DC-Netzteile

(Bild: Itech)

| von Zhao Yao

Parallel zur Entwicklung der Weltwirtschaft haben Umwelt- und Energiefragen eine zunehmende Bedeutung erlangt. Der Wunsch nach geringerem Verbrauch fossiler Brennstoffe, dem Einsatz neuer Energie-Quellen sowie die intelligente Verteilung der Energie werden zu einem Trend in der Energiewirtschaft.

DC-Netzteile

Bild 1: PV-Wechselrichter-Eingangstestaufbau. Itech

Um mit dem Klimawandel fertig zu werden, hat sich der Trend weg von fossilen Brennstoffen zu einem globalen Konsens entwickelt. Darüber hinaus zeigt sich, dass Bereiche, die mit neuer Energie in Verbindung stehen, wie Photovoltaik (PV) und Power-Batterien, sich den ständig weiter entwickelnden Testherausforderungen in der neuen Energie-Industrie stellen müssen.

Photovoltaik-Test

Heutzutage, da sich traditionelle Energiequellen zunehmend erschöpfen, wird PV als ein Vertreter der sauberen Energie angesehen. Die Effizienzverbesserung ist für PV-Unternehmen zur obersten Priorität geworden. Der Wechselrichter steht vor der Einführung von 1500 V PV-Anlagen. Darüber hinaus bezieht sich die Stromerzeugungskapazität des PV-Systems nicht nur auf die internen Eigenschaften von Solarzellen, sondern auch auf mehrere Faktoren wie Wetter, Jahreszeit, Temperatur, Einstrahlung, Bewölkung, Regen, Schnee und so weiter. Um die Effizienz der solaren Stromerzeugung zu maximieren, muss die Solarzelle am Maximum Power Point (MPP) betrieben werden. Es ist damit notwendig, eine Lösung für das Testen dieser PV-Systeme zu finden. Bei diesen Testprojekten ist es wichtig, ein Netzteil mit einer Hochspannung von 1500 V zu haben, das verschiedene PV-Solarzustände simulieren kann.

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Bild 2: Arbeiten mit Itech SAS-Software zum Testen von MPPT. Itech

Beim Testen an der Eingangsklemme des PV-Wechselrichters wird der PV-Simulator normalerweise dazu verwendet, um die Ausgangseigenschaften der PV-Komponente zu simulieren. Die Stromversorgung der Itech-Serie IT6000 simuliert die Strom-Spannung-Kurve der Solaranlage und liefert Spannungen von bis zu 1500 V und eine Leistung von bis zu 960 kW, die nicht nur die Eigenschaften der Solarenergie exakt simulieren, sondern auch gut für den Test von String-Wechselrichtern und Mikronetzen geeignet ist.

Die MPPT-Leistung wird statisch und dynamisch angegeben. Der Algorithmus für die dynamische MPPT-Leistung ist sehr komplex, schwierig zu realisieren und teuer. Daher ist das bisher einzige durchführbare Verfahren, um die MPPT-Leistung von PV-Wechselrichtern zu testen, das Solarfeld unter verschiedenen realen Bedingungen mit dem PV-Simulator unter der Labortestumgebung direkt zu simulieren.

Ein PV-Simulator muss die Ausgangscharakteristika einer Vielzahl von Solarzellen simulieren können, also auch I-V-Kurven bei verschiedenen Temperaturen und Einstrahlungen simulieren und genügend Flexibilität haben, um neue Wetterdokumente mit hoher Auflösung und Geschwindigkeit zu erzeugen, um schnelle Strahlungsänderungen zu unterstützen (Bild 1).

Mit den integrierten Prüfvorschriften EN50530 / Sandia / NB / T32004 / CGC / GF004 / CGC / GF035 können Anwender die Parameter Vmp, Pmp, Material und so weiter, Testlaufzeit und maximale Laufleistung einstellen. Die I-V-Kurve und der Echtzeit-Trace-Prozess werden auf dem Bildschirm angezeigt, um die MPPT-Leistung des PV-Wechselrichters laufend zu überprüfen (Bild 2). Die Daten werden während des gesamten Tests aufgezeichnet und anschließend als Bericht erstellt. In Verbindung mit der Itech-Software SAS1000 kann der IT6000 die I-V-Leistung eines Solarpanels bei Temperatur- und Einstrahlungsänderungen an einem Tag simulieren und die PV-Array-Leistung im Schatten messen, um statische und dynamische MPPT von PV-Wechselrichtern unter verschiedenen klimatischen Bedingungen zu testen. Die erstellten Berichte entsprechen den Vorschriften und liefern Daten für mehrere Tests wie europäische Effizienz, Kalifornien-Effizienz und China-Effizienz. Wechselrichterhersteller können diese Funktion für standardisierte Tests relativ einfach nutzen.

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Bild 3: Entwicklung der Testlösungen. Itech

Leistungsbatterietest

Der Verkauf von Elektrofahrzeugen (EV) steigt, um die globalen Ziele zur Senkung der CO2-Emissionen zu erreichen. Die geschätzte kumulierte Verkaufsmenge wird bis 2020 bei knapp fünf Millionen Fahrzeuge liegen. Als Kernstück von Elektrofahrzeugen ist die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Leistungsakkus das zentrale Problem bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge. Wenn es um das Testen von Leistungsbatterien geht, kann man bei der Suche zahlreiche Lösungen finden, wie beispielsweise die Hochleistungswiderstandsentladung oder DC-Netzteile plus DC-Last, aber sind diese Lösungen auch heute noch passend für Leistungsbatterietestanforderungen? Absolut nein.

Itechs Batterie-Lade- und Entlade-Testlösung bricht nicht nur mit dem traditionellen Konzept der Hardwarekonfiguration und hilft den Kunden, Stromkosten zu reduzieren, sondern erhöht auch die BMS-Kommunikationsinteraktion für den Arbeitsmodus der Leistungsbatterie hinsichtlich der Softwarefunktion.

Energieeffiziente grüne Lösung

In der Entwicklungsgeschichte von Batterien, von der ursprünglichen 1,5 V Trockenbatterie bis zur Leistungsbatterie mit bis zu 800 V/50 kW, gibt es, wie Bild 3 zeigt, bisher drei Lösungen:

  • Gleichstromversorgung plus Hochleistungswiderstand in der Box,
  • Gleichstromversorgung plus Energie-verbrauchende Elektronik Last,
  • DC-Stromversorgung regenerative regenerative Last.

Itrech hat ein neues Designkonzept entwickelt und führt jetzt eine Kombination aus Quelle und Last mit regenerativer Funktion ein.

Quelle und Last plus regenerative Funktion

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Bild 4: Arbeitsbedingungssimulation. Itech

Was sind die Vorteile bei der Prüfung von Leistungsbatterien mit einer Kombination aus Quelle und Last im Vergleich zu getrennter Quelle und Last? Die Batterie treibt die Stromversorgung für das Auto an. Natürlich gibt es ein komplettes Bremsenergierückgewinnungssystem im Auto, die Batterie entlädt sich dabei beim Fahren, zurückgewonnene Energie lädt die Batterie beim Bremsen in umgekehrter Richtung. Wenn das Auto im Verkehr immer wieder startet oder abbremst, ist die tatsächliche Leistungsakku-Kurve wie in Bild 4 gezeigt. Bei der Simulation städtischer Fahrbedingungen muss oft sehr schnell zwischen Laden und Entladen umgeschaltet werden.

In diesem Fall zeigt die Kombination aus Stromversorgung und Last große Vorteile, da sehr schnelle Stromumschaltungen möglich sind. Wenn jedoch das Stromschalten durch Stromversorgung plus elektronische Last realisiert wird, müssen zwei Geräte gesteuert werden, und das Schalten braucht Zeit, was sich auf die aktuelle Schaltgeschwindigkeit auswirkt. Daher ist diese Lösung nicht die optimale Testlösung für die Stromversorgung. Das Testsystem kann nicht nur zum Leistungsbatterie-Test verwendet werden, sondern auch für andere Kfz-Energiemanagementsysteme.

DC-Netzteile sparen Strom durch Regeneration

Beim allgemeinen Batterieentladungstest wird Energie in Form von Wärme durch die elektronische Last oder die Widerstandsbox verbraucht, was zu einer Verschwendung von Ressourcen führt. Wenn dieser Teil der Energie für andere Geräte in elektrische Energie umgewandelt wird, kann dies dem Benutzer helfen, eine beträchtliche Menge an elektrischer Ladung zu sparen. Die Energierückgewinnungseffizienz der IT6000-Serie beträgt bis zu 90 %, spart Energie und vermeidet Lüftergeräusche, die durch die herkömmliche Lösung verursacht werden.

Hohe Leistung, aber geringe Größe, Laborplatz sparen

Die Energie für Power-Batterie beträgt in der Regel bis zu 40 bis 50 kW. Traditionelle Lösungen erfordern für ein Lade- und Entladegerät 3 × 37U-Schränke. Mit der IT6000-Serie können beispielsweise 45 kW in der  Größe auf 9U reduziert werden, was erheblich Platz im Labor spart (Bild 5).

ECK-DATEN

Die bidirektionalen programmierbaren DC-Stromversorgungen der Serie IT6000 von Itech sind mit umfassenden Funktionen, hoher Leistung und umfangreicher Software für die verschiedenen Testanforderungen von Photovoltaik-Anlagen und Batterien geeignet, reduzieren den Testraum, sparen Stromkosten, verringern die betriebliche Komplexität der Testplattform und verbessern Zuverlässigkeit und Sicherheit des Gesamtsystems.

Zhao Yao

Itech

(jj)

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