Bộ chuyển đổi DC/DC hai chiều (BDC) là gì?

Định nghĩa BDC trong tài liệu kỹ thuật

BDC là nhóm bộ biến đổi dùng cho các ứng dụng cần dòng công suất theo cả chiều thuận và chiều ngược.[1] Định nghĩa này lấy từ bài tổng quan năm 2019 của Gorji và cộng sự.[1] Trong hệ lưu trữ lai (HESS), BDC giữ vai trò chính trong quản lý năng lượng, theo bài tổng quan năm 2025 của Tong và cộng sự.[2] Việc của BDC là chia công suất giữa các nguồn năng lượng và bảo đảm khớp điện áp.[2] Bộ tăng giảm áp hai chiều trong hệ điện mặt trời làm việc ở hai chế độ.[3] Ở chế độ sạc, công suất đi từ nguồn vào pin; ở chế độ xả, công suất đi từ pin về nguồn.[3]

BDC khác bộ chuyển đổi DC/DC một chiều ở điểm nào

Bộ chuyển đổi DC/DC một chiều chỉ cho công suất đi một hướng. Ở tầng đầu vào từ dàn pin mặt trời, bộ tăng áp không cách ly một chiều được chọn vì yêu cầu chi phí.[4] Bộ tăng giảm áp hai chiều được tạo bằng cách thay khóa công suất một chiều (unidirectional) của bộ buck và bộ boost bằng khóa hai chiều.[2] Trong xe điện dùng hệ lưu trữ lai, pin nhiên liệu nối vào khâu trung gian một chiều qua bộ biến đổi một chiều.[2] Tụ điện dung lượng cao (supercapacitor) trong cùng hệ nối qua bộ biến đổi hai chiều.[2]

Vai trò của BDC trong hệ điện mặt trời có lưu trữ

BDC cất phần điện mặt trời dư vào pin và lấy điện từ pin khi tải lớn hơn sản lượng điện mặt trời.[3] BDC còn giữ ổn định điện áp ở khâu trung gian một chiều.[3] Khâu trung gian một chiều (DC link, còn gọi DC bus) là đoạn mạch một chiều chung của biến tần, nơi pin nối vào qua bộ chuyển đổi DC/DC.[6] Cách nối này dùng cho nhà máy điện mặt trời có lưu trữ trong nghiên cứu năm 2021 của Lo Franco và cộng sự.[6] Ở hệ lưu trữ gia đình, điện mặt trời đi qua bộ chuyển đổi DC/DC một chiều lên khâu trung gian.[9] Bộ chuyển đổi DC/DC hai chiều của hệ này sạc hoặc xả pin.[9]

Các ứng dụng phổ biến của bộ chuyển đổi DC/DC hai chiều

BDC có mặt ở mọi hệ cần đưa điện vào và lấy điện ra từ cùng một nguồn lưu trữ, từ pin điện mặt trời tới pin xe điện.[1][2]

Hai chiều công suất trong định nghĩa ứng với hai chế độ làm việc của mạch: hạ áp khi sạc và tăng áp khi xả. Mục 2 giải thích từng chế độ.

Mạch tăng áp và hạ áp trong cùng một bộ

Bộ biến đổi DC/DC hạ áp (buck converter) là mạch hạ điện áp cao xuống mức phù hợp với tải.[2] Bộ biến đổi DC/DC tăng áp (boost converter) là mạch nâng điện áp vào lên điện áp ra cao hơn.[2] Bộ tăng giảm áp hai chiều (bidirectional buck-boost) gộp hai chức năng này nhờ khóa công suất hai chiều.[2] Mạch được dựng từ bộ buck hoặc bộ boost một chiều.[3]

Chế độ hạ áp khi sạc pin

Chế độ hạ áp (buck mode) là chế độ BDC hạ điện áp phía nguồn xuống mức của pin để sạc, khi công suất đi từ nguồn vào pin.[3] Tầng chuyển đổi cho pin trong biến tần chuỗi cũng sạc pin ở chế độ buck.[4]

Chế độ tăng áp khi xả pin

Chế độ tăng áp (boost mode) là chế độ BDC nâng điện áp pin lên mức của phía nguồn để xả, khi công suất đi từ pin về nguồn.[3] Cùng tầng chuyển đổi đó xả pin ở chế độ boost.[4]

Điều khiển hướng dòng bằng điện áp

Ở biến tần trung tâm SMA Sunny Central, cổng đấu pin nối thẳng vào khâu trung gian một chiều chính.[10] Bộ chuyển đổi DC-DC của SMA nâng nhẹ điện áp một chiều để pin sạc, hạ nhẹ điện áp để pin xả.[10] Thiết bị SMA DC-DC Converter là bộ tăng áp và hạ áp có chức năng sạc xả pin, làm việc ở bốn góc phần tư.[11]

Mức điện áp pin và nhu cầu khớp điện áp

Hệ một pha công suất thấp thường dùng pin 48 V, còn hệ ba pha công suất cao hơn dùng pin 400 V.[4] Điện áp pin khác điện áp khâu trung gian, nên BDC phải làm khớp hai mức điện áp này.[2] Cách phân loại pin điện áp cao và pin điện áp thấp nằm ở bài pin lưu trữ điện áp cao và điện áp thấp. Khoảng điện áp pin làm việc được trình bày ở bài Dải điện áp pin.

Mô đun DC-DC tích hợp sẵn trong bộ pin

Hệ K1 trong đợt thử Stromspeicher-Inspektion 2024 của HTW Berlin có mô đun chuyển đổi DC-DC tích hợp sẵn trong bộ pin.[7] Mô đun này làm việc như bộ hạ áp khi sạc và như bộ tăng áp khi xả.[7] Nó tách phần lớn điện áp ở cực ra khỏi điện áp bên trong pin, nhờ đó cực ra của pin đạt vài trăm vôn.[7] Điện áp bên trong pin do cách ghép cell quyết định, nội dung của bài Cấu hình cell pin.

Khi hai mức điện áp chênh nhau nhiều, mạch không có biến áp khó đạt tỷ số tăng áp đủ cao.[2] Vì vậy BDC chia thành hai nhóm theo việc có biến áp cách ly hay không, trình bày ở mục 3.

Phân loại theo cách ly về điện

Bộ chuyển đổi DC/DC hai chiều chia thành nhóm không cách ly và nhóm có cách ly, mỗi nhóm gồm tám dạng cấu trúc.[1] Cấu trúc không cách ly truyền năng lượng qua kết nối trực tiếp.[2] Cấu trúc có cách ly đổi điện một chiều sang xoay chiều tần số cao, truyền qua biến áp rồi chỉnh lưu lại thành điện một chiều.[2]

BDC không cách ly: gọn, nhẹ, hiệu suất cao

Bộ chuyển đổi DC/DC không cách ly có cấu trúc gọn và không cần biến áp.[3] Nhóm này nhìn chung có hiệu suất cao hơn nhóm có cách ly.[3] Cấu trúc không cách ly nhẹ, nhưng thiếu biến áp nên không đạt tỷ số tăng áp cao.[2]

BDC có cách ly: có biến áp, tỷ số điện áp lớn

Cấu trúc có cách ly đạt hệ số tăng áp cao bằng cách chỉnh tỷ số vòng dây biến áp.[2] Cách ly về điện bảo vệ tải nhạy cảm trước sự cố và nhiễu.[2] Đổi lại, biến áp làm mất một phần năng lượng trong quá trình biến đổi điện từ.[3]

Khi nào hệ lưu trữ dùng BDC có cách ly

Pin điện áp thấp như 48 V được dùng rộng rãi trong hệ lưu trữ gia đình vì lý do an toàn.[9] Với cấu hình này, bộ chuyển đổi DC/DC có cách ly tạo cách ly về điện giữa khâu trung gian cao áp và pin.[9] Bộ chuyển đổi có cách ly cũng phù hợp ứng dụng công suất lớn có yêu cầu an toàn cao.[3] Hệ pin 12 V, 24 V và 48 V được so sánh ở bài hệ lưu trữ 12V, 24V hay 48V.

Mỗi nhóm có một cấu trúc đại diện hay gặp trong hệ lưu trữ: bộ tăng giảm áp hai chiều ở nhóm không cách ly và DAB ở nhóm có cách ly.[2] Mục 4 mô tả hai cấu trúc này.

Bộ tăng giảm áp hai chiều

Bộ tăng giảm áp hai chiều có cấu trúc và cách điều khiển gọn, ít linh kiện và hiệu suất biến đổi cao.[3] Tỷ số giữa điện áp vào và điện áp ra của mạch này nhỏ.[3] Vì vậy mạch chỉ phù hợp ứng dụng công suất thấp, không cần cách ly về điện.[3]

Cấu trúc xen kẽ nhiều pha tăng công suất

Cấu trúc xen kẽ nhiều pha (interleaved) là cách chia bộ chuyển đổi thành nhiều nhánh chạy lệch pha nhau để dòng ra phẳng hơn.[2] Vận hành nhiều pha làm giảm độ gợn dòng điện ở tần số đóng cắt.[2] Tầng chuyển đổi cho pin trong biến tần chuỗi cũng ghép xen kẽ các nhánh để tăng công suất và giảm gợn dòng.[4]

Cầu chủ động kép DAB gồm những khối nào

Cầu chủ động kép (Dual active bridge, DAB) là bộ chuyển đổi DC/DC gồm hai mạch cầu toàn phần nối qua biến áp tần số cao.[2] Nhờ biến áp, hai phía của DAB cách ly về điện.[2] Giữa hai cầu có một cuộn cảm nối tiếp Ls và một biến áp cách ly tần số cao.[9] Mạch DAB có tám khóa công suất.[2]

Dịch pha quyết định chiều công suất DAB

Điều chế dịch pha đơn (Single phase shift, SPS) là cách điều khiển BDC có cách ly bằng việc chỉnh độ lệch pha đóng cắt giữa hai cầu.[1][2] Góc dịch pha quyết định cả chiều và độ lớn công suất truyền.[9] Cầu sơ cấp sớm pha hơn cầu thứ cấp thì công suất đi theo chiều thuận; cầu sơ cấp chậm pha thì công suất đi theo chiều ngược.[9] Công suất truyền lớn nhất của DAB bị giới hạn bởi điện cảm và tần số đóng cắt.[9] Ba phương pháp dịch pha cho BDC có cách ly là dịch pha đơn, dịch pha kép và dịch pha ba.[1]

Chuyển mạch mềm và giới hạn ở tải nhẹ

Chuyển mạch tại điện áp không (Zero voltage switching, ZVS) là cách đóng khóa công suất lúc điện áp trên khóa gần bằng 0.[2][9] Đây là một dạng chuyển mạch mềm, dùng để giảm tổn hao đóng cắt.[2] Năng lượng tích trong cuộn cảm Ls là điều kiện để đạt chuyển mạch mềm ở cả hai phía.[9] Ở tải nhẹ, Ls tích ít năng lượng nên DAB khó đạt ZVS.[9] DAB đạt hiệu suất cao khi tỷ số điện áp khớp tỷ số biến áp.[9]

DAB hợp với công suất lớn

DAB phù hợp ứng dụng công suất lớn và hệ số tăng áp cao, ví dụ hệ xe điện.[2] DAB dịch pha mở rộng nằm trong nhóm cấu trúc phổ biến nhất cho tầng chuyển đổi pin có cách ly.[4]

Các biến thể CLLLC, SR-DAB, Ćuk và đẩy kéo

DAB cộng hưởng CLLLC của Texas Instruments đạt công suất tới 6,6 kW.[4] Điện áp sơ cấp của mạch từ 380 V đến 600 V, thứ cấp từ 280 V đến 450 V.[4] Thiết kế tham chiếu SR-DAB 3,6 kW nhắm hệ lưu trữ có điện áp pin từ 40 V đến 60 V.[9] Bộ Ćuk có dòng vào và dòng ra ổn định.[2] Bộ đẩy kéo hai chiều dùng biến áp nhiều cuộn dây để truyền công suất.[2]

Linh kiện SiC và GaN giảm tổn hao

Linh kiện bán dẫn vùng cấm rộng như SiC và GaN cho phép tăng tần số đóng cắt và giảm tổn hao.[2] Trong DAB, khóa SiC hoặc GaN tổn hao thấp làm giảm tổn hao đóng cắt.[2]

Mỗi cấu trúc và mỗi loại linh kiện để lại một phần tổn hao riêng, nên hiệu suất là con số dùng để so các BDC. Mục 5 trình bày cách đo con số này.

Hiệu suất đỉnh và hiệu suất đầy tải

TIDA-010054 của Texas Instruments là thiết kế tham chiếu DAB một pha 10 kW, tần số đóng cắt 100 kHz.[5] Thiết kế này đạt hiệu suất đỉnh 98,7% và hiệu suất đầy tải 98%.[5] Hai con số lệch nhau 98,7 - 98 = 0,7 điểm phần trăm. Thiết kế SR-DAB của Texas Instruments đạt hiệu suất đỉnh 98,5%.[9]

Bốn đường chuyển đổi năng lượng của hệ

Hệ lưu trữ có bốn đường chuyển đổi năng lượng, mỗi đường có hiệu suất riêng.[7] PV2AC là đường cấp điện mặt trời ra lưới, PV2BAT là đường sạc pin từ điện mặt trời.[7] AC2BAT là đường sạc pin từ phía xoay chiều, BAT2AC là đường xả pin ra phía xoay chiều.[7] Điểm đo PV và BAT nằm ở phía một chiều của hệ.[7] Khi BDC đặt ở phía pin, dòng vào pin và dòng từ pin ra lưới đều đi qua BDC.[6]

Hiệu suất pin khác hiệu suất BDC

Hiệu suất tổng của pin gồm hai thành phần là hiệu suất culông và hiệu suất điện áp.[12] Hiệu suất culông (Coulombic efficiency) là tỷ lệ so sánh lượng điện tích nạp vào pin khi sạc với lượng điện tích lấy ra khi xả.[12] Hiệu suất pin trong đợt thử của HTW Berlin là tỷ số giữa năng lượng một chiều pin xả ra và năng lượng một chiều nạp vào.[7] Trung bình hiệu suất pin của 20 hệ lithium-ion trong đợt thử 2024 là 95,7%.[7]

BDC trong bộ pin làm giảm hiệu suất đo được

Hệ A1 (VARTA pulse neo 6) có hiệu suất pin trung bình cao nhất, 97,8%.[7] Hệ K1 có hiệu suất pin thấp nhất, kém hệ A1 gần 10 điểm phần trăm.[7] Mức thấp nhất của đợt thử là 87,9%, tức 97,8 - 87,9 = 9,9 điểm dưới mức cao nhất.[7] Mô đun chuyển đổi DC-DC tích hợp sẵn trong bộ pin K1 là một phần nguyên nhân.[7] Việc bù chênh lệch điện áp kéo theo tổn hao biến đổi bổ sung.[7]

Dải hiệu suất đường xả BAT2AC

Hiệu suất trung bình của đường BAT2AC trong đợt thử 2024 nằm trong khoảng từ 91,2% ở hệ J1 đến 97,8% ở hệ D2.[7] Trung bình của mọi hệ là 95,2%.[7] Ở cấu hình có BDC phía pin, đường từ pin ra lưới đi qua thêm một tầng biến đổi.[6]

Hiệu suất nhiều tầng bằng tích từng tầng

Công suất ra của mỗi đường bằng công suất vào nhân hiệu suất của từng tầng năng lượng đi qua.[6] Ở cấu hình ghép nối AC, công suất xoay chiều của nhánh pin khi xả bằng công suất pin nhân hiệu suất biến tần và máy biến áp.[6] Khi sạc, công suất xoay chiều cần cấp bằng công suất pin chia cho tích hai hiệu suất đó.[6] Với BDC phía pin, công suất ở khâu trung gian bằng công suất pin nhân hiệu suất BDC khi xả.[6] Khi sạc, công suất ở khâu trung gian bằng công suất pin chia cho hiệu suất BDC.[6]

Quy trình thử theo Effizienzleitfaden

Hướng dẫn hiệu suất cho hệ lưu trữ điện mặt trời (Effizienzleitfaden für PV-Speichersysteme) định nghĩa quy trình thử thống nhất trong phòng thí nghiệm.[7] Bản đầu phát hành tháng 03/2017 do BVES và BSW chủ trì, bản 2.0 phát hành tháng 07/2019.[7] Nhóm công tác DKE AK 371.1.9 đang phát triển hướng dẫn này thành tiêu chuẩn.[7]

Tiêu chuẩn an toàn IEC 62477-1

IEC 62477-1:2022 là tiêu chuẩn an toàn cho hệ biến đổi điện tử công suất (PECS), ấn bản 2.0, phát hành ngày 20/05/2022.[8] Bản trên IEC Webstore đã gộp bản đính chính tháng 04/2024 và ghi năm ổn định 2027.[8] Tiêu chuẩn áp cho hệ có điện áp định mức tối đa 1.000 V AC hoặc 1.500 V DC.[8] Đây là tài liệu tham chiếu cho các ban kỹ thuật soạn tiêu chuẩn về bộ biến đổi công suất hai chiều.[8] Phạm vi tiêu chuẩn loại trừ thiết bị đường sắt và thiết bị xe điện.[8]

Hệ K1 cho thấy hiệu suất đo được phụ thuộc BDC nằm trên đường năng lượng nào. Mục 6 xác định vị trí của BDC trong từng kiểu sản phẩm.

Cổng pin của biến tần hybrid

Hệ ghép nối DC dùng biến tần hybrid để nối dàn pin mặt trời với pin lưu trữ.[7] Các hệ ghép nối DC trong đợt thử Energy Storage Inspection 2026 cũng dùng biến tần hybrid.[13]

Biến tần hybrid chiếm đa số ở Đức

Biến tần hybrid chiếm 82% thị trường hệ lưu trữ gia đình lắp mới tại Đức năm 2023.[7] Số liệu lấy từ sổ đăng ký Marktstammdatenregister ngày 26/01/2024.[7] Trong đợt thử 2024, 18 trên 20 hệ là hệ ghép nối DC.[7]

BDC trong ghép nối DC và ghép nối AC

Hệ ghép nối DC (DC coupling) dùng chung biến tần cho dàn pin mặt trời và pin lưu trữ.[17] Hệ ghép nối AC (AC coupling) chỉ chung điểm đấu nối với lưới.[17] Cấu hình ghép nối AC dùng hai biến tần riêng cho dàn pin mặt trời và hệ pin.[6] So sánh đầy đủ hai cách ghép nằm ở bài AC coupling và DC coupling.

BDC lưu phần điện bị cắt ngọn

Cắt ngọn công suất (clipping) là phần điện năng biến tần bỏ đi khi công suất một chiều của dàn pin mặt trời vượt định mức biến tần.[14] Hệ ghép nối DC lưu được phần năng lượng này vào pin, theo phân tích năm 2017 của NREL.[17] Ở nhà máy dùng thiết bị SMA, phần công suất vượt định mức biến tần được cất vào pin phía một chiều.[10] Biến tần khi đó tiếp tục chạy đầy tải.[10]

BDC trong nhà máy ghép nối DC

Ở nhà máy ghép nối DC, bộ chuyển đổi DC/DC nối module pin vào khâu trung gian một chiều.[6] Cấu hình này chỉ dùng một biến tần cho mỗi module.[6] Hệ ghép nối DC dùng chung biến tần nhưng cần thêm các bộ chuyển đổi DC/DC.[14] Tối đa sáu bộ chuyển đổi DC-DC của SMA chạy đồng thời trên một biến tần Sunny Central.[11]

BDC tích hợp trong từng bộ pin

Mỗi bộ pin của Sigenergy SigenStor có một bộ tối ưu DC-DC (DC-DC Optimizer), cho phép nối song song các bộ pin.[15] Hệ cho phép dùng lẫn pin cũ và pin mới, khác hãng cell, khác dung lượng, trạng thái sức khỏe pin (SOH) và trạng thái sạc (SOC).[15] Kiến trúc Module+ của Huawei LUNA2000-S1 dùng bộ tối ưu năng lượng tích hợp ở cấp module.[16]

BDC trong xe điện và V2G

Ở xe hybrid sạc ngoài, pin động lực nối vào khâu trung gian một chiều qua bộ chuyển đổi DC/DC hai chiều.[2] Pin động lực trong cấu hình này vừa cấp năng lượng ổn định vừa thu hồi năng lượng khi phanh và giảm tốc.[2] Truyền công suất hai chiều giữa xe và lưới dùng chuẩn giao tiếp ISO 15118-20:2022, đã có sửa đổi Amd 1:2026.[18] Bộ sạc Sigenergy SigenStor EV DC sạc hai chiều 25 kW, có chức năng xe cấp điện cho nhà (V2H) và xe cấp điện cho lưới (V2G).[19]

BDC trong lưới DC và vi lưới

Bộ chuyển đổi DC/DC hai chiều giữ ổn định điện áp khâu trung gian một chiều, nên dùng được trong lưới điện một chiều.[3] Bộ chuyển đổi Sungrow SD125HV tích hợp chức năng MPPT và tương thích ứng dụng vi lưới một chiều (DC microgrid).[20]

Mỗi vị trí của BDC có một kiểu thông số riêng trên tài liệu hãng: cổng pin của biến tần, module công suất hoặc bộ chuyển đổi riêng. Mục 7 đọc các con số đó.

Công suất sạc xả tối đa và công suất đỉnh

Module điều khiển công suất Huawei LUNA2000-5KW-C0 có công suất ra tối đa 2,5 kW với một module pin và 5 kW với hai hoặc ba module.[21] Công suất đỉnh tương ứng là 3,5 kW và 7 kW trong 10 giây.[21] Module công suất LUNA2000-10KW-C1 có công suất sạc và xả tối đa 3,5 kW, 7 kW và 10,5 kW.[22] Mỗi module pin LUNA2000-S1 sạc và xả ở 3,5 kW.[16] Giới hạn công suất được trình bày ở bài công suất sạc tối đa và bài Công suất xả tối đa.

Dải điện áp làm việc của cổng pin

Dải điện áp làm việc của LUNA2000-5KW-C0 là từ 350 V đến 560 V trong hệ một pha và từ 600 V đến 980 V trong hệ ba pha.[21] Dải điện áp pin của Sungrow SH5.0RT đến SH10RT là từ 150 V đến 600 V.[23] Các model GoodWe ET có dải điện áp pin từ 180 V đến 600 V.[24] Cách đọc dải này là nội dung của bài Dải điện áp pin.

Dòng sạc xả tối đa của cổng pin

Dòng sạc xả tối đa của Sungrow SH10RT là 30 A cho cả hai chiều.[23] Dòng sạc xả liên tục tối đa của các model GoodWe ET là 25 A.[24] Cách đọc giới hạn này được trình bày ở bài Dòng sạc xả tối đa.

Hiệu suất công bố trên datasheet

Các model GoodWe ET có hiệu suất tối đa 97,6%, hiệu suất châu Âu 96,8% và hiệu suất tối đa từ pin ra xoay chiều 97,5%.[24] Sungrow SH10RT có hiệu suất tối đa 98,4% và hiệu suất châu Âu 97,9%, không công bố hiệu suất riêng của đường pin.[23] Bộ chuyển đổi Sungrow SD125HV có hiệu suất tối đa 99%.[20]

Đọc công suất theo số module pin

Một module pin Huawei LUNA2000-5-E0 có dung lượng 5 kWh, đo ở độ sâu xả (DoD) 100%, tốc độ 0,2C và 25 °C.[21] Một module điều khiển công suất hỗ trợ tối đa ba module pin mở rộng.[25] Dung lượng từng module được giải thích ở bài dung lượng module pin. Con số kWh in trên nhãn là nội dung của bài Dung lượng định mức, còn mức 0,2C được giải thích ở bài Tốc độ sạc xả (C-rate). Mức tối đa khi ghép nhiều module là nội dung của bài Dung lượng hệ thống tối đa.

Bảng thông số BDC và cổng pin của các hãng

Bảng chép đúng tên và số hãng công bố. Ô "Không công bố" nghĩa là tài liệu hãng được dẫn không có con số đó.

Thông số BDC hãng thường không công bố

Sungrow SH10RT không công bố hiệu suất sạc từ dàn pin mặt trời vào pin hay hiệu suất từ pin ra xoay chiều.[23] Các model GoodWe ET công bố hiệu suất từ pin ra xoay chiều, nhưng không công bố hiệu suất từ dàn pin mặt trời vào pin.[24] Hiệu suất đo của các đường PV2BAT và BAT2AC cho từng hệ có trong báo cáo đợt thử của HTW Berlin.[7]

Khi hãng không công bố hiệu suất đường pin, có thể ghép hiệu suất từng tầng để ước lượng hiệu suất cả đường. Mục 8 làm phép tính này.

Bước 1: chọn sơ đồ hai đường năng lượng

Đường ghép nối DC đi từ khâu trung gian qua BDC hạ áp, vào pin, qua BDC tăng áp, rồi qua tầng nghịch lưu.[6] Đường ghép nối AC đi qua biến tần điện mặt trời, biến tần pin khi sạc, pin, rồi biến tần pin khi xả.[6] Ví dụ giả định hệ gia đình không có máy biến áp. Tầng MPPT có ở cả hai đường nên không đưa vào phép so.

Bước 2: lấy hiệu suất từng tầng

Con số 98,4% là hiệu suất tối đa của cả biến tần SH10RT.[23] Ví dụ dùng con số này làm hiệu suất một tầng nghịch lưu hoặc chỉnh lưu. Biến tần pin của đường ghép nối AC được giả định có cùng hiệu suất 98,4% ở cả hai chiều.

Bước 3: tính đường ghép nối DC

Hiệu suất đường ghép nối DC là 0,980 × 0,957 × 0,980 × 0,984 ≈ 90,4%. Với 10 kWh điện mặt trời đưa vào pin, phía xoay chiều nhận lại khoảng 10 × 0,904 ≈ 9,04 kWh.

Bước 4: tính đường ghép nối AC

Hiệu suất đường ghép nối AC là 0,984 × 0,984 × 0,957 × 0,984 ≈ 91,2%. Cùng 10 kWh điện mặt trời cho khoảng 10 × 0,912 ≈ 9,12 kWh ở phía xoay chiều. Theo sơ đồ ở Bước 1, mỗi đường đi qua ba tầng biến đổi công suất cộng thêm pin.

Bước 5: đổi hiệu suất BDC sang mức đỉnh 98,7%

Với hiệu suất đỉnh 98,7% của TIDA-010054,[5] đường ghép nối DC đạt 0,987 × 0,957 × 0,987 × 0,984 ≈ 91,7%. Tính chưa làm tròn, kết quả này cao hơn đường ghép nối AC khoảng 91,74 - 91,18 ≈ 0,6 điểm phần trăm. Với BDC 98,0%, đường ghép nối DC thấp hơn đường ghép nối AC khoảng 91,18 - 90,44 ≈ 0,7 điểm phần trăm.

Bước 6: đối chiếu với kết quả của NREL và Lo Franco

Ở nhà máy điện mặt trời kèm pin quy mô lớn, cấu hình ghép nối DC có hiệu suất cao hơn ghép nối AC.[6] Với dòng từ dàn pin mặt trời vào pin, ghép nối AC kém nhất vì đi qua hai bộ biến đổi và hai máy biến áp.[6] Với dòng từ pin ra lưới, cấu hình có BDC phía pin kém nhất vì có thêm một tầng biến đổi.[6] Trong bộ số NREL ATB 2024, hệ ghép nối DC quy mô nhà máy có hiệu suất chu trình 87% khi sạc từ điện mặt trời.[14] Khi sạc từ lưới, hệ này có hiệu suất chu trình 85%.[14] Với ghép nối AC, bộ số dùng 85% cho mọi nguồn sạc, thấp hơn 87 - 85 = 2 điểm phần trăm.[14]

Giới hạn của ví dụ

Ví dụ không tính trường hợp sạc pin từ lưới. Hệ ghép nối DC có thể tổn hao cao hơn khi lưu điện lấy từ lưới.[17] Nghiên cứu nhà máy năm 2021 cũng không xét dòng công suất từ lưới vào nhà máy.[6] Nghiên cứu đó mô hình hiệu suất biến tần và BDC theo đường cong phụ thuộc công suất chuẩn hóa.[6] Ví dụ ở đây dùng một giá trị cố định cho mỗi tầng. Vì vậy các con số ở Bước 3 đến Bước 5 chỉ minh họa cách áp phương pháp nhân hiệu suất.

Kết quả so sánh đổi theo hiệu suất từng tầng, nên người chọn hệ cần đúng tài liệu chứa các con số đó. Mục 9 gom các tài liệu này.

Tiêu chuẩn quốc tế liên quan đến BDC

IEC 62477-1:2022 quy định an toàn cho hệ biến đổi điện tử công suất tới 1.500 V DC.[8] Bộ chuyển đổi DC/DC của SMA và Sungrow tương thích pin 1.500 V.[11][20] Pin lưu trữ nối với BDC còn theo các tiêu chuẩn riêng như IEC 62619 và VDE 2510-50.

Chọn điện áp pin theo công suất hệ

Hệ biến tần chuỗi công suất lớn hơn có thể dùng pin 800 V, cao hơn mức 48 V và 400 V ở mục 2.[4] Danh sách pin được hãng biến tần xác nhận nằm ở bài pin lưu trữ tương thích.

Hồ sơ hiệu suất theo đường năng lượng

Đợt thử của HTW Berlin đánh giá hệ lưu trữ bằng hiệu suất từng đường PV2AC, PV2BAT, AC2BAT và BAT2AC.[7] Báo cáo năm 2026 xếp hạng hệ theo chỉ số hiệu năng hệ thống (System Performance Index, SPI), tính từ dòng năng lượng tại điểm đấu nối lưới.[13] Hệ FOX ESS PQ-H3-Ultra-10.0 với pin EQ3300-5 đạt SPI cao nhất nhóm 10 kW, bằng 97,0%.[13]

Các mục về BDC trên datasheet và hồ sơ hãng

• Công suất sạc xả tối đa theo số module pin: như Huawei công bố cho LUNA2000-5KW-C0.[21]
• Dải điện áp làm việc và dòng sạc xả tối đa của cổng pin: như Sungrow công bố cho SH10RT.[23]
• Hiệu suất từ pin ra xoay chiều: như GoodWe công bố cho các model ET.[24]
• Vị trí BDC: trong biến tần, trong module điều khiển công suất hay trong từng bộ pin.[25][15]
• Kết quả đo theo Effizienzleitfaden: khi hệ đã tham gia đợt thử của HTW Berlin.[7]