Ubrzani razvoj integriranih solarnih-skladišnih-sustava punjenja: integracija sustava za pohranu energije i aplikacije s više-scenarija ulaze u fazu produbljene implementacije

Potaknuti sve većom potražnjom za punjenjem električnih vozila (EV), sve većim prodorom distribuiranih fotonaponskih sustava (PV) i stalnim širenjem industrijskih i komercijalnih aplikacija za pohranu energije, sinergija između PV, pohrane energije i infrastrukture za punjenje jača. U posljednjih nekoliko godina, PV-pohrana-sustava punjenja razvila se iz jednostavnih kombinacija pojedinačnih uređaja u integrirane energetske sustave; njihovi scenariji primjene proširili su se izvan tradicionalnih stanica za punjenje kako bi uključili industrijske parkove, komercijalne komplekse, prometna čvorišta, logističke centre i izvan-mrežna područja.

 

Tehnološki gledano, srž fotonaponskog-pohranji-sustava punjenja ne leži samo u zajedničkom-lociranju fotonaponskih modula, baterija za pohranu energije i opreme za punjenje na jednom mjestu, već u postizanju koordiniranog rada između ovih različitih energetskih sredstava putem DC sabirnica, pretvarača za pohranu energije, sustava za upravljanje energijom i jedinica za kontrolu napajanja.

 

Sustav dinamički prilagođava tokove energije na temelju čimbenika kao što su fotonaponska proizvodnja, stanje--napunjenosti (SoC) skladištenja energije, opterećenje punjenja, kapacitet mreže i-cijene električne energije u stvarnom vremenu. Time se optimizira iskorištavanje obnovljive energije i umanjuje trenutni utjecaj punjenja velike-napone na sustav distribucije električne energije.

 

 

 

Rana infrastruktura za punjenje električnih vozila prvenstveno se oslanjala na izravnu struju iz mreže, s opremom za punjenje koja je radila neovisno o PV i sustavima za pohranu energije. Kako su razine snage punjenja rasle, tradicionalni modeli distribucije električne energije suočavali su se s ograničenjima vezanim uz kapacitet transformatora, distribucijske vodove i zahtjeve za vršnim opterećenjem. Posljedično, integracija pohrane energije za međuspremnik energije-u kombinaciji s PV generacijom za opskrbu zelenom električnom energijom-pojavila se kao vitalna arhitektura sustava, posebno u scenarijima s ograničenim postojećim distribucijskim kapacitetom.

 

U ovoj postavci, sustav za pohranu energije djeluje kao međuspremnik energije i regulator snage. Može zadovoljiti trenutne zahtjeve za električnom energijom pri skoku opterećenja punjenja i pohraniti višak energije tijekom razdoblja niskog opterećenja ili visoke PV generacije. U regijama s--cijenom električne energije (ToU), sustavi za pohranu energije također mogu koordinirati rasporede punjenja i pražnjenja na temelju strategija upravljanja energijom.

 

Što se tiče strukture proizvoda, PV{0}}pohranjivanje-sustava za punjenje trenutno na tržištu općenito spada u dvije kategorije: visoko integrirani proizvodi "-u-jednom" i rješenja koja se sastoje od zasebnih, modularnih komponenti. Integrirana rješenja obično imaju visoku razinu integracije među baterijama za pohranu energije, jedinicama za pretvorbu energije, distribucijom energije, infrastrukturom za punjenje i kontrolnim modulima, čime se smanjuje broj-komponenti na licu mjesta i priključnih točaka.

 

Nasuprot tome, rješenja podijeljenog{0}}sustava uključuju zasebno konfiguriranje fotonaponske opreme, opreme za pohranu energije, punjenje i distribuciju energije na temelju veličine projekta i uvjeta na lokaciji, oslanjajući se na platformu za upravljanje energijom za koordinaciju operacija sustava.

 

Ova evolucija u obliku proizvoda pokrenula je razvoj pomoćnih komponenti-kao što su ormari za pohranu, konektori za napajanje, sustavi sabirnica, izolacijske strukture i sklopovi za upravljanje toplinom-prema modularnosti, standardizaciji i većoj integraciji.

 

Sustavi za pohranu energije služe kao ključni temelj za koordinirani rad solarnih-plus-pohranjivanja-plus-sustava za punjenje.

 

U solarnim-plus-skladišnim-plus-sustavima punjenja, oprema za pohranjivanje energije ne samo da pohranjuje električnu energiju, već i izravno utječe na sposobnost odgovora na napajanje i radnu stabilnost sustava. Kako se kapacitet pohrane energije i nazivne snage povećavaju, ovi sustavi evoluiraju iz jednostavnih baterijskih ormarića u sveobuhvatne jedinice koje koordiniraju višestruke podsustave, uključujući baterije, PCS (sustave za pretvorbu energije), distribuciju energije, suzbijanje požara, upravljanje toplinom i EMS (sustavi za upravljanje energijom).

 

Tipični LiFePO4 baterijski sustavi za pohranu energije koriste modularne baterije, povezujući više modula u seriju i paralelno kako bi se postigao potreban napon i kapacitet sustava. Ova modularna struktura olakšava transport, instalaciju i održavanje, a također omogućuje proširenje kapaciteta sustava na temelju zahtjeva projekta.

 

Za primjene u sobama s opremom, industrijskim parkovima i industrijskim postrojenjima, modularni sustavi baterijskog skladištenja energije mogu se fleksibilno konfigurirati kako bi odgovarali raspoloživom prostoru i zahtjevima opterećenja. Dizajn sustava mora uzeti u obzir čimbenike kao što su kapacitet baterije, vršna snaga punjenja/pražnjenja, radni vijek, temperatura okoline i dopuštenje za održavanje, umjesto određivanja specifikacija opreme isključivo na temelju kapaciteta baterije.

 

S daljnjim napretkom u integraciji sustava, neke jedinice sadrže baterije, PCS, sustave distribucije energije, upravljanje toplinom i sustave za suzbijanje požara unutar jednog ormarića. Ovi integrirani komercijalni i industrijski ormari za pohranu energije prikladni su za industrijske parkove, komercijalne zgrade i mala-do-srednje-nova energetska mjesta, jer smanjuju-rad na instalaciji na licu mjesta i skraćuju rokove postavljanja.

 

 

Kako se snaga i kapacitet sustava za pohranu energije povećavaju, ormar za pohranu je evoluirao od jednostavne konstrukcije za montažu baterija u sveobuhvatan sklop koji podržava električne veze, upravljanje toplinom i funkcije sigurnosne zaštite.

 

Unutrašnjost ormara za pohranu energije obično sadrži module baterija, sabirnice, prekidače strujnog kruga, osigurače, kontaktore, sustave za prikupljanje podataka i visoko/nisko{0}}naponske komponente za povezivanje. Između različitih električnih modula moraju se održavati odgovarajuće izolacijske i puzne staze; osim toga, moraju se uzeti u obzir čimbenici poput usmjeravanja kabelskog svežnja, prostora za održavanje i putova prijenosa topline.

 

Za vanjske primjene, kućište mora izdržati čimbenike okoline kao što su kiša, prašina, slani sprej, sunčevo zračenje i temperaturne fluktuacije. Posljedično, vanjski{1}}sustavi za pohranu energije tipa ormara obično zahtijevaju dizajne koji uključuju brtvene strukture, tretmane protiv -korozije, sustave upravljanja toplinom i posebne ocjene zaštite od prodora (IP).

 

U obalnim okruženjima, visoko{0}}vlažnim ili jako zagađenim industrijskim okruženjima, izbor materijala za kućište i površinske obrade je kritičan.

 

Kućišta za vanjsko skladištenje energije od nehrđajućeg čelika iskorištavaju svojstvenu otpornost materijala na koroziju za ublažavanje strukturnih rizika povezanih s dugotrajnom-izloženošću okoliša; međutim, specifični odabir materijala još uvijek zahtijeva sveobuhvatnu procjenu temeljenu na čvrstoći, cijeni, težini, proizvodnim procesima i uvjetima na gradilištu.

 

 

 

Tijekom rada sustava za pohranu energije, toplinu stvaraju baterije, sustav za pretvorbu energije (PCS) i druge komponente napajanja. Kako se gustoća energije sustava povećava, upravljanje toplinom postalo je ključni čimbenik koji utječe na dugoročan-rad opreme za pohranu energije.

 

Male-do-srednje-jedinice za pohranu energije često koriste-rješenja za hlađenje zrakom, odvodeći toplinu putem zračnih kanala, ventilatora i struktura za izmjenu topline. Ovaj pristup nudi relativno jednostavnu strukturu i lakoću održavanja, što ga čini-prikladnim za određene komercijalne i industrijske aplikacije za pohranu energije. Na primjer, prilagođeni 215 kWh integrirani-zrakom hlađeni ormar za pohranu energije omogućuje integrirani dizajn baterijskih modula, zračnih kanala i komponenti za distribuciju energije prilagođenih specifičnim projektnim kapacitetima i ograničenjima lokacije.

 

Za sustave visoke-energetske-gustoće i-snage za skladištenje energije, rješenja za tekuće hlađenje nude prednosti u ujednačenosti temperature i učinkovitosti upravljanja toplinom korištenjem rashladnog sredstva za izravno uklanjanje topline koju stvaraju baterije i komponente napajanja. Proizvodi kao što su-tekućinom hlađeni integrirani ormari za pohranu energije za primjene energije vjetra prvenstveno su dizajnirani za vjetar, solarnu i-nove scenarije pohrane energije velikih razmjera.

 

Bez obzira na to koristi li se hlađenje zrakom ili tekućinom, dizajn upravljanja toplinom mora se razmotriti zajedno s rasporedom baterija, električnim priključcima i strukturom kućišta. Lokalizirane žarišne točke mogu narušiti učinkovitost baterije i ubrzati degradaciju materijala; stoga nadzor temperature, toplinsko balansiranje i mehanizmi upozorenja na greške moraju biti integrirani u cjelokupni dizajn sustava.

 

 

Još jedan značajan trend u razvoju solarnih-skladišnih-sustava punjenja je DC-bočno spajanje. U tradicionalnim sustavima, fotonaponska (PV) energija mora proći kroz pretvarač da bi se spojila na AC mrežu prije nego što se podvrgne daljnjoj pretvorbi energije putem opreme za punjenje ili sustava za pohranu energije; ovaj proces često uključuje višestruke faze pretvorbe energije.

 

Nasuprot tome, DC{0}}spojene arhitekture omogućuju koordinaciju energije između fotonaponske proizvodnje, pohrane energije i opterećenja za punjenje izravno na istosmjernoj strani, čime se eliminiraju određeni koraci pretvorbe. Za aplikacije punjenja istosmjernom strujom velike- snage i pohrane energije, ova arhitektura pomaže u skraćivanju puteva prijenosa energije i poboljšava ukupnu učinkovitost upravljanja energijom sustava.

 

"Sve{0}}u-jednom" fotonaponski{2}}sustav{3}}sustava za punjenje ormarići obično imaju integrirani dizajn koji kombinira fotonaponske ulaze, jedinice za pohranu energije, pretvorbu energije i funkcije upravljanja energijom, omogućujući opremi da dinamički šalje energiju između različitih izvora na temelju-zahtjeva lokacije.

 

U isto vrijeme, energetski priključci između PV i strane za pohranu energije postavljaju veće zahtjeve na komponente kao što su sabirnice, konektori i izolacijski materijali. U radnim uvjetima visoke -struje, čimbenici kao što su površina-presjeka vodiča, kontaktni otpor, porast temperature i izolacijski razmak izravno utječu na dugoročnu-radnu stabilnost sustava.

 

 

Kako se sustavi za pohranu energije šire od unutarnjih soba s opremom do vanjskih lokacija, prilagodljivost okolišu postala je kritična metrika u dizajnu proizvoda. Oprema za skladištenje energije na otvorenom mora izdržati dugo-izlaganje čimbenicima kao što su visoke i niske temperature, vlaga, kiša, prašina, slani sprej i ultraljubičasto (UV) zračenje.

 

Strukturni dizajn vanjskih ormara za pohranu energije zahtijeva sveobuhvatan pristup koji uravnotežuje ocjene zaštite od prodora, mogućnosti rasipanja topline, električnu sigurnost i zahtjeve za održavanjem. Ormar ne samo da mora štititi unutarnju bateriju i električne komponente, već mora osigurati i odgovarajući prostor za suzbijanje požara, upravljanje toplinom i sustave održavanja.

 

Za projekte uparene s vjetroelektranom ili solarnom energijom, oprema za pohranu energije često se instalira u udaljenim područjima daleko od urbane infrastrukture, zbog čega su pouzdanost opreme i mogućnosti daljinskog rada i održavanja (O&M) posebno važni. Sustavi moraju koristiti senzore, sustave upravljanja baterijom (BMS) i sustave upravljanja energijom (EMS) za kontinuirano praćenje statusa baterije, temperature, napona, struje i radnih anomalija, dok prenose operativne podatke središnjoj platformi za nadzor putem komunikacijskih sustava.

 

Ova evolucija transformira opremu za pohranjivanje energije iz jednostavnih "baterijskih ormarića" u inteligentne energetske čvorove sposobne za očitavanje, kontrolu, komunikaciju i upravljanje energijom.

 

 

Kako skala sustava za pohranu energije raste, važnost strategija kontrole sustava nastavlja rasti. Dok se tradicionalni sustavi za pohranu energije primarno pune i prazne na temelju fiksnih rasporeda ili unaprijed postavljenih razina snage, sustavi upravljanja energijom sljedeće-generacije moraju istovremeno uzeti u obzir vremenske prognoze, fotonaponski (PV) izlaz, profile opterećenja, fluktuacije cijena električne energije i status baterije.

 

Kada je potražnja za punjenjem niska, a PV izlaz visok, sustav može dati prioritet korištenju solarne energije dok pohranjuje višak; kada se potražnja za punjenjem poveća, sustav za pohranu može osigurati dodatnu snagu kako bi se smanjilo trenutačno opterećenje mreže; a tijekom razdoblja niskih cijena električne energije, sustav se može napuniti na temelju operativnih strategija.

 

Ovaj pristup dinamičkog rasporeda znači da je vrijednost sustava za pohranu energije evoluirala od jednostavnog pohranjivanja električne energije do upravljanja napajanjem i optimizacije energije.

 

Istodobno, unutarnja arhitektura međusobnog povezivanja energije opreme za pohranu energije mora biti usklađena s ovim dinamičkim načinima rada. Visoko{1}}frekventni ciklusi punjenja/pražnjenja i rad visoke-struje povećavaju toplinski ciklički stres na sabirnicama, konektorima i terminalima; stoga konstrukcijski dizajn ne samo da mora ispunjavati zahtjeve za nazivnu struju, već također mora uzeti u obzir dugoročne-termalne cikluse, mehaničke vibracije i pouzdanost veze.

 

 

Projekti skladištenja energije značajno se razlikuju ovisno o scenariju primjene, a različiti korisnici imaju različite zahtjeve u pogledu kapaciteta, snage, napona, prostora za ugradnju i metoda hlađenja. Posljedično, modularni dizajn postaje ključni smjer za razvoj proizvoda u ovom sektoru.

 

Modularni baterijski sustavi omogućuju skaliranje baterijskih jedinica na temelju kapaciteta projekta; modularni sustavi za pretvorbu energije (PCS) mogu se konfigurirati prema zahtjevima snage opterećenja; i modularni dizajni ormara smanjuju složenost proizvodnje i instalacije putem standardiziranih struktura.

 

Za velike-sustave za pohranu energije, modularni dizajn također olakšava transport opreme i-održavanje na lokaciji. Ako dođe do kvara na određenom modulu baterije ili električnoj jedinici, servisiranje-na razini modula može smanjiti utjecaj na cjelokupni rad sustava.

 

Iz strukturne perspektive, modularni dizajn zahtijeva visoku dosljednost sučelja u ormarima, sabirnicama, kabelskim snopovima, konektorima i izolacijskim komponentama. Standardizirana sučelja smanjuju tolerancije montaže između modula i pojednostavljuju operativne postupke tijekom naknadnog održavanja.

 

 

Primjena integriranih PV-skladišnih-sustava punjenja trenutno se širi izvan tradicionalnih javnih stanica za punjenje na širi raspon scenarija. U komercijalnim kompleksima, sustavi mogu koristiti krovnu solarnu energiju u kombinaciji sa skladištenjem energije kako bi smanjili opterećenje mreže tijekom vršnih sati; u industrijskim parkovima skladištenje energije može uravnotežiti vršnu i izvan-vršne potražnje u odnosu na proizvodna opterećenja; i u logističkim parkovima i stanicama za punjenje-teških kamiona-gdje visoko-punjenje snage postavlja velike zahtjeve za kapacitet distribucije-skladištenje energije služi kao međuspremnik energije.

 

U udaljenim područjima ili regijama s nedovoljnom pokrivenošću mrežom, skladištenje energije može se kombinirati s obnovljivim izvorima poput sunca i vjetra kako bi se formirali relativno neovisni energetski sustavi. Fotonaponski ormarići za pohranjivanje energije dobro su-prikladni za takve integrirane primjene, koristeći jedinice za pohranjivanje za ujednačavanje izlazne solarne energije i povećanje fleksibilnosti korištenja obnovljive energije.

 

U međuvremenu se razvija-tehnologija povezivanja visokog napona unutar električnih sustava novih energetskih vozila (NEV). Kako naponi na platformi električnih vozila rastu i snaga punjenja se povećava,-sustavi distribucije električne energije visokog napona zahtijevaju više standarde za sabirnice, izolacijske strukture, terminale i priključne komponente. Posljedično, tehnološke granice između pohrane energije i NEV-ova su zamagljene, što omogućuje primjenu određenih-tehnologija električnog povezivanja visokog napona na različite vrste energetske opreme.
 

 

 

Gledajući nedavnu evoluciju solarnih-skladišnih-proizvoda za punjenje, tržišno natjecanje više nije ograničeno na mjerne podatke kao što su kapacitet pohrane, snaga punjenja ili specifikacije pojedinačne opreme; umjesto toga, fokus se pomaknuo prema mogućnostima integracije sustava, upravljanju energijom, radnoj pouzdanosti i ukupnim troškovima životnog ciklusa.

 

Integrirani proizvodi smanjuju-zahtjeve instalacije na licu mjesta, ali povećavaju složenost internog dizajna sustava; split sustavi nude veću fleksibilnost, ali zahtijevaju sofisticiranije upravljanje energijom i koordinaciju-na razini sustava. Stoga ne postoji jedan "najbolji" pristup; izbor ovisi o čimbenicima kao što su veličina projekta, uvjeti distribucije električne energije, okruženje gradilišta i načini rada.

 

U budućnosti bi se sustavi za-skladištenje-solarnog{1}}punjenja mogli dalje integrirati s virtualnim elektranama,-mehanizmima odziva na strani potražnje, mikromrežama i tržištima za trgovanje električnom energijom. Ova će transformacija razviti jedinice za pohranu energije iz jednostavnih uređaja za pohranu u distribuirane energetske čvorove koji mogu sudjelovati u regulaciji mreže.

 

Istodobno, unutarnje komponente ormara za pohranu energije-uključujući-distribuciju visokog napona, sustave sabirnica, izolaciju, strukture za upravljanje toplinom i dizajne sigurnosne zaštite-nastavit će se nadograđivati. Za jedinice za pohranu energije velikog-kapaciteta, balansiranje gustoće snage, toplinske performanse, električna sigurnost, lakoća održavanja i dosljednost proizvodnje unutar ograničenog prostora ormara bit će ključni fokus projektiranja konstrukcija.

 

 

Općenito, industrija punjenja-skladišta-solarne energije razvija se od jednostavnih kombinacija opreme do integriranih sustava, od operacija s jednom-funkcijom do inteligentnog slanja i od aplikacija-povezanih s mrežom do koordiniranih operacija na-mreži i izvan-mreže. Sustavi za pohranu energije igraju višestruke uloge-uključujući međuspremnik snage, regulaciju energije i osiguranje sigurnosti sustava-dok se ormari za pohranu energije pretvaraju iz jednostavnih kućišta za baterije u sveobuhvatne jedinice koje integriraju električne sustave, upravljanje toplinom, zaštitu od požara, kontrolne mehanizme i komunikacijske mogućnosti.

 

Budući projekti solarnog-skladišta-punjenja zahtijevat će više od fokusa na kapacitet baterije i snagu punjenja; oni će zahtijevati kolaborativni dizajn u više dimenzija-kao što su arhitektura sustava, struktura ormarića, električni priključci, upravljanje toplinom, izolacija, strategije upravljanja i O&M sustavi-kako bi se zadovoljili-veći zahtjevi za gustoćom snage i radnom pouzdanošću u različitim scenarijima primjene.

 

Što se tiče nabave inženjeringa, odabirormari za pohranu energijei njihove unutarnje električne komponente trebaju se temeljiti na sveobuhvatnoj procjeni razina napona, nazivne struje, kapaciteta, metoda hlađenja, uvjeta okoline, instalacijskih struktura i zahtjeva za održavanje, s prioritetom danim provjeri kompatibilnosti sučelja između ključnih komponenti i cjelokupnog sustava.