能源转型，智能科技撬动绿色地球——ADI、菲尼克斯电气可再生能源解决方案详解
发布于2024-11-18
当前，资源紧缺的问题制约着全球范围内的可持续发展，能源体系绿色低碳转型势在必行，可再生能源的进一步开发以及现有能源利用的清洁低碳化将是能源发展的基本趋势。“碳达峰，碳中和”是能源产业的重要战略，要实现此目标，必须要大幅发展可再生能源，降低化石能源的比重。2023年底光伏发电装机规模已超过风电，成为全国第三大电源，预计，未来光伏将是驱动我国能源发展的新能源的中坚力量。伴随新能源系统的整体成本下降，以及零碳能源的相关法规增加，绿色能源在全球范围日益普及，从公用事业到商业和住宅建筑。能源系统的这一转变要求更高效、可靠和安全的解决方案。对我国来说，大力发展新能源、推进能源革新、构建绿色低碳的能源体系，是我国能源领域发展的重要, 对提升发电的长久和安全性具有积极的意义。
图1 中国能源领域发展趋势和方向，来源：ADI
技术创新是推动行业发展的关键动力，对于光伏行业来说，不仅在光伏电池转换效率、材料、制造工艺等方面取得突破，还在智能化、数字化、储能技术等新型应用领域展开了研究。这不仅提高了光伏产品的性能和品质，也降低了生产成本，进一步提升了产业的竞争力。如何提高逆变效率、大容量能量存储、智能计量、以及安全、可靠、便捷的装置连接技术都是业界关注的重点。
ADI和菲尼克斯电气 光、储、充整体方案：
光伏行业的快速发展离不开可靠的电子元器件，作为国际知名厂商，ADI和菲尼克斯电气为光伏、储能行业的发展提供了具有竞争力的产品技术。ADI的模拟信号链，通过高精度转换器和放大器实现电流和电压的精密测量，为光伏市场提供稳定、可靠的信号处理技术，简化设计，缩短产品上市时间。另外，ADI从能源计量、电池管理到全面参与能源及电力系统各个环节的控制系统方案中拥有一系列的高性能的产品，在输配电、继电保护、测控、电能计量等方面提供全面的产品方案。
菲尼克斯电气擅长安全可靠、操作简单的电连接方案。在BMS系统中，菲尼克斯电气提供多种电气连接、电子接口、控制等创新应用：板端连接器、压接连接器、板对板连接产品。在储能电池箱之间的连接方案， 三防一转 、UL4128、 温升 、 快速交付、定制化也是菲尼克斯电气面向能源市场的产品策略。值得一提的是菲尼克斯电气还提供一些系统级方案，例如：电力储能控制系统方案，可靠供电技术以及用户侧的充换电设施连接解决方案等为光伏市场提供全面的连接、供电、控制技术。
图2 ADI储能系统应用方案
图3 菲尼克斯电气 储能系统解决方案
ADI特色方案：
随着全球能源转型的加速，工商业领域对可再生能源的需求日益增加。光伏发电作为清洁、可再生的能源，正逐步成为工商业用户的重要选择。然而，光伏发电的间歇性和不稳定性给其广泛应用带来了挑战。为此，储能系统的引入是解决这一问题的关键。储能系统在光伏发电系统中扮演重要的角色，主要体现在：稳定的电力供应、提高能源利用效率、改善电网负荷平衡等。ESS通过捕获并储存可再生能源（风、光）来保持电网的稳定。通过缓解可再生能源面临的间歇性问题，储能技术有助于消除阻碍加风能和太阳能技术发展的障碍，可随时向所有用户和应用供电，包括为电动汽车充电及为楼宇、医院和学校供电。ESS不仅支持高峰时段运行的电网，还可以保持现有电网基础设施，消除电网过载和崩溃的风险。
储能系统分为两种形式，一种是堆叠+集中式储能，应用于电网侧储能系统、充电站以及风力光伏与储能结合等场景；另一种是单体+分布式储能，常用于应用于家庭储能、户外移动电源等这类的更分散的场景。作为快速增长的领域，储能系统能使可再生能源更好地与电网实现整合，ADI为能量存储和电源转换市场提供了完整的产品和解决方案组合，包括电池管理系统、SPI通信通道以及未来可能的无线方案。
ADI的BMS方案利用多节电池堆监控器以及隔离式SPI或无线通信实施方案，提供高精度电压监测、电流监测和电池平衡，通过监视、控制和确保整个电池系统在使用期间的可靠充放电。核心优势包括：通过监测和均衡电池来最大化电池容量、多通道电池管理、菊花链架构让系统更简洁以及功能安全诊断及系统级设计等。
ADES1830/ADES1831 16通道电池组监视器是多电池组监视器，可测量16节串联电池，并可测量母线电压。使用两个单独的ADC同时和冗余测量电池。具有4.096MHz的高采样率，减少外部模拟滤波，并获得无混叠测量结果。多个器件可以串联，同时监测长串的高电压电池组。带有一个隔离式串行端口接口，用于远距离高速通信。多个组件可以菊花链形式与主机相连，可双向操作，即使通信路径出错，也能确保信号完整性。
图4 ADI ADES1830 16通道电池监视器
随着“碳中和碳达峰”的逐步落地，构建以新能源为主体的新型能源系统已经成为电力行业转型发展的方向，未来新能源高比例并网，电力系统调节手段不足的问题将愈加突出，数字化、智能化将成为未来能源领域发展的方向，并在电力系统的电源、电网、负荷、储能各环节发挥作用。新型能源系统对电能质量监测的需求来自于分布式发电、边缘计算及电能计量、电能质量生态系统等多个方面，并可实现边缘计算监控配电网络的电能质量等。
为应对新型电力系统的电能质量监测需求的变化，ADI多通道多功能计量模拟前端ADE9430是高精度、多相电能和电源质量监控器，可以实现三相电能计量、40次的谐波检测及各种电能质量要求的信号调理及检测输出，并以软件库的形式实现了电能质量检测和分析的各类功能，包括电能计量、谐波分析、闪变和三相不平衡等。满足模块化设计和快速推向市场，通过国电南瑞验证中心检测，满足国际通用的电能质量标准IEC6 1000-4-30 Class S，实现快速的嵌入式方案设计，适合于电能质量监控装置、配电变压器监控及融合终端、新型物联网电能表、分布式能源监控等新应用的需求。
图5 ADI ADE9430电源质量监控芯片
高精度电能计量已成为智能电网发展的关键因素之一，针对直流电能表应用方案，可以采用非隔离式3通道Σ Δ ADC ADE9103。作为采样核心器件，包含高增益电流通道，非常适合与分流电阻一起用作电流传感器，多个器件可同时同步以实现采样、一致输出。适用于DC和基于多相分流的电能计量应用，包括多相电表、电力质量监控等。
图6 ADI ADE9103隔离式 Σ-Δ 模数转换器
电力物联网作为新兴的电网自动化系统，正逐步助力实现传统电网向能源互联网的升级，业界正在不断地寻找并应用新方法、新技术来支撑电力物联网配电系统的安全、可靠、优质、高效运行，ADI针对电力物联网对智能感知应用的需求，加强状态监测与环境监测，确保配电设备安全，基于MEMS加速计、惯导单元以及温度传感等组合，可以实现输电线的安全监测。
ADXL100x专门针对工业条件监测应用而开发的MEMS加速度计，目前设备中发生的主要故障，如轴承损坏、摩擦、松动、传动故障等问题都在其测量范围以内。将MEMS、陀螺仪和加速度计结合的惯性导航单元，可以直接实现惯性导航技术在电力中的应用，与低噪声多轴加速度计结合，可以进行电线舞动和浮垂的监测，并且可以由惯性导航单元实现巡检机器人故障定位等。
在新能源领域中，ADI产品覆盖了发、输、用、配各个环节，作为精密测量和电能计量行业的厂商，针对电能质量监测、储能电池电池管理ADI可提供丰富的芯片及模块化方案，通过对各类传感信号的检测和处理来得到系统级的监控与管理信息，以满足市场的各种要求，加速绿色能源的数字化、智能化转型。
菲尼克斯电气特色方案:
太阳能是可再生能源发电的关键来源，当今世界能源供求矛盾日益严峻，而光伏能源为满足全球能源需求做出了重要贡献。高效、可靠、简单、易用的连接器也是光伏和风电领域实现“碳达峰，碳中和”战略的重要电力/电子器件。依托全面的产品组合及解决方案，菲尼克斯电气把握光储市场发展方向，推出一系列优质、可靠的光伏系统产方案，助力实现全电气社会愿景，提高能源利用效率，减少碳排放。
电池储能（BESS）是能量储存的载体，为电网提供平滑过渡、削峰填谷、调频调压等功能，主要由储能电池模组、监控系统、电池管理、逆变器和传感器等构成，相比起其它的应用器件来说，储能系统有一个特别之处在于，对连接器的数量、种类和技术要求更高。主要体现在可靠的绝缘能力，以及对机械、热和化学影响的抵抗力。另外像导线弯曲半径、导线芯数等也有着相应的标准。而诸如母线连接器和电池极连接器等，通常对于耐压要求更高。
菲尼克斯电气电池极连接器具有极性反转保护功能，用于储能系统，“三防一转”专利结构设计，安全、可靠、灵活。360°可旋转，适合用于模块化电池架中的柔性电缆插座以及可调出线口。防误触圆形连接器采用彩色编码，具有独特接口以及防反插极性保护的快插连接器采用旋转式设计，并带有防触电保护和防错编码，确保正确安装。电池极连接器适用于16mm2 至70mm2 导线截面，传输电流最高可达250A，IP65级连接器可以快速安全地安装在1500V高压储能系统中。
图7 菲尼克斯电气 电池极连接器
菲尼克斯电气汇流条连接器可以直接连接支架汇流条上的电池模块，安装便捷；在未插入时也可确保电池模块具有防触电保护，安全可靠；适用于1500V的高压并支持40A至200A的电流范围；采用内置接口的弹簧笼连接，无需现场接线，简化了储能装置中滑入式系统的安装。菲尼克斯电气的电池汇流条连接系统还可为电池提供反向极性保护和触摸安全连接。
图8 菲尼克斯电气 汇流条连接器
针对户储技术中，菲尼克斯电气的堆叠式储能方案由于其高效可靠的特点，受到了较大的关注。堆叠式储能方案采用多层储能单元的方式，储能单元可相互连接，形成一个堆叠式的结构，每个单元具有一定的兼容性和可扩展性，用户可根据需要灵活选择需要的单元数量，安装维护非常方便。堆叠连接器的动力端单针达到100A，额定电压高达1000V，满足客户多种应用需求。 产品设计采用浮动结构设计，±2mm的浮动余量，保证安装过程中可实现盲插，整体导向结构，可承受更高的冲击力，从而能承载更高重量的电池模组，不对称的结构设计，同时正负极具有颜色区分，从结构上和颜色上进行防呆，保证安全可靠连接。菲尼克斯电气堆叠连接器可广泛应用于户用储能电池组连接以及动力、信号传输。
图9 菲尼克斯电气 堆叠式储能连接方案
针对储能设备的复杂应用环境，菲尼克斯还提供了高可靠性的智能化供电方案。QUINT4系列的开关电源和UPS电源，由于使用了高质量的组件，并集成了SFB、IQ技术和预诊断监控功能，从而确保储能系统能够长期安全且稳定地运行，具有低功耗、高安全性、适应严酷环境以及94.6%的电源转换效率等性能优势。 电源参数可以根据实际需求进行配置，通过扫描NFC可以方便地将配置参数进行云端存储。
菲尼克斯电气还具备丰富电力储能控制系统级解决方案，用于控制、平衡和优化电网、储能之间的电能需求。例如：PLCNext、工业以太网交换机以及远程I/O等一系列作用于控制网络的产品。对于高压继保和测控装置系统，菲尼克斯也可以提供全面的装置连接方案，应用于信号、通信以及交流连接。全面的智能化，网络化控制系统确保储能光伏系统能够长期、安全、稳定的运行。菲尼克斯电气凭借在新能源领域多年的积累，在光、储、充、智提供成熟的产品和解决方案，将进一步助力构建更加绿色、智能、安全的可再生能源体系。
结语：随着能源需求和消费的不断转变，储能解决方案将在为世界提供动力方面发挥更加突出的作用，也是支撑能源结构转型升级的关键技术之一。这一转变从传统的化石燃料转向更清洁、更可持续的电力应用奠定基础。光伏行业是我国战略性新兴产业，大力发展光伏产业，对调整能源结构、推进能源生产和消费革命、促进清洁能源的发展具有重要意义。当前，智能化、网联化是中国挂光伏行业发展的主要方向，随着物联网技术、大数据等技术的不断落地应用，光伏系统/设备的智能化将成为行业发展的重要趋势，智能化设备能够提升运行效率和可靠性，降低运维成本，提升整体的竞争力。
ADI和菲尼克斯电气丰富、创新的控制、电气连接解决方案，促进绿色能源领域实现全面的电气化、网络化和数字化，从而促进能效的提升，以及发电和用电之间的平衡，通过绿色储能提供灵活的能源，作为赋能清洁能源的厂商，ADI和菲尼克斯电气将不断践行可持续发展的理念，推动中国双碳目标的实现，更好的帮助设备厂商迎接市场的挑战。