储能系统提升能源利用效率

储能系统提升能源利用效率

— 市场潜力惊人

储能系统（Energy Storage System, ESS）主要用于将一段时期内暂时不用的多余能量通过某种方式收集并储存起来，在使用高峰时再提取使用，或者运往能量紧缺的地方再使用，以便提升能源的利用效率，避免能源的浪费，这在能源短缺的现代社会来说，显得更为重要。本文将为您介绍储能系统的概念与发展现况，以及由艾睿电子提供的参考设计与各种解决方案。

储能系统解决能源短缺问题

由于能源的产生（如可再生能源中的水力发电、太阳能发电、风力发电等）经常受到时间性和空间性的限制，例如水力发电通常在夏季的发电量较大，在枯水期时则发电量较小，太阳能则只能在白天发电，到了晚上则无法发电，风力发电亦会受到季节、天候因素的影响，较难持续、稳定的发电，而人类对能源的利用量，也会受到季节、天候的影响，会出现高峰与低峰用电时间，且与上述的各种发电方式往往无法进行配合。

因此，如何将一段时间内产生的多余能源存储起来，然后再于用电高峰时间提供给电网，这种用于储能的储能系统装置，便成为当前热门的应用之一。能源储存系统可以储存多余的热能、动能、电能、位能、化学能等，改变能量的输出容量、输出地点、输出时间等，常见的储能技术包括显热储能技术、潜热储能技术、化学反应热储能技术三种。

显热储能技术是通过加热储能介质提高其温度，而将热能储存其中。常用的显热储能材料有水、土壤和岩石等。就目前来说，这是一种技术比较成熟、效率比较高、成本又比较低的储能方法。

潜热储能技术是利用储能介质液相与固相之间的相变时产生的熔解热将热能储存起来的，但是储能媒介物价格昂贵，容易腐蚀，有的介质还可能产生分解反应，储存装置也较显热型复杂，技术难度较大。

化学能存储技术则是利用能量将化学物质分解后分别储存能量，分解后的物质再化合时，即可放出储存的能量。可以利用可逆分解反应、有机可逆反应和氢化物化学反应三种技术实现，将为解决能源短缺的问题提供良好的途径。

全球储能市场正在高速增长

储能是提高电力系统可靠性、促进新能源消纳的关键技术。储能系统可以动态吸收并储存来自发电侧或电网的电能，在需要时释放，从而改变电能生产、输送和使用同步完成的模式，使得实时平衡的“刚性”电力系统变得更加“柔性”，有效提高电能质量和用电效率。

除了大型电网系统的储能应用之外，应用在家庭用户侧的储能系统（户用储能），将成为新型电力系统的重要部分，通常与户用光伏系统组合安装，为家庭用户提供电能。在白天时，光伏所发的电能优先供本地负载使用，多余的能量存储到蓄电池，在电能仍有富余的情况下可选择性并入电网；当在夜间光伏系统无法发电时，蓄电池放电提供电能供本地负载使用。户用储能系统可以提高户用光伏自发自用程度，减少用户的电费支出，并在极端天气等情况下保障用户用电的稳定性。

户用电化学储能系统通常是由电池组、电池管理系统（BMS）、储能变流器（PCS）和能量管理系统（EMS）构成，其中储能电池和变流器是价值量较高的核心环节。

目前的全球储能市场正在高速增长，用户侧储能则是重要的驱动力之一。根据弗若斯特沙利文（Frost & Sullivan）的数据，2021年全球储能系统新增装机容量达25.2GWh，同比增长133.3%，其中发电侧、电网侧和用户侧装机分别为14.4、2.7、8.1GWh。其中尤以欧洲、美国引领发展，户用储能市场迎来高速增长。

此外，在国家政策的推动下，中国的储能市场也在蓬勃的快速发展。以深圳市为例，深圳计划力推分布式光伏产业应用落地和产业创新，探路超大城市“碳达峰、碳中和”的“双碳”发电模式，其大力推广建筑光伏一体化（BIPV），力争全市新增光伏装机容量150万千瓦，并有望在2025年达500万千瓦，其发展速度极为快速，若推广到全中国的其他城市，将带来极为庞大的市场与发展机遇。

应用于住宅的光伏／太阳能储能系统

这种应用于住宅的光伏／太阳能储能系统，对于可再生能源和分布式能源发电的进一步发展至关重要，必须提供易于使用的产品来设计高效的电源转换和电池管理系统，其中系统成本和性能优化是关键驱动因素，快速上市和可靠的交付性能是关键要求。

以10kw太阳能储能系统为例，由艾睿电子推出的这款10kW DC/AC三相光伏逆变器将带电池组和双向充电系统，主要由4个模块组成，包括3相T型DC-AC逆变器块、最大功率点跟踪（MPPT）升压模块、双向电池充电系统与人机界面（HMI）模块等组成，可加速客户的产品开发设计。

其中的3相T型DC-AC逆变器的拓扑采用10kW -15KW的3电平T型逆变器，使用1200 V、75mΩ、TO247-4封装的SiC MOSFET，以及650V、45A、TO247-4封装的SiC MOSFET，还搭配安森美的NCV1117ST、CS51414的DC稳压器，安森美的NCV7357D CAN收发器、安森美的NCS20061SN2T1G放大器。

MPPT升压块的主要器件则采用了TI的TMS320C28379 MCU，1200 V、75mΩ、TO247-4封装的SiC MOSFET，以及1200V、20A、TO247-3封装的SiC二极管，还有安森美的NCS20061SN2T1G放大器与NCV1117ST33T3G、NCV1117ST50T3G的DC稳压器。

双向电池充电系统的拓扑结构则是10kW CLLLC双向DCDC电源转换器，采用了1200 V、32mΩ、TO247-4封装的主要SiC MOSFET，以及650 V、15mΩ、TO247-4封装的次要Si MOSFET，另外还搭配了安森美的隔离SiC栅极驱动器、放大器与DC稳压器，以及TI的MCU。

HMI块则支持WiFi、以太网、RS485、CAN等接口，并搭配隔离辅助电源子板，支持Vin为900~1000V DC Link Bus输入，Vout为12V/4A隔离直流输出，采用的主要器件包括安森美UC2844BD1R2G PWM控制器、1700V高压SiC MOSFET，以及安森美FDMS86101DC低压功率MOSFET，以及安森美NCP4306DADZZ同步控制器、安森美NCP431BCSNT1G参考电压、安森美FOD817A光电耦合器、安森美BCP56T1G功率晶体管，以及许多安森美二极管与Zener二极管。

高效率的双向电源转换器

艾睿电子另外还推出一款用于储能PFC的双向电源转换器，这是一个用于能量储存PFC的双向电源转换器的参考设计，它由图腾柱PFC拓扑所组成，使用SiC MOSFET在高开关频率下运行，以实现高效率并减小尺寸和重量。

该双向电源转换器在充电模式下的最大充电功率为6.6kW，额定输入电压为200Vac至265Vac 50Hz，额定输出电压则为380Vdc至580Vdc，效率则可超过98%，在反向模式下的最大逆变功率为6.6kW，逆变额定输入电压为550Vdc，逆变额定输出电压为220Vac 50Hz，效率同样超过98%。

这款用于储能PFC的双向电源转换器可用于大功率充电系统，如UPS、太阳能系统等，该评估板可帮助用户加快SiC MOSFET系统设计，并显着缩短产品开发周期。

结语

储能系统能够提升能源的利用效率，可用于电力系统的各个环节，包括发电侧、电网侧和用户侧，其中尤以用户侧的市场发展潜力最为庞大。本文介绍艾睿电子所开发的储能解决方案，将可大幅加快储能系统的开发速度，若想对这个储能系统有更进一步的了解，欢迎与艾睿电子联系以取得更多详细的信息。

审核编辑 ：李倩