AC- и DC-coupling
Когда на объекте есть и солнце, и накопитель, их можно связать двумя способами. Выбор делается один раз на этапе проекта и потом определяет КПД системы на пятнадцать лет вперёд.
Две схемы в двух абзацах
DC-coupling. Солнечные панели подключаются к тому же гибридному инвертору, что и батарея, через встроенные MPPT-контроллеры. Энергия от панелей идёт в батарею напрямую по постоянному току, без промежуточных преобразований.
AC-coupling. У панелей свой сетевой инвертор, у батареи свой гибридный. Оба работают на общую шину 380 вольт. Энергия от панелей сначала превращается в переменный ток, потом обратно в постоянный для заряда батареи.
Где теряется КПД
Каждое преобразование стоит процентов. Посчитаем путь энергии от панели до батареи.
| Путь энергии | DC-coupling | AC-coupling |
|---|---|---|
| Панель → батарея | одно преобразование, ≈ 97 % | два преобразования, ≈ 92 % |
| Панель → нагрузка | два преобразования, ≈ 95 % | одно преобразование, ≈ 97 % |
| Батарея → нагрузка | одно преобразование, ≈ 97 % | одно преобразование, ≈ 97 % |
Из таблицы виден нюанс, который часто упускают. DC-схема выигрывает, когда солнце в основном заряжает батарею. AC-схема выигрывает, когда солнце в основном идёт прямо в нагрузку.
Значит, выбор зависит не от вкуса инженера, а от того, как у вас совпадают график выработки и график потребления. На заводе с дневной сменой солнце идёт в нагрузку — лучше AC. На объекте с ночным потреблением солнце копится в батарее — лучше DC.
Схема выбирается не по КПД инвертора, а по совпадению графиков.
Что ещё отличается
Модернизация существующей станции
Если солнечная станция уже работает, AC-coupling — практически единственный вариант. Добавляется отдельный гибридный инвертор с батареей, существующее оборудование не трогается. При DC-схеме пришлось бы менять инвертор станции целиком.
Масштабирование
AC проще: добавили ещё один инвертор с батареей на ту же шину. В DC упираетесь в число входов одного устройства.
Надёжность
В DC гибридный инвертор — единая точка отказа. Сгорел он — нет ни солнца, ни батареи, объект остаётся на голой сети. В AC отказ одного устройства оставляет второе в работе, и это заметно на объектах, где резерв нужен именно ради непрерывности. Мы закладываем этот аргумент в проект раньше, чем считаем киловатт-часы.
Стоимость
DC дешевле на новых объектах: одно устройство вместо двух. AC дороже, но не требует переделки того, что уже стоит.
Работа при отключении сети
Тонкий момент, о котором вспоминают поздно. В AC-схеме при пропадании сети сетевой инвертор панелей выключится, если гибридный не умеет формировать для него опорную сеть. Такая функция есть не у всех и не всегда работает со сторонними инверторами. В DC-схеме проблемы нет: панели работают, пока светит солнце.
Выбираете AC-coupling и хотите, чтобы солнце работало в автономном режиме? Проверьте две вещи. Умеет ли гибридный инвертор формировать опорную сеть. И совместим ли с ним ваш сетевой инвертор по протоколу управления частотой. Иначе в автономии панели просто отключатся.
Как выбрать за четыре шага
- Солнечная станция уже есть? Если да, почти наверняка AC-coupling.
- Когда потребляется энергия? Днём одновременно с выработкой — AC. Вечером и ночью — DC.
- Планируется ли расширение? Если да, AC даёт больше свободы.
- Нужно ли солнце в автономном режиме? Если да и схема AC, проверяйте совместимость инверторов по формированию опорной сети.
Гибридные варианты
На крупных объектах встречается смешанная схема: часть панелей подключена по DC к гибридному инвертору, часть — через отдельные сетевые инверторы по AC. Так делают, когда солнечная станция строится очередями или когда массивы разнесены географически и тянуть постоянный ток дорого.
Схема рабочая, но требует внимательной настройки приоритетов в EMS: без этого два источника начинают конкурировать за заряд батареи и работать неоптимально.
Выбор схемы по цене оборудования без учёта графиков потребления. Разница в КПД в 5 % на горизонте пятнадцати лет — это заметная сумма, часто больше, чем экономия при покупке. Считать надо по годовой выработке и профилю нагрузки, а не по прайсу.
Короткие ответы
Какая схема лучше для предприятия с дневной сменой?
Обычно AC-coupling. Днём солнце работает одновременно с производством, и энергия идёт прямо в нагрузку через одно преобразование. Батарея заряжается излишками и обеденными провалами, а это меньшая часть выработки. Плюс AC проще расширять и модернизировать.
Можно ли перейти с одной схемы на другую?
С DC на AC — да, добавлением отдельного сетевого инвертора для части панелей. Обратный переход означает замену инвертора станции — это уже новый проект. Поэтому схему выбирают на старте и с запасом на планы развития.
Сколько теряется на двойном преобразовании?
Около 4–6 % от энергии, которая проходит путь «панель → батарея». Если через батарею идёт треть годовой выработки, суммарная потеря по системе — примерно 1,5–2 %. Немного в процентах, но на горизонте пятнадцати лет считается в реальные деньги, и в ТЭО мы это учитываем.
Что выбрать, если объект автономный?
Чаще DC-coupling. В островном режиме солнце в основном заряжает батарею, а не питает нагрузку напрямую, поэтому выигрывает схема с одним преобразованием. Плюс нет зависимости от способности гибридного инвертора формировать опорную сеть для стороннего сетевого инвертора.