Was ist der Unterschied zwischen PCs und einem Wechselrichter?

In Energiespeicher- und erneuerbaren Energiesystemen sind PCS (Power Conversion System) und Wechselrichter zwei zentrale Geräte, die häufig erwähnt, aber oft verwechselt werden. Viele Menschen verstehen die funktionalen Unterschiede, die Funktionsweise oder sogar die Anwendungsszenarien dieser beiden Geräte möglicherweise nicht vollständig. Obwohl PCS und Wechselrichter technisch eng miteinander verbunden sind, gibt es auch grundlegende Unterschiede.

Dieser Artikel des Batteriespeicherherstellers GSL ENERGY erläutert systematisch die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen PCS und Wechselrichtern. Anhand realer Anwendungsfälle werden Prinzipien der Energieumwandlung, Systemfunktionen, topologische Strukturen und Konfigurationsempfehlungen erläutert. So erhalten Sie ein tieferes Verständnis der Rolle und Positionierung von PCS in modernen Energiespeichersystemen und erhalten professionelle Unterstützung bei der Systemauswahl und -konfiguration.

1. Grundlegende Unterschiede zwischen PCS und Wechselrichtern

1.1 Energieumwandlungsrichtung und Topologiestruktur

PCS (Energy Storage Converter): Ein komplexes System mit bidirektionalem Energiefluss

Ermöglicht eine bidirektionale, hocheffiziente Umwandlung zwischen Gleichstrom (DC) und Wechselstrom (AC).

Unterstützt das Umschalten zwischen Laden und Entladen im Millisekundenbereich ( ≤ 200 ms) und das nahtlose Umschalten zwischen netzgekoppeltem und netzunabhängigem Betrieb ( ≤ 100 ms).

Verwendet typischerweise eine mehrstufige AC/DC + DC/DC-Stromumwandlungstopologie, integriert mit BMS- und EMS-Schnittstellen.

Wechselrichter: Ein unidirektionales Energieumwandlungsgerät

Unterstützt nur die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom und wird hauptsächlich zum Anschluss von Photovoltaik-Stromerzeugung an das Netz verwendet.

Einfache Topologie, es fehlen Steuerungsmöglichkeiten zum Laden und Entladen der Batterie.

1.2 Funktionale Umsetzung und Systemrollen

PCS-Funktionen:

Ermöglicht bidirektionale Leistungssteuerung, unterstützt Preisreaktion und Frequenzregulierung.

Bietet netzunabhängige Spannungsunterstützung und USV-Schutz.

Unterstützt Niederspannungs-Ride-Through, Wirk- und Blindleistungsverteilung und Optimierung der Stromqualität (THDi < 3 %).

Wechselrichterfunktionalität:

Hocheffiziente DC-AC-Umwandlung (>98 %).

Bietet grundlegende Spannungs- und Frequenzstabilisierungs- und Schutzfunktionen.

1.3 Anwendungsszenarien

PCS-Anwendungsszenarien:

Mikronetze, Energiespeicherung im Netzmaßstab, V2G für Elektrofahrzeuge sowie gewerbliche und industrielle Energiespeicherung.

Anwendungsszenarien für Wechselrichter:

Photovoltaik-Netzgekoppelte Anlagen, Inselstromversorgung und USV-Notstromversorgung.

2. Schlüsseltechnologien für die Konfiguration von Energiespeichersystemen

2.1 Systemarchitekturdesign

DC-Kopplung:

Photovoltaik- und Batteriesysteme nutzen einen gemeinsamen Gleichstrombus, was einen hohen Umwandlungswirkungsgrad und die Eignung für neue Projekte bietet.

AC-Kopplung:

Photovoltaik-Wechselrichter und PCS sind mit separaten AC-Bussen und unabhängigen Modulen verbunden, sodass sich diese Konfiguration für System-Upgrades und Mikronetzanwendungen eignet.

2.2 Auswahl der wichtigsten Geräte

PCS-Auswahl:

Wohngebäude: 5–50 kW

Gewerbe und Industrie: 100–250 kW

Netzmaßstab: MW-Klasse

Netzgekoppelte/netzunabhängige Systeme eignen sich für Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit, beispielsweise in Krankenhäusern und Rechenzentren.

Batterietypen:

Lithium-Eisenphosphat (LFP): Hohe Sicherheit, lange Lebensdauer und hohe Entladetiefe, geeignet für die meisten Anwendungen.

Blei-Säure-Batterien: Niedrige Kosten, kurze Lebensdauer, geeignet für Anwendungen mit begrenztem Budget.

Highlights der EMS-Konfiguration:

Unterstützt die Planung mehrerer Zeitskalen, Echtzeit-Leistungssteuerung, dreistufige Sicherheitswarnungen und die Überwachung digitaler Zwillinge.

2.3 Betriebsstrategien

Peak-Valley-Arbitrage:

Laden Sie bei niedrigen Strompreisen und entladen Sie bei hohen Strompreisen, um Kosteneinsparungen zu erzielen.

Mikronetz-Koordination:

PCS reagiert schnell auf Schwankungen der Photovoltaik, koordiniert den Betrieb des Dieselmotors und unterstützt den Schwarzstart.

3. Typisches Anwendungsszenario-Konfigurationsschema

3.1 Netzseitiges Energiespeicherkraftwerk

PCS: 1,25 MW integrierte Aufwärtseinheit

Batterie: LFP-Batterie, konfiguriert auf eine 2-Stunden-Rate

EMS: Unterstützt AGC/AVC-Planung

Merkmale: Trockentransformator, Heptafluorpropan-Feuerlöschsystem

3.2 Kommerzielle und industrielle Energiespeicherung

PCS: 100–200 kW flüssigkeitsgekühlter Schrank

Batterie: Konfiguriert mit 0,5 C-Rate, typisch 400 kWh

EMS: Optimierung der Strompreisstrategie

Besonderheiten: Individuelle Steuerung pro Cluster, dreistufiges Brandschutzsystem

3.3 Photovoltaik-Speicher-Diesel-Mikronetz

PCS: 50 kW netzgekoppelte/netzunabhängige Hybrideinheit

Batterie: Konfiguriert für 3 Tage Autarkie

Dieselgenerator: Notstromquelle, unterstützt nahtloses Umschalten

Strategie: Solarpriorität, Batterierelais, Diesel-Backup

4. Anwendungsszenarien

PCS wird verwendet in:

Energiespeicherung im Netzmaßstab

Mikronetze

Laden von Elektrofahrzeugen (mit V2G)

Kommerzielle und industrielle Energiespeicherung

Ein Wechselrichter wird verwendet in:

Solare Netzkopplungssysteme

Netzunabhängige Stromversorgung

Grundlegende Backup-Systeme (USV)

Zusammenfassend

PCS ist ein intelligenter, bidirektionaler, multifunktionaler Controller im Herzen moderner Energiespeichersysteme.

Ein Wechselrichter ist ein einfacher Einweg-Stromrichter, der hauptsächlich für Solar- oder Backup-Anwendungen verwendet wird.