Как спроектировать трехфазную домашнюю ESS для зарядки электромобилей и тепловых насосов: практический пример

В доме есть зарядное устройство для электромобиля мощностью 22 кВт. Батарея не обязательно должна быть на 22 кВт.

Трехфазная домашняя ESS должна быть рассчитана исходя из нагрузок, которые действительно пересекаются, а не путем сложения номинальных значений каждого прибора. Для дома с зарядным устройством для электромобиля и тепловым насосом проект должен установить предел импорта из сети, конфигурацию фаз, управляемую мощность зарядки электромобиля, потребление теплового насоса, мощность батареи/инвертора, usable battery energy, вклад солнечной энергии и объем резервного питания. Зарядка электромобиля обычно является самой гибкой большой нагрузкой; обогрев и критически важные нагрузки обычно имеют более высокий приоритет.

Этот практический пример использует иллюстративные цифры, а не представляет собой конкретный проект клиента Ruibit/Dawnice.

Цель состоит в том, чтобы увидеть, как взаимодействуют проектные решения.

Дом

Предположим, что это трехфазный дом в европейском стиле с:

Сетевое питание:3 × 25 A
Солнечные панели на крыше:12 кВтп
Зарядное устройство для электромобиля:11 кВт, трехфазное
Тепловой насос:3.5 кВт типичный электрический вход
Другие бытовые нагрузки:1.5 кВт типичная вечерняя нагрузка
Предлагаемая батарея:20 кВтч класс
Инвертор домашней ESS:трехфазный

Теоретическая трехфазная мощность сети при 400 В составляет примерно:

√3 × 400 × 25 ≈ 17.3 кВт

Это число имеет значение.

Если зарядное устройство для электромобиля потребляет 11 кВт, в то время как тепловой насос и дом одновременно требуют еще 5 кВт, дом уже близок к пределу подключения, прежде чем начнет работать еще один крупный прибор.

Батарея может помочь.

Но управление нагрузкой может быть дешевле, чем проектирование батареи для решения каждой возможной ситуации.

18:10 — Автомобиль подключается

Владелец дома возвращается домой.

В этот момент:

Запросы на зарядку электромобиля: 11,0 кВт

Тепловой насос: 3,5 кВт

Домашние нагрузки: 1,5 кВт

Всего:

16,0 кВт

Батарея не должна обеспечивать 16 кВт.

Сеть все еще доступна.

Предположим, что стратегия управления энергией ограничивает импорт из сети до:

12 кВт

Необходимый вклад батареи становится:

16 − 12 = 4 кВт

Подходящая домашняя система хранения энергии может разрядить примерно 4 кВт, чтобы поддерживать сеть вблизи выбранного предела.

Но есть и другой вариант.

Снизить зарядку электромобиля с 11 кВт до 7 кВт.

Теперь:

7 + 3,5 + 1,5 = 12 кВт

Необходимый разряд батареи:

0 кВт

Вот почему я бы интегрировал управление нагрузкой электромобиля, прежде чем просто покупать более мощный инвертор для батареи.

Электромобиль может оставаться подключенным в течение восьми часов.

Обычно ему не требуется максимальная мощность зарядки каждую минуту.

19:30 — Приготовление пищи меняет ситуацию

Теперь добавим:

Индукционная плита: 3 кВт

Если электромобиль все еще заряжается на 7 кВт:

Электромобиль: 7,0 кВт
Тепловой насос: 3,5 кВт
Приготовление пищи: 3,0 кВт
Другие нагрузки: 1,5 кВт

Всего:

15 кВт

У EMS есть варианты.

Он может разрядить батарею на 3 кВт.

Или снизить зарядку электромобиля еще на 3 кВт.

Или объедините оба варианта.

Для этого дома я бы, вероятно, установил приоритет нагрузки примерно следующим образом:

Основные бытовые нагрузки

→ Тепловой насос

→ Приготовление пищи

→ зарядка электромобиля

Электромобиль становится регулируемой нагрузкой.

Это предотвращает бесполезные циклы зарядки батареи Home ESS только потому, что автомобиль не мог ждать двадцать минут при полной мощности зарядки.

Теперь подберите инвертор для батареи

Батарея все еще нуждается в значительной мощности.

Предположим, что цели проектирования следующие:

ограничить нормальный импорт из сети

увеличить самопотребление солнечной энергии

перенести вечернюю нагрузку

обеспечить выбранный резерв

После моделирования профиля нагрузки предположим, что8–10 кВт трехфазной мощности инвертора-батареисправляется с полезными функциями батареи, не пытаясь независимо обеспечивать каждое подключенное устройство.

Это не означает, что любой инвертор на 10 кВт подходит.

Я бы проверил:

архитектуру трехфазного выхода

ограничения по фазам

диапазон напряжения батареи

ток зарядки/разрядки батареи

ограничения входа солнечных панелей

требования к сети

поведение резервного питания/EPS

связь BMS

и как EMS координирует зарядное устройство для электромобиля.

Для получения котировки Home ESS от Ruibit/Dawnice батарея, инвертор, счетчик/CT и управляемые нагрузки должны рассматриваться как одна операционная система.

Сколько энергии в батарее?

Теперь перейдем от кВт к кВтч.

Предположим, что основной задачей батареи является покрытие вечернего спроса на бытовую и отопительную энергию после снижения солнечной выработки.

С 17:00 до 23:00 предположим, что дом потребляет:

Тепловой насос: 9 кВтч

Другие бытовые нагрузки: 6 кВтч

Энергия для электромобиля, полученная из батареи: 2 кВтч

Общая потребность, поддерживаемая батареей:

17 кВтч

АБатарея класса 20 кВтчтеперь выглядит разумно.

Но я бы не предполагал, что все 20 кВтч достигают нагрузок переменного тока.

Полезный диапазон состояния заряда, потери инвертора, ограничения батареи и резерв на случай отключения уменьшают доступную энергию для повседневного использования.

Если владелец дома оставляет 20% на случай отключений, EMS не должен тратить ту же энергию на зарядку электромобиля только потому, что вечерний тариф дорогой.

Полуденное солнце меняет завтрашнюю энергию для электромобиля

На следующий день солнечная электростанция мощностью 12 кВт производит сильный избыток в полдень.

Вместо того чтобы экспортировать все, батарея заряжается.

Если электромобиль припаркован дома, появляется еще один вариант:

Солнечная энергия → электромобиль напрямую

Это может быть более эффективно, чем:

Солнечная энергия → батарея → электромобиль позже

когда расписание автомобиля это позволяет.

Поэтому иерархия управления должна учитывать:

Сначала бытовые нагрузки

Потребность теплового насоса

Цель зарядки батареи / резерва

Гибкая зарядка электромобиля

Экспорт в сеть

Точная приоритетность зависит от тарифов и целей владельца дома.

Универсальной последовательности нет.

Что происходит во время отключения электроэнергии?

Здесь я бы намеренно изменил правила.

Владелец дома может захотеть:

хранение продуктов

освещение

интернет

тепловой насос

выбранные розетки

но не:

11 кВт зарядка для электромобилей

электрическая духовка

другие произвольные высокомощные нагрузки

Это означает, что резервная нагрузка может составлять только:

4–6 кВт

вместо 15–20 кВт, которые дом может иногда требовать в обычном режиме.

Это различие может значительно сократить мощность инвертора и емкость батареи, необходимые для полезной устойчивости.

Если зарядка электромобиля во время отключений действительно необходима, это должно быть явно указано, и система должна быть спроектирована соответственно.

Не позволяйте "резервному питанию для всего дома" случайно стать "каждая нагрузка работает нормально вечно."

Окончательный дизайн — это стратегия управления

Наша предварительная система может выглядеть следующим образом:

Это рабочие предположения, а не универсальная рекомендация по продукту.

Другому домохозяйству может понадобиться 15 кВтч.

Другому может понадобиться 30 кВтч.

Более крупный тепловой насос, зарядное устройство на 22 кВт, три электромобиля, электрическое сопротивление, другое подключение к сети или другой тариф могут полностью изменить проект.

Важный урок заключается в последовательности размеров:

Ограничение сети → совпадение нагрузок → гибкие нагрузки → инвертор кВт → батарея кВтч → граница резервного питания → стратегия управления

не:

11 кВт зарядное устройство для электромобилей + 8 кВт тепловой насос = купите инвертор батареи на 19 кВт.

В трехфазном доме лучший дизайн батареи часто возникает из решения, какие нагрузкине нужно запускать с полной мощностью одновременно.

Это особенно верно для зарядки электромобилей.

Используйте домашнюю ESS для энергии, которая должна перемещаться во времени. Используйте управление нагрузкой для мощности, которая может просто подождать.

Часто задаваемые вопросы

1. Требует ли зарядное устройство для электромобиля мощностью 11 кВт инвертор для домашней батареи мощностью 11 кВт?

Не обязательно. Зарядка электромобиля обычно является гибкой нагрузкой. Динамическое управление нагрузкой может снизить мощность зарядки, когда работают тепловой насос, кухонное оборудование или другие бытовые нагрузки, уменьшая необходимую мощность батареи.

2. Как следует подбирать трехфазную домашнюю ESS для зарядного устройства электромобиля и теплового насоса?

Начните сограничения подключения к сети и одновременных бытовых нагрузок, затем определите, какие нагрузки можно контролировать. Размер инвертора кВт для полезного пикового вклада батареи и батареи кВтч для необходимого переноса энергии и продолжительности резервного питания.

3. Должно ли зарядное устройство для электромобиля работать от домашней батареи во время отключения электроэнергии?

Обычно более практично приоритизироватьосновные бытовые нагрузки и отоплениев то время как отключаете или ограничиваете зарядку электромобиля. Если зарядка электромобиля во время отключений необходима, батарея и инвертор должны быть специально рассчитаны на эту дополнительную нагрузку.

4. Почему динамическая зарядка электромобилей полезна с домашней ESS?

Динамическая зарядка может снизить мощность электромобиля, когда спрос в домохозяйстве возрастает, и увеличить ее, когда появляется возможность. Это может предотвратить превышение лимитов сети и избежать ненужного разряда батареи или избыточного размера инвертора.