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對太陽能和儲能設施進行基本監測

  • 2018年10月5日
  • Richard Anslow和Martin Murnane，ADI
針對太陽能光伏應用，RS-485通訊標準固有的抗擾性能使其獲得應用；增加隔離式RS-485收發器可望進一步為太陽能光伏網路通訊介面帶來安全、可靠以及具備EMC強固性...
政府的新政策與新法規共同推動著可再生能源發電的進展，預計未來太陽能市場將具強勁的成長動能。由於太陽能逆變器中功率密度的不斷增加，以及對儲能平衡的需求，目前太陽能發電要求對太陽能系統的所有元件進行大量監控。
針對太陽能光伏應用，RS-485通訊標準固有的抗擾性能，而使其獲得應用。增加iCoupler隔離式RS-485收發器可望進一步為太陽能光伏網路通訊介面提供安全、可靠且具備EMC強固性的解決方案。
RS-485有多種用途，主要用途是遠端監控發電、功率點追蹤器和儲能狀態(電池儲能)。
對於儲能等太陽能應用，通訊至關重要，因為它要將太陽能裝置中的發電和消耗活動報告給用戶。同時有多種系統原則可建置，例如帳單管理、光伏自用、減少需量電費和備用電源。特別是在美國，颶風常常在美國德克薩斯州和佛羅里達州造成嚴重破壞，因此備用電源最受歡迎。
20181005_ADI_TA71P1表1：家用儲能策略
圖1顯示典型的24小時太陽能發電、儲能和家庭用電情況。圖1說明太陽能系統針對帳單管理進行設計的主要原因。在夜間，當沒有陽光輻照太陽能電池板時，消耗的電能將從電網購買，此時電費最低。一旦太陽升起，陽光照射到太陽能電池板上，就會產生電力，家庭自用即開始，太陽能電力由家庭使用或轉移到儲能裝置。如此可以減少從電網獲取的電力，在電力公司提供較低上網電價的區域使用太陽能所產生的電力，從而控制帳單費用。
20181005_ADI_TA71P2圖1：典型24小時太陽能發電、儲能和家庭用電情況
RS-485是通訊應用首選，可用於PC螢幕資料更新，如當前功率、最大功率點追蹤器中的電流消耗、電池充電和健康狀況、CO2減少等，如圖2所示。
20181005_ADI_TA71P3圖2：光伏太陽能系統的典型光伏監測系統資料
圖3顯示一個典型太陽能系統，包含輸入直流串、DC-AC轉換、充電和儲能、電池管理及通訊。例如ADI為太陽能光伏和儲能應用提供完整的電源、通訊和控制介面訊號鏈解決方案。
20181005_ADI_TA71P3圖3：具備儲能功能的典型太陽能系統架構圖
為什麼使用具備iCoupler隔離的RS-485收發器？
對於太陽能光伏網路，RS-485或CAN通訊介面通常在充斥電雜訊的環境中通過長電纜運行。RS-485通訊本質上是差分式，具備固有抗雜訊能力。增加iCoupler隔離可提升抗干擾度。
  • iCoupler系列數位隔離產品已經過測試，並獲得多家監管機構認證，包括UL、CSA、VDE、TÜV、CQC、ATEX和IECEx。這種監管機構測試證明產品達到要求的安全水準，不會因為電氣條件惡劣的太陽能光伏環境中可能出現的高壓瞬變和電湧而受到影響。
  • 太陽能光伏通訊介面通常以低資料速率工作——低於500 kbps——這正是RS-485通訊的理想工作範圍。諸如乙太網路之類的替代方案以10 Mbps/100 Mbps或1 Gbps的固定資料速率運行，這對應用要求而言明顯過剩。
  • iCoupler隔離具有經過驗證的EMC強固性，可減少現場故障。增強的EMC強固性可縮短介面電路的設計和測試時間，從而加快太陽能光伏網路的上市時間。
20181005_ADI_TA71P5圖4：訊號和電源iCoupler隔離式RS-485中繼器
適用於現有太陽能光伏網路的直插式隔離方案
對於現有太陽能逆變器設施，其通訊連接埠沒有iCoupler隔離所實現的強固性，iCoupler隔離式RS-485中繼器是強大的直接插入式解決方案。精小的訊號和電源iCoupler隔離式RS-485中繼器提供強固的隔離保護，防止EMC惡劣的太陽能環境中的電氣雜訊影響。
iCoupler隔離式RS-485中繼器設計由兩個RS-485收發器和兩個高速ADCMP600比較器組成。ADM2587E是全整合式資料收發器，支援±15 kV ESD保護及訊號和電源隔離，適用於多點傳輸線上的高速通訊。ADM2587E內部整合隔離式DC-DC電源，無需外加DC-DC隔離模組。RS-485中繼器需要資料碼流控制，這對RS-485匯流排上的通訊方向控制而言相當重要。在ADM2587E邏輯接腳上使用高速比較器ADCMP600可提供高速流控制和方向性，從而實現可靠的通訊系統。
具備增強EMC強固性的訊號隔離式RS-485
設計EMC通訊介面時，電路設計人員常常要面對設計和測試反覆運算迴圈。電路設計必須符合系統級EMC標準和客戶要求。工業自動化的系統級IEC標準(如IEC 61131-2)規定了多種IEC ESD、EFT和突波保護級以及對輻射、傳導和磁場干擾的抗擾度。
ADI公司iCoupler訊號隔離式RS-485包含經認證的額外EMC保護，可防範上述干擾，從而縮短需要滿足嚴格監管目標的設計的上市時間。
具體而言，ADM2795E RS-485收發器整合了隔離強固性和EMC保護，如此可大幅節省印刷電路板(PCB)空間，以供太陽能光伏通訊連接埠介面使用。

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