Zrýchlený vývoj integrovaných solárnych-úložných-systémov nabíjania: Integrácia systému na ukladanie energie a viacero{2}}scenárových aplikácií vstupujú do fázy prehĺbenej implementácie

V dôsledku rastúceho dopytu po nabíjaní elektrických vozidiel (EV), rastúcej penetrácie distribuovanej fotovoltaiky (PV) a pokračujúceho rozširovania priemyselných a komerčných aplikácií na ukladanie energie sa posilňuje synergia medzi fotovoltaikou, skladovaním energie a nabíjacou infraštruktúrou. V posledných rokoch sa systémy nabíjania PV-akumulácie-rozvinuli z jednoduchých kombinácií jednotlivých zariadení na integrované energetické systémy; ich aplikačné scenáre sa rozšírili nad rámec tradičných nabíjacích staníc a zahŕňajú priemyselné parky, obchodné komplexy, dopravné uzly, logistické centrá a mimo-sieťové oblasti.

 

Technologicky jadro FV -akumulačného{1}}systému nespočíva len v spoločnom-umiestnení FV modulov, batérií na ukladanie energie a nabíjacieho zariadenia na jednom mieste, ale aj v dosahovaní koordinovanej prevádzky medzi týmito rôznymi energetickými aktívami prostredníctvom jednosmerných zberníc, konvertorov na ukladanie energie, systémov riadenia energie a riadiacich jednotiek napájania.

 

Systém dynamicky prispôsobuje toky energie na základe faktorov, ako je výstup výroby FV, stav nabitia--nabitia energie (SoC), zaťaženie nabíjania, kapacita siete a ceny elektriny v-reálnom čase. Optimalizuje sa tým využitie obnoviteľnej energie a zmierňuje sa okamžitý vplyv-nabíjania vysokým výkonom na systém distribúcie energie.

 

 

 

Infraštruktúra skorého nabíjania elektromobilov sa spoliehala predovšetkým na priame napájanie zo siete, pričom nabíjacie zariadenia fungovali nezávisle od fotovoltaických systémov a systémov skladovania energie. Keď sa úroveň nabíjacieho výkonu zvýšila, tradičné modely distribúcie energie čelili obmedzeniam súvisiacim s kapacitou transformátora, distribučnými vedeniami a požiadavkami na špičkové zaťaženie. V dôsledku toho sa integrácia uskladňovania energie do vyrovnávacej energie-v kombinácii s fotovoltaickou výrobou na dodávku zelenej elektriny- ukázala ako životne dôležitá systémová architektúra, najmä v scenároch s obmedzenou existujúcou distribučnou kapacitou.

 

V tomto nastavení systém akumulácie energie funguje ako zásobník energie a regulátor výkonu. Dokáže uspokojiť okamžité požiadavky na energiu, keď sa nabíjacie špičky nabíjajú, a ukladať prebytočnú energiu počas obdobia nízkej záťaže alebo vysokej fotovoltaiky. V regiónoch s cenovou-časom{3}}spotreby (ToU) elektriny môžu systémy skladovania energie tiež koordinovať plány nabíjania a vybíjania na základe stratégií správy energie.

 

Pokiaľ ide o štruktúru produktu, systémy nabíjania PV-úložných{1}}nabíjačiek, ktoré sú v súčasnosti na trhu, vo všeobecnosti spadajú do dvoch kategórií: vysoko integrované produkty „všetko{2}}v{3}}jednom“ a riešenia obsahujúce samostatné modulárne komponenty. Integrované riešenia sa zvyčajne vyznačujú vysokou úrovňou integrácie medzi batériami na ukladanie energie, jednotkami na konverziu energie, distribúciou energie, nabíjacou infraštruktúrou a riadiacimi modulmi, čím sa znižuje počet-komponentov a bodov pripojenia na mieste.

 

Na rozdiel od toho, rozdelené{0}}systémové riešenia zahŕňajú konfiguráciu fotovoltaických zariadení, zariadení na ukladanie energie, nabíjania a distribúcie energie oddelene na základe rozsahu projektu a podmienok na mieste, pričom pri koordinácii systémových operácií sa spoliehajú na platformu správy energie.

 

Tento vývoj vo forme produktov viedol k vývoju pomocných komponentov-, ako sú úložné skrine, napájacie konektory, systémy prípojníc, izolačné konštrukcie a zostavy tepelného manažmentu- smerom k modularite, štandardizácii a vyššej integrácii.

 

Systémy skladovania energie slúžia ako kľúčový základ pre koordinovanú prevádzku solárnych{0}}plus-akumulačných-plus{3}}dobíjacích systémov.

 

V solárnych-plus-akumulačných-plus-systémoch nabíjania zariadenia na skladovanie energie nielen uchovávajú elektrickú energiu, ale priamo ovplyvňujú aj schopnosť odozvy systému a prevádzkovú stabilitu. So zvyšujúcou sa kapacitou skladovania energie a menovitým výkonom sa tieto systémy vyvíjajú z jednoduchých batériových skríň na komplexné jednotky, ktoré koordinujú viacero podsystémov, vrátane batérií, PCS (Power Conversion Systems), distribúcie energie, hasenia požiaru, tepelného manažmentu a EMS (Energy Management Systems).

 

Typické systémy na ukladanie energie z batérií LiFePO4 využívajú modulárne batériové jednotky, spájajúce viacero modulov v sérii a paralelne, aby sa dosiahlo požadované systémové napätie a kapacita. Táto modulárna štruktúra uľahčuje prepravu, inštaláciu a údržbu a zároveň umožňuje rozšírenie kapacity systému na základe požiadaviek projektu.

 

Pre aplikácie v miestnostiach s vybavením, priemyselných parkoch a priemyselných zariadeniach možno modulárne systémy na ukladanie energie z batérií flexibilne konfigurovať tak, aby vyhovovali dostupným priestorovým požiadavkám a požiadavkám na zaťaženie. Návrh systému musí brať do úvahy faktory, ako je kapacita batérie, špičkový výkon nabitia/vybitia, životnosť cyklu, teplota okolia a priestor na údržbu, a nie určovanie špecifikácií zariadenia výlučne na základe kapacity batérie.

 

S ďalším pokrokom v systémovej integrácii sa v niektorých jednotkách nachádzajú batérie, PCS, systémy distribúcie energie, tepelného manažmentu a protipožiarne systémy v jednej skrini. Tieto integrované komerčné a priemyselné skrine na skladovanie energie sú vhodné pre priemyselné parky, komerčné budovy a malé-až{2}}stredne-veľké nové energetické lokality, pretože znižujú-inštalačné práce na mieste a skracujú časové harmonogramy nasadenia.

 

 

So zvyšujúcim sa výkonom a kapacitou systémov na ukladanie energie sa úložná skriňa vyvinula z jednoduchej montážnej konštrukcie pre batérie na komplexnú zostavu, ktorá podporuje elektrické pripojenia, tepelné riadenie a funkcie bezpečnostnej ochrany.

 

Vo vnútri skrine na uskladnenie energie sa zvyčajne nachádzajú batériové moduly, prípojnice, ističe, poistky, stykače, systémy zberu údajov a vysoko/nízkonapäťové{0}}pripojovacie komponenty. Medzi rôznymi elektrickými modulmi sa musí udržiavať primeraná izolácia a povrchové vzdialenosti; Okrem toho je potrebné vziať do úvahy také faktory, ako je vedenie káblového zväzku, voľný priestor pre údržbu a cesty prenosu tepla.

 

Pri vonkajších aplikáciách musí kryt odolať environmentálnym faktorom, ako je dážď, prach, soľná hmla, slnečné žiarenie a kolísanie teploty. V dôsledku toho vonkajšie skrinkové-systémy na uchovávanie energie zvyčajne vyžadujú dizajn, ktorý zahŕňa tesniace štruktúry, antikorózne úpravy, systémy tepelného manažmentu a špecifické triedy ochrany proti vniknutiu (IP).

 

V pobrežných,-vysokovlhkých alebo silne znečistených priemyselných prostrediach je výber materiálov krytu a povrchových úprav rozhodujúci.

 

Vonkajšie skrine na uskladnenie energie z nehrdzavejúcej ocele využívajú prirodzenú odolnosť materiálu proti korózii na zmiernenie štrukturálnych rizík spojených s-dlhodobým vystavením životnému prostrediu; výber konkrétneho materiálu však stále vyžaduje komplexné hodnotenie na základe pevnosti, nákladov, hmotnosti, výrobných procesov a podmienok na mieste.

 

 

 

Počas prevádzky systémov akumulácie energie sa teplo vytvára v batériových článkoch, systéme premeny energie (PCS) a iných napájacích komponentoch. So zvyšujúcou sa hustotou energie systému sa tepelný manažment stal kľúčovým faktorom ovplyvňujúcim dlhodobú-prevádzku zariadení na skladovanie energie.

 

Malé{0}}až{1}}stredne-veľké jednotky na uchovávanie energie často využívajú riešenia vzduchového{3}}chladenia, ktoré odvádzajú teplo vzduchovými kanálmi, ventilátormi a výmenníkmi tepla. Tento prístup ponúka relatívne jednoduchú štruktúru a jednoduchú údržbu, vďaka čomu je-vhodný pre určité komerčné a priemyselné aplikácie na ukladanie energie. Napríklad vlastná 215 kWh integrovaná vzduchom{8}}chladená skriňa na uskladnenie energie umožňuje integrovaný dizajn batériových modulov, vzduchových kanálov a komponentov rozvodu energie prispôsobených špecifickým projektovým kapacitám a obmedzeniam lokality.

 

Pre systémy na uchovávanie energie s vysokou-energiou-a vysokým-výkonom ponúkajú riešenia kvapalného chladenia výhody v oblasti rovnomernosti teploty a účinnosti tepelného manažmentu pomocou chladiacej kvapaliny na priame odstránenie tepla generovaného batériovými článkami a napájacími komponentmi. Produkty, ako sú kvapalinou{4}}chladené integrované skrine na ukladanie energie pre aplikácie veternej energie, sú primárne navrhnuté pre veternú, solárnu a veľkoplošné-scenáre skladovania novej energie.

 

Bez ohľadu na to, či sa používa vzduchové alebo kvapalinové chladenie, návrh tepelného manažmentu sa musí zvážiť v spojení s usporiadaním batérie, elektrickými pripojeniami a konštrukciou krytu. Lokalizované hotspoty môžu zhoršiť výkon batérie a urýchliť degradáciu materiálu; preto musí byť monitorovanie teploty, teplotné vyváženie a mechanizmy varovania pred poruchami integrované do celkového návrhu systému.

 

 

Ďalším významným trendom vo vývoji solárnych-akumulačných{1}}systémov nabíjania je DC-spájanie na strane. V tradičných systémoch musí fotovoltaická (PV) energia prechádzať cez invertor, aby sa pripojila k striedavej sieti predtým, ako prejde ďalšou premenou energie prostredníctvom nabíjacieho zariadenia alebo systémov na uskladnenie energie; tento proces často zahŕňa niekoľko stupňov premeny energie.

 

Naproti tomu architektúry spojené s jednosmerným prúdom-umožňujú koordináciu energie medzi výrobou fotovoltických zariadení, skladovaním energie a nabíjaním priamo na strane jednosmerného prúdu, čím sa eliminujú určité kroky konverzie. V prípade aplikácií na nabíjanie jednosmerným prúdom a ukladanie energie s vysokým-spotrebom pomáha táto architektúra skrátiť cesty prenosu energie a zvyšuje celkovú účinnosť správy napájania systému.

 

Skrinky nabíjacieho systému -v-jednom FV-úložnom-systéme sa zvyčajne vyznačujú integrovaným dizajnom, ktorý kombinuje fotovoltaické vstupy, jednotky na ukladanie energie, konverziu energie a funkcie správy energie, čo umožňuje zariadeniu dynamicky dodávať energiu medzi rôzne zdroje na základe-požiadaviek lokality.

 

Súčasne napájacie prepojenia medzi fotovoltaickou a energetickou stranou kladú vyššie nároky na komponenty, ako sú prípojnice, konektory a izolačné materiály. Pri vysoko{1}}prúdových prevádzkových podmienkach majú faktory, ako je prierez vodiča-plocha, prechodový odpor, nárast teploty a vôľa izolácie, priamy vplyv na dlhodobú-prevádzkovú stabilitu systému.

 

 

Ako sa systémy skladovania energie rozširujú z miestností s vnútorným vybavením do vonkajších priestorov, prispôsobivosť voči životnému prostrediu sa stala kritickým meradlom pri navrhovaní produktov. Vonkajšie zariadenia na skladovanie energie musia odolať-dlhodobému vystaveniu faktorom, ako sú vysoké a nízke teploty, vlhkosť, dážď, prach, soľná hmla a ultrafialové (UV) žiarenie.

 

Konštrukčný návrh vonkajších skríň na uskladnenie energie si vyžaduje komplexný prístup, ktorý vyvažuje úroveň ochrany proti vniknutiu, schopnosti odvádzania tepla, elektrickú bezpečnosť a požiadavky na údržbu. Skriňa musí nielen chrániť vnútornú batériu a elektrické komponenty, ale musí poskytovať aj primeraný priestor pre systémy hasenia požiaru, tepelného manažmentu a údržby.

 

Pre projekty spárované s veternou alebo solárnou energiou sú zariadenia na skladovanie energie často inštalované v odľahlých oblastiach ďaleko od mestskej infraštruktúry, vďaka čomu je spoľahlivosť zariadení a možnosti diaľkovej prevádzky a údržby (O&M) obzvlášť dôležité. Systémy musia využívať senzory, systémy riadenia batérií (BMS) a systémy riadenia energie (EMS) na nepretržité monitorovanie stavu batérie, teploty, napätia, prúdu a prevádzkových anomálií, pričom prevádzkové údaje prenášajú do centrálnej monitorovacej platformy prostredníctvom komunikačných systémov.

 

Táto evolúcia transformuje zariadenia na uchovávanie energie z jednoduchých „skriniek na batérie“ na inteligentné energetické uzly schopné snímania, riadenia, komunikácie a správy energie.

 

 

S rastúcim rozsahom systémov skladovania energie rastie význam stratégií riadenia systému. Zatiaľ čo tradičné systémy skladovania energie sa primárne nabíjajú a vybíjajú na základe pevných plánov alebo prednastavených úrovní výkonu, systémy správy energie ďalšej{1}}generácie musia súčasne zohľadňovať predpovede počasia, fotovoltaický (PV) výkon, profily zaťaženia, kolísanie cien elektriny a stav batérie.

 

Keď je dopyt po nabíjaní nízky a výkon FV je vysoký, systém môže uprednostniť využívanie solárnej energie pri ukladaní prebytku; pri nabíjaní dopytových rázov môže úložný systém dodávať dodatočnú energiu na zníženie okamžitého zaťaženia siete; a v období nízkych cien elektriny sa systém môže dobíjať na základe prevádzkových stratégií.

 

Tento prístup dynamického plánovania znamená, že hodnota systémov skladovania energie sa vyvinula z jednoduchého skladovania elektriny na riadenie spotreby energie a optimalizáciu energie.

 

Súčasne s týmito dynamickými prevádzkovými režimami musí byť zosúladená vnútorná architektúra energetického prepojenia zariadení na uchovávanie energie. Vysoko-cykly nabíjania/vybíjania a prevádzka s vysokým-prúdom zvyšujú tepelné namáhanie prípojníc, konektorov a vývodov; preto konštrukčný návrh musí spĺňať nielen požiadavky na menovitý prúd, ale musí zohľadňovať aj dlhodobé-cyklovanie tepla, mechanické vibrácie a spoľahlivosť pripojenia.

 

 

Projekty skladovania energie sa výrazne líšia podľa aplikačného scenára, pričom rôzni zákazníci majú odlišné požiadavky na kapacitu, výkon, úrovne napätia, inštalačný priestor a spôsoby chladenia. V dôsledku toho sa modulárny dizajn stáva rozhodujúcim smerom pre vývoj produktov v tomto sektore.

 

Modulárne batériové systémy umožňujú škálovanie batériových jednotiek na základe projektovej kapacity; modulárne systémy konverzie energie (PCS) možno konfigurovať podľa požiadaviek na výkon záťaže; a modulárne konštrukcie skríň znižujú zložitosť výroby a inštalácie prostredníctvom štandardizovaných štruktúr.

 

Pri veľkých-systémoch na skladovanie energie uľahčuje modulárny dizajn aj prepravu zariadenia a-údržbu na mieste. Ak dôjde k poruche konkrétneho batériového modulu alebo elektrickej jednotky,-servis na úrovni modulu môže minimalizovať vplyv na celkovú prevádzku systému.

 

Zo štrukturálneho hľadiska si modulárny dizajn vyžaduje vysokú konzistenciu rozhrania medzi skrinkami, prípojnicami, káblovými zväzkami, konektormi a izolačnými komponentmi. Štandardizované rozhrania znižujú montážne tolerancie medzi modulmi a zjednodušujú prevádzkové postupy pri následnej údržbe.

 

 

Aplikácia integrovaných fotovoltaických -akumulačných{1}}systémov sa v súčasnosti rozširuje nad rámec tradičných verejných nabíjacích staníc do širšieho spektra scenárov. V komerčných komplexoch môžu systémy využívať solárnu energiu na streche kombinovanú so skladovaním energie na zníženie zaťaženia siete počas špičiek; v priemyselných parkoch môže skladovanie energie vyvážiť špičkový a mimo{3}}špičkový dopyt v porovnaní s výrobným zaťažením; a v logistických parkoch a na -nabíjacích staniciach pre nákladné autá{5}}kde-nabíjanie vysokým výkonom kladie vysoké nároky na distribučnú kapacitu,-akumulácia energie slúži ako zásobník energie.

 

V odľahlých oblastiach alebo regiónoch s nedostatočným pokrytím siete možno skladovanie energie kombinovať s obnoviteľnými zdrojmi, ako je slnečná a veterná energia, aby sa vytvorili relatívne nezávislé energetické systémy. Fotovoltaické skrine na ukladanie energie sú-vhodné pre takéto integrované aplikácie, pričom využívajú akumulačné jednotky na vyhladenie solárnej energie a zvyšujú flexibilitu využívania obnoviteľnej energie.

 

Medzitým sa vyvíja aj technológia vysokonapäťového pripojenia v rámci nových elektrických systémov energetických vozidiel (NEV). S rastúcim napätím na platforme elektrických vozidiel a rastúcim nabíjacím výkonom vyžadujú vysokonapäťové distribučné systémy elektrickej energie vyššie štandardy pre prípojnice, izolačné konštrukcie, koncovky a spojovacie komponenty. V dôsledku toho sa technologické hranice medzi skladovaním energie a NEV stierajú, čo umožňuje, aby sa určité technológie vysokonapäťového elektrického pripojenia používali v rôznych typoch energetických zariadení.
 

 

 

Keď sa pozrieme na nedávny vývoj produktov solárneho-úložného{1}}nabíjania, konkurencia na trhu sa už neobmedzuje na metriky, ako je kapacita úložiska, nabíjací výkon alebo špecifikácie jednotlivých zariadení. namiesto toho sa pozornosť presunula na možnosti systémovej integrácie, správu energie, prevádzkovú spoľahlivosť a celkové náklady na životný cyklus.

 

Integrované produkty znižujú-požiadavky na inštaláciu na mieste, ale zvyšujú zložitosť návrhu interného systému; rozdelené systémy ponúkajú väčšiu flexibilitu, ale vyžadujú sofistikovanejšie riadenie energie a koordináciu-úrovne systému. Preto neexistuje jediný „najlepší“ prístup; výber závisí od faktorov, ako je rozsah projektu, podmienky distribúcie energie, prostredie lokality a prevádzkové režimy.

 

V budúcnosti sa solárne-akumulačné-systémy môžu ďalej integrovať s virtuálnymi elektrárňami,-mechanizmami odozvy na strane dopytu, mikrosieťami a trhmi obchodovania s elektrinou. Táto transformácia rozvinie jednotky na ukladanie energie z jednoduchých skladovacích zariadení na distribuované energetické uzly schopné podieľať sa na regulácii siete.

 

Súčasne budú interné komponenty skríň na uchovávanie energie-vrátane vysokonapäťových{1}}rozvodov, systémov prípojníc, izolácie, konštrukcií tepelného manažmentu a návrhov bezpečnostnej ochrany-prechádzať modernizáciou. Pri veľkokapacitných jednotkách na ukladanie energie bude kľúčovým zameraním konštrukčného inžinierstva vyváženie hustoty výkonu, tepelný výkon, elektrická bezpečnosť, jednoduchá údržba a konzistentnosť výroby v rámci obmedzeného priestoru skrine.

 

 

Odvetvie solárneho-úložného{1}}nabíjania sa celkovo vyvíja od jednoduchých kombinácií zariadení k integrovaným systémom, od jednofunkčných operácií k inteligentnému odosielaniu a od aplikácií spojených so sieťou- ku koordinovaným operáciám na-sieti a mimo{5}}siete. Systémy na ukladanie energie zohrávajú viacero úloh-vrátane vyrovnávania energie, regulácie energie a zaistenia bezpečnosti systému-, zatiaľ čo skrine na ukladanie energie sa menia z jednoduchých batériových krytov na komplexné jednotky, ktoré integrujú elektrické systémy, tepelné riadenie, protipožiarnu ochranu, ovládacie mechanizmy a komunikačné možnosti.

 

Budúce projekty solárneho-úložiska{1}}budú vyžadovať viac než len zameranie sa na kapacitu batérie a nabíjací výkon; budú vyžadovať spoločný dizajn vo viacerých dimenziách-, ako je architektúra systému, štruktúra skrine, elektrické pripojenia, tepelný manažment, izolácia, riadiace stratégie a O&M systémy-s cieľom splniť stále-narastajúce požiadavky na hustotu výkonu a prevádzkovú spoľahlivosť v rôznych aplikačných scenároch.

 

Pokiaľ ide o inžinierske obstarávanie, výberskrine na skladovanie energiea ich vnútorné elektrické komponenty by mali vychádzať z komplexného hodnotenia úrovní napätia, menovitého prúdu, kapacity, metód chladenia, podmienok prostredia, inštalačných štruktúr a požiadaviek na údržbu, pričom prioritou by malo byť overenie kompatibility rozhrania medzi kľúčovými komponentmi a celkovým systémom.