מערכת המרת אנרגיה (PCS), כציוד מפתח במערכות אחסון אנרגיה, ניתן לחלק לשלוש קטגוריות המבוססות על תרחישי יישומים שונים: PCS אחסון גדול, PCS אחסון תעשייתי ומסחרי ומחשבי אחסון ביתיים. ישנם הבדלים משמעותיים בין שלושת סוגי ה-PCS הללו מבחינת סולם הספק, תרחישי יישומים, דרישות טכניות ומחיר עלות.
1. מחשבי אחסון גדולים
רמת הספק:רמת ההספק של מחשבי אחסון גדולים היא בדרך כלל גבוהה, ומגיעה לרמת MW, ואפילו עד 100MW או יותר. סוג זה של PCS מתאים לתחנות כוח גדולות לאגירת אנרגיה ויכול להתמודד עם צרכי המרת אנרגיה בקנה מידה גדול.
יעילות המרה:הדרישות גבוהות במיוחד, ובדרך כלל שומרים על יעילות המרה של מעל 95% כדי להפחית את אובדן האנרגיה ולשפר את הכלכלה של מערכות אגירת אנרגיה.
מהירות תגובה:עם יכולת תגובה מהירה, הוא יכול להתאים את כוח הטעינה והפריקה בתוך אלפיות שניות כדי להבטיח את היציבות של רשת החשמל.
תאימות מערכת:הוא תואם היטב למערכות סוללות אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול ולרשתות חשמל מורכבות, תוך התאמה למאפייני הסוללה השונים ולדרישות הגישה לרשת.
דוּגמָה:
טווח הספק:10MW-100MW
יְעִילוּת:גדול או שווה ל-95%
זמן תגובה:< 10ms
טווח מתח כניסה:700VDC -1500VDC
רמת מתח פלט:35kV ומעלה
זמן ממוצע בין תקלות (MTBF):>100000 שעות
2. מחשבי אחסון תעשייתיים ומסחריים
טווח הספק:ההספק הוא בדרך כלל בין עשרות קילוואט למספר מגוואט, מתאים לתרחישי משתמשים תעשייתיים ומסחריים.
אֲמִינוּת:באמינות גבוהה, היא שואפת לצמצם את זמן ההשבתה עקב תקלות, לענות על הצרכים של ייצור או תפעול רציף, ויש לו זמן ממוצע ארוך יותר בין תקלות.
מאפיינים פונקציונליים:בהשוואה למחשבי אחסון גדולים, הפונקציות שלו פשוטות יחסית, אך ניתנות להתאמה יותר; חלק מהמוצרים משלבים גם פונקציונליות של BMS (מערכת ניהול סוללות). בנוסף, יש לו גם פונקציות תומכות רשת מסוימות, כגון ויסות תדר ראשי ושיגור מהיר של עומסי רשת מקור.
דוּגמָה:
טווח הספק:50kW -2MW
יְעִילוּת: 90% -94%
זמן תגובה:< 20ms
טווח מתח כניסה:500VDC -800VDC
רמת מתח פלט:400VAC/690VAC
MTBF:>50000 שעות
3. מחשבי אחסון ביתיים
סולם כוח:ההספק קטן יחסית, בדרך כלל בין קילוואט בודדים לתריסר קילוואט, המשמש בעיקר לאחסון אנרגיה פוטו-וולטאית ביתית ואספקת חשמל חירום.
בְּטִיחוּת:דגש על ביצועי בטיחות, מצויד במערכת ניהול סוללות מקיפה למניעת טעינת יתר, פריקת יתר, קצר חשמלי ומצבים אחרים, תוך הבטחת בטיחות המשתמשים הביתיים.
שְׁמִישׁוּת:קל לתפעול, קל לתחזוקה, עם ממשק משתמש אינטואיטיבי, קל להתקנה ולשילוב במערכות חשמל ביתיות.
דוּגמָה:
טווח הספק:3kW-15kW
יְעִילוּת:85% -92%
זמן תגובה:< 50ms
טווח מתח כניסה:200VDC -500VDC
רמת מתח פלט:230VAC
MTBF:>30000 שעות
עבור PCS בשלושה תרחישי יישומים שונים של אחסון גדול, אחסון תעשייתי ומסחרי ואחסון ביתי, הם מאמצים אסטרטגיות ואמצעים טכניים דומים אך שונים כאשר הם מתמודדים עם מצבים חריגים כגון טעינת יתר, פריקת יתר וקצר חשמלי.
1. הגנת טעינת יתר
אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול:בשל השימוש בסוללות מסוג אנרגיה בתחנות כוח גדולות לאגירת אנרגיה והצורך במתן שירותי עזר כוח, הדרישות למערכות ניהול סוללות (BMS) גבוהות מאוד. ה-BMS ינטר ברציפות את מידע המצב של כל יחידת סוללה. ברגע שהיא מזהה שיחידת סוללה מתקרבת למצב טעון מלא או שהמתח חורג מהסף שנקבע, היא תפסיק מיד לטעון את יחידת הסוללה דרך PCS ותוציא אזעקה כדי להודיע למפעיל לבדוק את הבעיה. בנוסף, כמה PCS מתקדמים תומכים גם בפונקציית בקרת איזון SOC, אשר מונעת במידה מסוימת התרחשות של טעינת יתר הנגרמת מטעינה לא אחידה של תאי סוללה בודדים.
אחסון אנרגיה תעשייתי ומסחרי:ה-BMS במערכות אחסון אנרגיה תעשייתיות ומסחריות מספק גם מנגנוני הגנה מפני טעינת יתר כדי להבטיח שטעינת יתר לא תפגע בחיי הסוללה או תגרום לתאונות בטיחות. כאשר PCS מקבל את אות טעינת היתר שנשלח על ידי BMS, הוא יתאים במהירות את מצב העבודה שלו, כגון הפחתת הספק המבוא עד שכניסת החשמל מנותקת לחלוטין כדי למנוע טעינה נוספת.
אחסון ביתי:אבטחה חשובה במיוחד עבור משתמשים ביתיים. לכן, למחשב האחסון הביתי יש לא רק לוגיקה קפדנית של הגנה מפני טעינת יתר, אלא גם משלב לעתים קרובות אלגוריתמים חכמים כדי לייעל את תהליך הטעינה, מה שמבטיח מניעה יעילה של סיכוני טעינת יתר גם במצבים בלתי מאוישים. אם מתרחשת טעינת יתר, PCS יפסיק את הטעינה אוטומטית ויעלה מידע אזעקה רלוונטי לפלטפורמת הענן כדי שמשתמשים יוכלו לצפות בהם.
2. הגנה מפני פריקת יתר
אחסון גדול:על מנת להבטיח תפוקה יציבה של אנרגיה חשמלית מתחנות אחסון אנרגיה לאורך תקופה ארוכה, יש צורך לשלוט בקפדנות על עומק הפריקה המינימלי המותר של הסוללה. BMS ינטר את מצב הטעינה הכולל (SOC) של ערכת הסוללות בזמן אמת בהתבסס על פרמטרים מוגדרים מראש, ותפעיל את PCS לבצע פעולות הגנה מתאימות לפני ש-SOC יורד לערך קריטי, כגון הגבלת כוח פריקה או אפילו השהיית פעולות פריקה , עד ש-SOC יחזור לטווח בטוח.
אחסון אנרגיה תעשייתי ומסחרי:למערכות אחסון אנרגיה תעשייתיות ומסחריות יש גם אמצעים דומים להגנה מפני פריקה, אך בהתחשב במחזורי הטעינה והפריקה התכופים ביישומים מעשיים, חלק מהמוצרים היוקרתיים יציגו אסטרטגיות ניהול מעודנות יותר, כגון התאמה דינמית של גבולות SOC עליונים ותחתונים, יישום קיבולת כיול וכו', על מנת לשמור טוב יותר על בריאות הסוללה.
אחסון ביתי:מחשבי אחסון ביתיים מייחסים חשיבות רבה גם להגנה מפני פריקת יתר, במיוחד בסביבות ביתיות הנשענות על אחסון אנרגיה לאספקת חשמל בתנאי תאורה חלשה בלילה. הוא יכול לקבוע במדויק מתי לסיים את תהליך הפריקה ולהשיג את המטרה של תעדוף שימוש באנרגיה נקייה במהלך היום באמצעות הצמדה למערכת הפוטו-וולטאית, להפחית את האפשרות לפריקה עמוקה בלילה.
3. הגנה מפני קצר חשמלי
אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול:בהתחשב במבנה החיבור החשמלי המורכב בתוך תחנות כוח גדולות לאגירת אנרגיה, לכל תקלת קצר חשמלית יכולה להיות השלכות חמורות. לכן, עיצוב PCS מקדיש תשומת לב מיוחדת לשיפור ההתנגדות שלו לקצר, כולל אך לא רק הגדרת נתיכים בעלי ביצועים גבוהים, מפסקי זרם מהירים ומתקני חומרה אחרים; יחד עם זאת, בשילוב עם תוכנות בקרת אבטחה ברמת התוכנה, ניתן לזהות ולבודד אזורים פגומים בפרק זמן קצר מאוד, תוך מזעור הפסדים עד כמה שניתן.
אחסון אנרגיה תעשייתי ומסחרי:מערכות אחסון אנרגיה תעשייתיות ומסחריות עומדות גם בפני סיכון של קצר חשמלי, במיוחד כאשר מספר PCS פועל במקביל. כדי לפתור בעיה זו, בנוסף לנתיכים ומפסקי חשמל קונבנציונליים, PCS מודרניים מאמצים גם שיטות חכמות יותר להגנה מפני קצר חשמלי, כגון שימוש בחיישני זרם כדי ללכוד במהירות תנודות חריגות ולהגיב בזמן באמצעות מעגלי הגנה מובנים. כגון סגירת ערוצי פלט והפעלת מכשירי קירור חירום.
אחסון ביתי:לאחסון ביתי, בהתחשב בסביבת ההתקנה המפוזרת ומומחיות המשתמש המוגבלת, ה-PCS תוכנן מתוך מחשבה על קלות שימוש ואמינות מההתחלה. בנוסף לפונקציות בסיסיות להגנה מפני קצר חשמלי, מוצרים רבים משלבים גם עיצובים מיותרים כגון נתיכים דו-שכבתיים והגנות הארקה מרובות כדי להבטיח הגנה מרבית על בטיחות המשתמשים והרכוש גם במקרה של מצבים בלתי צפויים.