch. Diese Systeme sind in der Regel einfach zu installieren, modular und eine der wirtschaftlichsten Optionen für die Speicherung von Solarenergie für die spätere Verwendung.
Grundlegendes Layoutdiagramm einer AC-Batterie gekoppelt mit einem AC-Solarsystem - Grid-tie (kein Backup gezeigt)
AC gekoppelte Batteriewechselrichter
Ein neuerer Trend ist die Verwendung eines "Retrofit"-Wechselrichters für die Batteriebatterie. Diese Systeme verwenden einen speziellen AC-gekoppelten Batteriewechselrichter wie den SMA Sunny Boy Speicher zusammen mit einer gemeinsamen DC-Batterie wie die beliebte LG chem RESU.
Vorteile
Einfache Nachrüstung - kann mit einer vorhandenen Solaranlage zu Haushalten hinzugefügt werden
Wirtschaftliche Möglichkeit, Energiespeicher hinzuzufügen.
Im Allgemeinen einfach zu installieren.
Modulares System zur Erweiterung.
Nachteile
Geringerer Wirkungsgrad durch Umwandlung (DC - AC - DC) - ca. 90%
Einige AC-Batterien können nicht als Back-up-Versorgung (Enphase) fungieren
Nicht für netzunabhängige Installationen ausgelegt.
4. Hybrid-Wechselrichtersysteme
Hybridsysteme können als netzgekoppelte DC-gekoppelte Solarbatteriesysteme bezeichnet werden. Sie sind in vielen verschiedenen Konfigurationen zu finden und verwenden in der Regel einen Hybrid- oder Multimode-Wechselrichter. Moderne Hybridwechselrichter verfügen über Hochspannungs-MPPT-Controller/-s und Batteriewechselrichter/-ladegeräte in einer gemeinsamen Einheit. Die Hybridwechselrichter der ersten Generation waren mit 48V Blei-Säure- oder Lithium-Batteriesystemen kompatibel, aber in den letzten Jahren sind höhere Spannungs-Hybridsysteme (400V+) immer beliebter geworden.
Hochspannung oder Niederspannung? Die neuen Generation von Hochspannungsbatterien arbeitet im Bereich von 300-500V DC (400V nominal) im Gegensatz zu den herkömmlichen 48V Batteriesystemen. Dies bietet mehrere Vorteile, einschließlich erhöhter Effizienz, da die Solaranlage in der Regel mit 300-600V arbeitet, was der Batteriespannung sehr ähnlich ist.
Die Neuen Generation von Hochspannungsbatterien (400V) und kompatible Hybridwechselrichter verwenden Lithium-Batteriesysteme, die zwischen 200-500V DC statt 48V arbeiten. Hochspannungsbatterien können auf zwei verschiedene Arten konfiguriert werden:
DC gekoppelt zwischen Solar-Array und Wechselrichter.
DC direkt an einen kompatiblen Hybridwechselrichter gekoppelt (siehe unten).
Da die meisten Solaranlagen mit hochfrequenten Spannungen um 300-600V arbeiten, verwenden Hochspannungsbatterien effiziente DC-DC-Wandler mit sehr geringen Verlusten. Die erste Generation Tesla Powerwall war die erste 400V Batterie auf dem Markt und wurde mit dem beliebten SolarEdge Storedge Hybrid-Wechselrichter verkleben.
Die neue LG chem RESUH Batterieserie ist jetzt eines der beliebtesten LV 400V Batteriesysteme auf dem Markt und kompatibel mit vielen Hybrid-Wechselrichtern, einschließlich SolarEdge Storedge, SMA Sunny Boy Storage und Solax X-hybrid Gen 3.
Grundlayout-Diagramm eines Hybrid-Solarwechselrichters mit DC-Batteriesystem
Vorteile
Wirtschaftlich und einfach zu installieren
Kompakte, modulare Batterieoptionen
Kleinere Kabelgröße und geringe Verluste durch Hochspannung (400V Batteriesysteme)
Kann auf "einige" bestehende Solaranlagen nachgerüstet werden.
Hocheffiziente Batterieladung - ca. 95%
Immer mehr Hybridwechselrichter verfügbar
Nachteile
Einige Systeme können nicht als Back-up-Netzteil fungieren
Viele Systeme mit Back-up haben eine Verzögerung von 3-5 Sekunden während eines Blackouts
Im Allgemeinen nicht für netzunabhängige Installationen durch transformatorlose Hybridwechselrichter mit geringer Überspannungsleistung und ohne Generatorsteuerung geeignet.