AC vs. DC trong các tòa nhà dân cư được trang bị hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển đã so sánh tiềm năng tiết kiệm năng lượng của hệ thống phân phối dòng điện xoay chiều (AC) và dòng điện một chiều (DC) cho các tòa nhà dân cư được trang bị hệ thống lưu trữ pin và PV. Đặc biệt, họ đã xem xét liệu các thiết lập DC có thể dẫn đến tổn thất năng lượng thấp hơn hay không.

Nhà nghiên cứu Patrik Ollas cho biết: “Một khía cạnh rút ra từ nghiên cứu này là chúng tôi có thể trình bày các khoản tiết kiệm tổn thất được mô hình hóa với phân phối DC cho khí hậu Bắc Âu với – trung bình – bức xạ thấp hơn”.tạp chí pv. "Ngoài ra, hiệu quả - và sự cần thiết đã được chứng minh - của PV và bộ lưu trữ pin để đạt được mức tiết kiệm năng lượng với DC."

Để phân tích hiệu suất hàng ngày và theo mùa của hai cấu trúc liên kết, các nhà khoa học đã sử dụng bộ dữ liệu cả năm về mức sử dụng tải, tạo PV, đặc tính hiệu quả phụ thuộc vào tải của bộ chuyển đổi điện tử công suất (PEC) và bộ lưu trữ pin. Họ đã xem xét các cấu hình AC và DC cho một tòa nhà có lắp đặt hệ thống lưu trữ cộng với năng lượng mặt trời 3,6 kW hướng nam ở góc nghiêng 45 độ. Họ cho rằng tòa nhà có không gian và hệ thống sưởi nước nóng trong nhà thông qua một máy bơm nhiệt nguồn đất.

Các nhà khoa học cho biết: “Các phép đo riêng lẻ đã thu được cho các thiết bị sau: máy bơm nhiệt nguồn mặt đất, hệ thống thông gió, máy bơm nước và sản xuất điện mặt trời”, đồng thời lưu ý rằng nhu cầu phụ tải hàng năm là 6.354 kWh, trong đó điện mặt trời tạo ra 3.113 kWh. "Nghiên cứu này được thực hiện cho một tòa nhà nối lưới; một bộ chuyển đổi AC/DC hai chiều là cần thiết để tương tác với lưới điện."

Công việc đã xem xét bốn cấu trúc liên kết hệ thống khác nhau: AC—230 VAC với hiệu suất phụ thuộc vào tải, DC1—380 VDC với hiệu suất phụ thuộc vào tải, DC2—380 VDC với hiệu suất bộ chuyển đổi cố định và DC3—380 và 20 VDC với hiệu suất phụ thuộc vào tải.

Nhóm nghiên cứu cho biết: “Mức điện áp phụ 20 VDC đã được thêm vào DC1 và DC2 để cung cấp cho các phụ tải nhỏ hơn và chiếu sáng thông qua bộ chuyển đổi DC/DC trung tâm.

Họ phát hiện ra rằng tổn thất của bộ chuyển đổi hai chiều khác nhau đáng kể khi được mô hình hóa với các đặc tính hiệu suất cố định và phụ thuộc vào tải. Họ cũng phát hiện ra rằng cấu trúc liên kết DC có thể đạt được mức tiết kiệm năng lượng ngay cả khi không bao gồm PV hoặc bộ lưu trữ pin.

Họ cho biết: “Mức tổn thất của bộ biến đổi nối lưới sử dụng phương pháp hiệu suất không đổi (DC2) thấp hơn 34% so với tổn thất trong trường hợp thực hiện hiệu quả phụ thuộc vào tải (DC1)”. "Các giá trị hiệu quả hệ thống của các hệ thống tương ứng (AC và DC1−3) lần lượt là 95,3, 94,3, 95,8 và 93,7 phần trăm."

Nhóm đã kết luận rằng thiết lập DC không đưa ra một lựa chọn thuận lợi về mặt giảm tổn thất nếu không bao gồm hệ thống PV và pin.

Ollas kết luận: “Trong bối cảnh khoa học hơn, sai lầm khi sử dụng hiệu suất không đổi cho cả pin và bộ chuyển đổi điện tử năng lượng đã được nêu rõ. "Ngoài ra, mức tiết kiệm đáng kể nhất đạt được khi nguồn PV được cung cấp trực tiếp cho tải hoặc thông qua bộ lưu trữ pin. Tôi thừa nhận rằng phân phối DC trong các tòa nhà là một ứng dụng thích hợp và gặp phải tình huống -22 Bắt kịp về việc cung cấp sản phẩm và nhu cầu. Tuy nhiên, một số trường hợp cụ thể có thể thú vị đối với điều này, ví dụ như lưới DC bên trong với khớp nối PV, pin và EV và các tòa nhà văn phòng có mối tương quan tốt giữa PV và nhu cầu phụ tải."

Các nhà nghiên cứu đã trình bày những phát hiện của họ trong "Tiết kiệm tổn thất năng lượng bằng cách sử dụng phân phối dòng điện trực tiếp trong tòa nhà dân cư với bộ lưu trữ pin và quang điện mặt trời", được xuất bản gần đây trên tạp chínăng lượng.