剛剛起步的住宅儲(chǔ)能市場(chǎng)正處于爆發(fā)式增長(zhǎng)的邊緣。僅在美國(guó)，這個(gè)市場(chǎng)自 2018 年第一季度以來就實(shí)現(xiàn)了 232% 的同比增長(zhǎng)，2019 年第一季度電表儲(chǔ)能占部署的 46%。部門規(guī)模小于公用事業(yè)規(guī)模部署。全球住宅儲(chǔ)能市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從 2019 年的 60 億美元增長(zhǎng)到 2024 年的 175 億美元；這是 22.88% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率（根據(jù)最新的Wood Mackenzie US Energy Storage Monitor (paywall)）。
隨著來自不同背景和專業(yè)知識(shí)的新參與者進(jìn)入市場(chǎng)，世界各地的公司已經(jīng)開始看到儲(chǔ)能的未來增長(zhǎng)潛力。
儲(chǔ)能開發(fā)人員需要克服的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是系統(tǒng)集成，以最終實(shí)現(xiàn)更低的系統(tǒng)成本、更小的外形尺寸以及更少的組件和子系統(tǒng)。在能量存儲(chǔ)的背景下，系統(tǒng)集成意味著通過從單向到雙向的功率轉(zhuǎn)換階段，將兩條獨(dú)立的路徑合并為一條對(duì)電池進(jìn)行充電和放電。
轉(zhuǎn)向雙向功率因數(shù)校正 (PFC) 和逆變器功率級(jí)
儲(chǔ)能市場(chǎng)的興起可歸因于使設(shè)計(jì)人員能夠克服系統(tǒng)集成和成本等重大挑戰(zhàn)的方法和創(chuàng)新。在出現(xiàn)更新的技術(shù)和解決方案之前，單向 AC/DC、DC/AC 和 DC/DC 功率級(jí)一直是傳統(tǒng)的系統(tǒng)選擇。圖 1 說明了具有單向功率因數(shù)校正 (PFC) 和逆變器功率級(jí)的典型系統(tǒng)。
圖 1：具有單向 PFC 和逆變器級(jí)的電網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)圖
然而，這種單向方法為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成帶來了不可避免的障礙。該系統(tǒng)將需要更多的功率級(jí)、更多的組件和更多的控制器，最終導(dǎo)致更高的系統(tǒng)成本。本質(zhì)上，能量相對(duì)于電池雙向流動(dòng)，要么流入電池充電，要么流出電池放電。如果可以壓縮這些功率級(jí)，您就可以減少組件、模塊和子系統(tǒng)的數(shù)量，并最終實(shí)現(xiàn)更低的系統(tǒng)物料清單 (BOM) 成本。
應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的潛在解決方案是 AC/DC、DC/AC 和 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換級(jí)的雙向功能。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)集成度、系統(tǒng) BOM 和外形尺寸，涉及儲(chǔ)能的電網(wǎng)系統(tǒng)的格局正朝著如圖 2 所示的雙向電源轉(zhuǎn)換塊發(fā)展。
圖 2：具有雙向 PFC 和逆變器級(jí)的電網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)圖
混合逆變器
由于希望進(jìn)一步提高儲(chǔ)能市場(chǎng)的系統(tǒng)集成度而出現(xiàn)的另一個(gè)市場(chǎng)趨勢(shì)是部署混合或存儲(chǔ)就緒逆變器。逆變器只是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的功能。但是當(dāng)有多個(gè)直流電源時(shí)會(huì)發(fā)生什么？在電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)置中，傳統(tǒng)逆變器將來自太陽能電池板的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。混合逆變器與具有能量存儲(chǔ)功能的太陽能逆變器系統(tǒng)相輔相成，因此同一逆變器可以將來自太陽能光伏 (PV) 電池板或充電電池的直流電進(jìn)行逆變。事實(shí)上，這是太陽能光伏制造商利用儲(chǔ)能來發(fā)展業(yè)務(wù)并保持市場(chǎng)領(lǐng)先地位的一種方式。儲(chǔ)能解決方案是不可避免的。
需求和解決方案
雙向儲(chǔ)能解決方案，包括混合逆變器，需要高功率效率、性能和設(shè)備緊湊性。這些要求反過來又要求實(shí)施更先進(jìn)的電源拓?fù)?、更低的總諧波失真、更快的瞬態(tài)響應(yīng)、更高的控制環(huán)路頻率和更高的脈寬調(diào)制 (PWM) 頻率，而這些只有通過支持更復(fù)雜的 PWM 方案、高分辨率 PWM、高模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 速度和高處理能力。
儲(chǔ)能解決方案正在興起，電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)人員正在投資以跟上競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和市場(chǎng)的步伐。雙向電源轉(zhuǎn)換塊和混合逆變器解決方案允許減少組件、減少模塊和子系統(tǒng)，并最終降低系統(tǒng) BOM 成本。