家庭儲能始于德國，并隨著德國政府“百萬屋頂計劃”的實施而興起。隨著智能化、信息化時代的到來，用電需求大大增加。為緩解環(huán)境污染、能源消耗等方面的壓力，光伏發(fā)電成為綠色能源的最佳選擇。在政策扶持和光伏儲能降低發(fā)電成本的優(yōu)勢下，家庭光伏發(fā)電儲能系統(tǒng)正逐步步入千家萬戶。
而光伏儲能系統(tǒng)面對不同的應(yīng)用場景，使光伏發(fā)電系統(tǒng)變得非常智能化，性能和收益會大大提升。未來中國的家庭或者一些場所的光伏和儲能一定是跟用戶相關(guān)聯(lián)的，才具有市場價值。
家用儲能光伏發(fā)電系統(tǒng)是指屋頂太陽能組件吸收太陽光，產(chǎn)生的直流電通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，白天直接供家用電器照明等使用，或存儲到儲能電池中，晚上供家用電器照明使用。多余的發(fā)電量可上傳至電網(wǎng)，從而獲取相應(yīng)電價收入及政府補貼。另外，儲能逆變器還具有削峰調(diào)谷功能，能夠創(chuàng)造更多的發(fā)電收益。
家庭儲能系統(tǒng)類似于一個微型儲能電站，其運行不受城市供電壓力影響。在用電低谷時間，家庭儲能系統(tǒng)中的電池組可自行充電，以備用電高峰或斷電時使用。除用作應(yīng)急電源外，家庭儲能系統(tǒng)也因能均衡用電負(fù)荷，從而節(jié)省家庭電力開支。
雖然當(dāng)前家庭儲能系統(tǒng)的市場需求更多出于民眾對應(yīng)急后備電源的需要，但在業(yè)內(nèi)人士看來，使用家庭儲能系統(tǒng)可以組合太陽能等新能源發(fā)電系統(tǒng)、推動新能源的推廣以及構(gòu)筑智能電網(wǎng)，市場前景廣闊。
二、家庭儲能系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及組件要求
家庭儲能系統(tǒng)目前分為兩種，一種為并網(wǎng)家庭儲能系統(tǒng)，一種為離網(wǎng)家庭儲能系統(tǒng)。并網(wǎng)家庭儲能系統(tǒng)由五大部分構(gòu)成，包括：太陽能電池陣列、并網(wǎng)逆變器、BMS管理系統(tǒng)、電池組、交流負(fù)載。系統(tǒng)采用光伏與儲能系統(tǒng)混合供電。市電正常時，由光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和市電為負(fù)載供電；市電斷電時，由儲能系統(tǒng)和光伏并網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合供電。并網(wǎng)家庭儲能系統(tǒng)分為三種工作模式，模式一：光伏提供儲能、余電上網(wǎng)；模式二：光伏提供儲能、部分用戶用電；模式三：光伏僅提供部分儲能。并網(wǎng)家庭儲能如圖一所示：
圖一 并網(wǎng)家庭儲能系統(tǒng)圖
離網(wǎng)家庭儲能系統(tǒng)是獨立的，和電網(wǎng)沒有任何的電氣連接，因此整個系統(tǒng)并不需要并網(wǎng)逆變器，光伏逆變器就可以滿足要求。離網(wǎng)家庭儲能系統(tǒng)分為三種工作模式，模式一：光伏提供儲能和用戶用電（晴天）；模式二：光伏和儲能電池提供用戶用電（陰天）；模式三：儲能電池提供用戶用電（傍晚和雨天）。離網(wǎng)家庭儲能如圖二所示：
圖二 離網(wǎng)家庭儲能系統(tǒng)圖
綜上所述，目前需求的儲能設(shè)備主要為BMS電池管理系統(tǒng)，光伏并網(wǎng)逆變器、儲能逆變器。針對以上家庭儲能設(shè)備需求，并結(jié)合光伏系統(tǒng)各單元電路安全隔離特性，金升陽提出一整套控制單元的電源解決方案。
三、電池管理系統(tǒng)BMS單元電源解決方案
電池作為系統(tǒng)的核心儲能器件，需要實時監(jiān)控電池的在線狀態(tài)，因此BMS的重要性不言而喻。BMS系統(tǒng)中BCU 模塊通過CAN 總線與BMU 模塊實時通信，獲取單體電壓、箱體溫度、絕緣電阻等系統(tǒng)參數(shù)；通過電流傳感器采集充放電電流，動態(tài)計算SOC，并通過觸摸屏顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。BCU 計算分析得出電池組綜合信息后，進行系統(tǒng)智能管理：通過獨立的CAN 總線智能交互；同時，也可通過繼電器實現(xiàn)對充放電的二級保護，確保強弱電有效隔離，滿足客戶多樣化的安全控制需求，保障系統(tǒng)穩(wěn)定高效地運轉(zhuǎn)。
圖三 電池管理系統(tǒng)BMS電源方案框圖
如圖三所示，儲能系統(tǒng)的BMS電源方案主要核心在于隔離電壓變換。主控單元主要基于24VDC的系統(tǒng)，且整個主控單元的功率不足5W，因此可選URB2405YMD-10WR3，輸出5VDC電壓，用于給隔離模塊F0505XT-1WR2以及LDO供電。LDO由5VDC輸入電壓轉(zhuǎn)換為3.3V輸出電壓用于給MCU供電。系統(tǒng)中6PCS F0505XT-1WR2則用于給4個CAN通信模塊、電壓與絕緣檢測電路、電流檢測電路供電，同時實現(xiàn)電源電路與信號電路及通信模塊隔離，減小干擾、提高穩(wěn)定性以及可靠性。除此之外，金升陽公司的CF0505XT-1WR2的汽車級電源被廣泛應(yīng)用于車載BMS系統(tǒng)中。
四、光伏逆變器監(jiān)控單元電源方案
太陽能光伏組件進行電能匯聚流，轉(zhuǎn)向逆變器進行直流轉(zhuǎn)換成交流。逆變器在工作過程中，同樣需要轉(zhuǎn)換過程監(jiān)測、控制和通信，以保證逆變電壓滿足指標(biāo)要求。此部分監(jiān)控單元可直接從市電上取電工作。
如圖四所示，由LH系列模塊電源直接從市電上取電轉(zhuǎn)換輸出24V，再經(jīng)過非隔離轉(zhuǎn)換模塊K7805-500R3輸出5VDC電壓；B0503XT-2WR2給MCU提供滿足功能隔離耐壓的3.3V工作電壓；采用隔離、高速的TD501D485H通信模塊，可抑制電磁干擾和消除接地環(huán)路,保護系統(tǒng)電路免受外部網(wǎng)絡(luò)影響；另外，金升陽專門針對逆變?nèi)珮虻腎GBT開發(fā)一款集成有DC-DC電源的隔離驅(qū)動器QP12W08S-37，簡化客戶驅(qū)動控制電路的設(shè)計，提高可靠性。
圖四 逆變器監(jiān)控單元電源方案框圖
五、光伏并網(wǎng)逆變器監(jiān)控單元電源方案
光伏并網(wǎng)逆變器又叫雙向儲能逆變器、逆變一體機，系統(tǒng)由AC-DC單元、DC-DC單元、控制單元、通訊單元、轉(zhuǎn)移繼電器單元組成。雙向儲能逆變器分為兩種供電設(shè)備，一種為市電供電，另外一種為電池板供電。
圖五 逆變器監(jiān)控單元電源方案框圖
如圖五所示，AC-DC電源的功率主要考慮到主控板和風(fēng)扇的功率，本系統(tǒng)為15KW的設(shè)備；AC-DC電源推薦我司的LH40-10B24的產(chǎn)品，24V輸出一部分給風(fēng)扇供電，另外一部分給主控板供電。主控板推薦金升陽全新升級的R3系列產(chǎn)品，URB2415YMD-10WR3給IGBT的驅(qū)動器進行供電，以及URB2405YMD-6WR3給MCU和通信進行供電。
URB_YMD-6/10WR3系列產(chǎn)品全自動化的生產(chǎn)工藝，大大降低了人工成本，優(yōu)越的性能大大領(lǐng)先于同行水平，超高的性價比，完全滿足光伏行業(yè)對于整體成本的苛刻要求。
六、金升陽系列模塊電源的簡介
1.寬壓輸入隔離DC-DC電源
產(chǎn)品特點：
●寬輸入電壓范圍（4:1）
●工業(yè)級工作溫度：-40℃ to +85℃
●隔離電壓:1500VDC
●輕載效率高達78%、紋波噪聲低至50mV
●空載功耗：低至0.12W
●輸入欠壓，輸出過壓、短路、過流保護
●裸機滿足CISPR22/EN55022 CLASS A
●通過UL60950、EN60950 和IEC60950 認(rèn)證
2. 定壓輸入隔離DC-DC電源
產(chǎn)品特點：
●可持續(xù)短路保護
●工作溫度范圍: -40℃ to +105℃
●隔離電壓：3000VDC
●紋波噪聲低至50mV
●效率高達80%
3.隔離AC-DC電源系列
產(chǎn)品特點：
●全球通用電壓:85-264VAC/100-370VDC
●穩(wěn)壓輸出、低紋波噪聲
●隔離電壓：3000VAC
●輸出短路、過流、過壓保護
●通過IEC60950、UL60950、EN60950 認(rèn)證
●全塑料外殼，符合UL94V-0
七、小結(jié)
家庭儲能逐步規(guī)?；?、普及化，是全球面向未來能源需求的健康合理化發(fā)展趨勢。金升陽積極參與能源技術(shù)綠色化發(fā)展，結(jié)合自身技術(shù)平臺優(yōu)勢和自主創(chuàng)新能力，針對家庭儲能系統(tǒng)提供一整套電源解決方案，簡化家庭儲能系統(tǒng)的電路方案，降低了家庭系統(tǒng)的建設(shè)和維護成本，綜合提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性。
