碳化硅——提高了家用存储系统的效率

gaosmile

为了满足气候变化和德国能源转型的不断变化的需求，以及应对最终用户不断上涨的能源成本，越来越多的家庭正在向其光伏系统添加家用存储系统。光伏家用存储的一个主要挑战是，在强烈的阳光下，几个小时内就可以对电池充电，然后在很长的时间内，以非常低的功率或部分负载将其放电。因此，家庭存储系统中的电池逆变器应在尽可能大的功率范围内具有较高的转换效率。在2017年开始的HyBaG项目中，弗劳恩霍夫太阳能系统研究所ISE与Kaco New Energy和STS-Spezial-Transformatoren Stockach合作开发了一种低损耗混合逆变器，即使在部分负载下也能高效运行。有了新的逆变器，储能系统可以为可再生能源存储，电网稳定和减少CO2排放做出重要贡献。为此，必须在效率，成本和持续使用资源方面对系统进行优化。该HyBaG项目合作伙伴已开发出满足最高要求的光伏家庭存储系统演示器。在这个项目中，弗劳恩霍夫（Fraunhofer）ISE开发了包括创新和决定性控制技术在内的高效紧凑型电池充电器。Fraunhofer ISE在该项目中的主要工作是开发紧凑型和模块化的电池控制器。这可以通过使用新型氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）功率组件来实现。这些现代的Transister Bridge电路是现代电池充电器的核心，可实现更快的开关速度和更低的损耗。

优化部分负荷效率

在项目中，通过仿真研究了各种优化局部负荷效率的方法。然后使用最佳结果概念构建原型。电力电子设备的硬件和控制软件均已优化。研究了不同的电路拓扑，并在低功率水平下评估了它们的部分负载效率。考虑到各种参数，选择并构造了用于高压电池控制器的交错式转换器。这样就可以通过激活或停用单个转换器电桥来将功率范围专门调整为三分之一，三分之二或满额定功率。对于非常低的功率水平，具有可变开关频率和最小可能损耗的附加操作模式（间隙限制模式）和具有一相的脉动模式（突发模式），在该模式下，转换器仅在10％的时间内处于活动状态。Fraunhofer ISE项目经理Cornelius Armbruster解释说：“这可以显着提高部分负载效率，因为它减少了对部分负载范围内的效率产生重大影响的控制损耗和空载损耗。” 如果并非所有相都同时运行，则建议交替运行各个相，以实现均匀的热负荷。显示最佳效率的调制方法因功率范围而异。在该项目内，开发并实施了一种运行管理，其效率针对不同的功率范围进行了优化。

通过优化部分负载效率，可以节省大量资金

在批量生产中，基于碳化硅组件的家庭存储系统如今可以几乎没有额外成本地投放市场。目前，很少进行部分负荷运转时的效率优化。对市场上可用的家用存储系统进行的粗略比较显示，这些系统之间仍然存在相当大的差异。“造成这些差异的一个主要因素是部分负载范围内的损耗，”负责项目中电池充电器优化的Leonhard Probst解释说。很好的家庭存储系统损失较少。在HyBaG项目中进行的模拟估计，每年可节省150至250欧元。

优异的成绩

每年与杜塞尔多夫展览公司和《欧洲储能光伏》杂志合作出版的《储能亮点》特别版由专家评审团评判储能技术领域的顶级创新，弗劳恩霍夫的电池团队是入选该奖项的五个“千兆瓦”获奖者之一年：“这一认可证实了我们研究结果的重要性。通过我们的研究，我们希望能够帮助行业更好地利用其系统的优化潜力。”

朝这个方向迈出的重要一步是德国联邦储能系统协会（BVES）发布的能效指南，该指南定义了用于测量和确定家用储能系统能效的统一程序。透明测量条件的建立使各个系统可以进行比较。

作为电池存储，电力电子和控制技术的专家，Fraunhofer ISE在家庭存储系统的测量和优化方面提供专业知识。在我们认可的实验室（根据DIN EN ISO / IEC 17025：2018认证）中，电池系统是根据效率准则进行测量的。

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