Pospešen razvoj integriranih solarnih-shranjevalnih-sistemov za polnjenje: integracija sistema za shranjevanje energije in aplikacije z več-scenariji vstopijo v fazo poglobljene implementacije

Zaradi naraščajočega povpraševanja po polnjenju električnih vozil (EV), vse večjega prodora distribuirane fotovoltaike (PV) in nenehnega širjenja industrijskih in komercialnih aplikacij za shranjevanje energije se sinergija med PV, shranjevanjem energije in polnilno infrastrukturo krepi. V zadnjih letih so se fotonapetostni-shranjevalni-sistemi za polnjenje razvili iz preprostih kombinacij posameznih naprav v integrirane energetske sisteme; njihovi scenariji uporabe so se razširili izven tradicionalnih polnilnih postaj in vključujejo industrijske parke, komercialne komplekse, prometna središča, logistična središča in območja zunaj-omrežja.

 

Tehnološko jedro fotonapetostnega-shranjevalnega-sistema polnjenja ni le v so-lociranju fotonapetostnih modulov, baterij za shranjevanje energije in opreme za polnjenje na enem mestu, temveč v doseganju usklajenega delovanja med temi različnimi energetskimi sredstvi prek vodil DC, pretvornikov za shranjevanje energije, sistemov za upravljanje energije in krmilnih enot za napajanje.

 

Sistem dinamično prilagaja pretoke energije na podlagi dejavnikov, kot so proizvodnja PV, stanje--napolnjenosti (SoC) shranjevanja energije, obremenitev polnjenja, zmogljivost omrežja in-cene električne energije v realnem času. To optimizira uporabo obnovljive energije in ublaži trenutni vpliv polnjenja z visoko-močjo na sistem za distribucijo električne energije.

 

 

 

Zgodnja infrastruktura za polnjenje električnih vozil se je zanašala predvsem na neposredno napajanje iz omrežja, pri čemer je oprema za polnjenje delovala neodvisno od PV in sistemov za shranjevanje energije. Ko so se ravni moči polnjenja dvignile, so se tradicionalni modeli distribucije električne energije soočili z omejitvami, povezanimi z zmogljivostjo transformatorja, distribucijskimi vodi in zahtevami po konični obremenitvi. Posledično se je integracija shranjevanja energije za varovanje energije-v kombinaciji s fotonapetostno proizvodnjo za oskrbo z zeleno elektriko-pojavila kot pomembna sistemska arhitektura, zlasti v scenarijih z omejeno obstoječo distribucijsko zmogljivostjo.

 

V tej nastavitvi sistem za shranjevanje energije deluje kot energijski blažilnik in regulator moči. Lahko zadosti trenutnim zahtevam po moči, ko se obremenitve povečajo, in shrani presežek energije v obdobjih nizke obremenitve ali visoke proizvodnje PV. V regijah s--cenami električne energije (ToU) lahko sistemi za shranjevanje energije usklajujejo tudi urnike polnjenja in praznjenja na podlagi strategij upravljanja z energijo.

 

Kar zadeva strukturo izdelkov, PV{0}}shranjevalni-sistemi za polnjenje, ki so trenutno na trgu, običajno spadajo v dve kategoriji: visoko integrirani izdelki »vse-v-enem« in rešitve, ki vključujejo ločene, modularne komponente. Integrirane rešitve običajno vključujejo visoko stopnjo integracije med baterijami za shranjevanje energije, enotami za pretvorbo električne energije, distribucijo električne energije, polnilno infrastrukturo in nadzornimi moduli, s čimer se zmanjša število-komponent na mestu in priključnih točk.

 

V nasprotju s tem rešitve deljenih-sistemov vključujejo ločeno konfiguracijo fotonapetostne opreme, opreme za shranjevanje energije, polnjenja in distribucije električne energije glede na obseg projekta in pogoje na lokaciji, pri čemer se zanašajo na platformo za upravljanje energije za usklajevanje sistemskih operacij.

 

Ta razvoj oblike izdelka je spodbudil razvoj pomožnih komponent-, kot so omare za shranjevanje, napajalni konektorji, sistemi vodil, izolacijske strukture in sklopi za upravljanje toplote-v smeri modularnosti, standardizacije in višje integracije.

 

Sistemi za shranjevanje energije so ključna podlaga za usklajeno delovanje sončnih-in-shranjevalnih-in-sistemov za polnjenje.

 

V solarnih-plus-shranjevalnih-p-sistemih za polnjenje oprema za shranjevanje energije ne le shranjuje električno energijo, ampak tudi neposredno vpliva na odzivnost sistema na moč in stabilnost delovanja. Ko se zmogljivost shranjevanja energije in stopnje moči povečujejo, se ti sistemi razvijajo iz preprostih baterijskih omaric v celovite enote, ki usklajujejo več podsistemov, vključno z baterijami, PCS (sistemi za pretvorbo energije), distribucijo električne energije, gašenjem požara, toplotnim upravljanjem in EMS (sistemi za upravljanje z energijo).

 

Tipični LiFePO4 baterijski sistemi za shranjevanje energije uporabljajo modularne baterijske enote, ki povezujejo več modulov zaporedno in vzporedno, da se doseže zahtevana sistemska napetost in zmogljivost. Ta modularna struktura olajša transport, namestitev in vzdrževanje, hkrati pa omogoča razširitev zmogljivosti sistema na podlagi projektnih zahtev.

 

Za aplikacije v sobah z opremo, industrijskih parkih in industrijskih obratih je mogoče modularne sisteme za shranjevanje energije iz baterij prilagodljivo konfigurirati tako, da ustrezajo zahtevam po razpoložljivem prostoru in obremenitvi. Zasnova sistema mora upoštevati dejavnike, kot so zmogljivost akumulatorja, največja moč polnjenja/praznjenja, življenjska doba, temperatura okolja in dovoljenje za vzdrževanje, namesto da bi določala specifikacije opreme izključno na podlagi kapacitete akumulatorja.

 

Z nadaljnjim napredkom pri integraciji sistemov so v nekaterih enotah baterije, PCS, sistemi za distribucijo električne energije, toplotno upravljanje in sistemi za gašenje požara v eni sami omarici. Te integrirane komercialne in industrijske omare za shranjevanje energije so primerne za industrijske parke, poslovne zgradbe in mala-do-srednje-velika nova energetska mesta, saj zmanjšajo-namestitveno delo na lokaciji in skrajšajo časovne okvire uvajanja.

 

 

Ko se moč in zmogljivost sistemov za shranjevanje energije povečujeta, se je omarica za shranjevanje razvila iz preproste montažne strukture za baterije v celovit sklop, ki podpira električne povezave, toplotno upravljanje in funkcije varnostne zaščite.

 

Notranjost omare za shranjevanje energije običajno vsebuje baterijske module, zbiralke, odklopnike, varovalke, kontaktorje, sisteme za pridobivanje podatkov in visoko/nizko{0}}komponente za povezavo. Med različnimi električnimi moduli je treba vzdrževati ustrezno izolacijo in plazilne razdalje; poleg tega je treba upoštevati dejavnike, kot so napeljava kabelskega snopa, dovoljenje za vzdrževanje in poti prenosa toplote.

 

Za zunanjo uporabo mora biti ohišje odporno na okoljske dejavnike, kot so dež, prah, slana prha, sončno sevanje in temperaturna nihanja. Posledično sistemi za-shranjevanje energije tipa omar na prostem običajno zahtevajo zasnove, ki vključujejo tesnilne strukture, proti-korozijsko obdelavo, sisteme za upravljanje toplote in posebne ocene zaščite pred vdorom (IP).

 

V obalnih okoljih, okoljih z visoko-vlažnostjo ali močno onesnaženih industrijskih okoljih je izbira materialov za ohišje in površinske obdelave kritična.

 

Zunanja ohišja za shranjevanje energije iz nerjavečega jekla izkoriščajo lastno odpornost materiala proti koroziji za ublažitev strukturnih tveganj, povezanih z dolgoročno-izpostavljenostjo okolja; vendar posebna izbira materiala še vedno zahteva celovito oceno na podlagi trdnosti, stroškov, teže, proizvodnih procesov in pogojev na lokaciji.

 

 

 

Med delovanjem sistemov za shranjevanje energije toploto proizvajajo baterijske celice, sistem za pretvorbo energije (PCS) in druge napajalne komponente. Ker se energijska gostota sistema povečuje, je upravljanje toplote postalo ključni dejavnik, ki vpliva na dolgoročno-delovanje opreme za shranjevanje energije.

 

Majhne-do-srednje-enote za shranjevanje energije pogosto uporabljajo rešitve-zračnega hlajenja, ki odvajajo toploto prek zračnih kanalov, ventilatorjev in struktur za izmenjavo toplote. Ta pristop ponuja razmeroma preprosto strukturo in enostavno vzdrževanje, zaradi česar je-primeren za nekatere komercialne in industrijske aplikacije za shranjevanje energije. Na primer, integrirana zračno{8}}hlajena omara za shranjevanje energije z 215 kWh po meri omogoča integrirano zasnovo baterijskih modulov, zračnih kanalov in komponent za distribucijo električne energije, prilagojenih specifičnim projektnim zmogljivostim in omejitvam lokacije.

 

Za sisteme za shranjevanje energije z visoko-energijsko-gostoto in-močjo ponujajo rešitve za tekoče hlajenje prednosti pri enakomernosti temperature in učinkovitosti toplotnega upravljanja z uporabo hladilne tekočine za neposredno odstranjevanje toplote, ki jo ustvarijo celice baterije in napajalne komponente. Izdelki, kot so tekočinsko{4}}hlajene integrirane omare za shranjevanje energije za aplikacije vetrne energije, so zasnovane predvsem za scenarije vetra, sonca in-novega shranjevanja energije.

 

Ne glede na to, ali se uporablja zračno ali tekočinsko hlajenje, je treba zasnovo toplotnega upravljanja upoštevati v povezavi s postavitvijo baterije, električnimi povezavami in strukturo ohišja. Lokalizirane vroče točke lahko poslabšajo delovanje baterije in pospešijo razgradnjo materiala; zato morajo biti nadzor temperature, toplotno uravnoteženje in mehanizmi za opozarjanje na napake vključeni v celotno zasnovo sistema.

 

 

Drug pomemben trend v razvoju sončnih-shranjevalnih-sistemov za polnjenje je stranska-sklopka z enosmernim tokom. V tradicionalnih sistemih mora fotovoltaična (PV) energija preiti skozi pretvornik, da se poveže z omrežjem izmeničnega toka, preden se opravi nadaljnja pretvorba energije prek polnilne opreme ali sistemov za shranjevanje energije; ta proces pogosto vključuje več stopenj pretvorbe energije.

 

Nasprotno pa DC{0}}sklopljene arhitekture omogočajo usklajevanje energije med proizvodnjo PV, shranjevanjem energije in polnilnimi obremenitvami neposredno na strani DC, s čimer se odpravijo nekateri koraki pretvorbe. Za visoko-zmogljive aplikacije za polnjenje z enosmernim tokom in shranjevanje energije ta arhitektura pomaga skrajšati poti prenosa energije in izboljša splošno učinkovitost upravljanja porabe sistema.

 

»Vse{0}}v-enem« fotonapetostne{2}}shranjevalne-omare imajo običajno integrirano zasnovo, ki združuje fotonapetostne vhode, enote za shranjevanje energije, pretvorbo energije in funkcije upravljanja energije, kar omogoča opremi, da dinamično razpošilja energijo med različnimi viri glede na-zahteve lokacije.

 

Hkrati napajalne povezave med PV in stranjo za shranjevanje energije postavljajo višje zahteve za komponente, kot so zbiralke, konektorji in izolacijski materiali. V pogojih delovanja z visokim-tokom dejavniki, kot so presek-prevodnika, kontaktni upor, dvig temperature in izolacijska razdalja, neposredno vplivajo na dolgoročno-delovalno stabilnost sistema.

 

 

Ker se sistemi za shranjevanje energije širijo iz notranjih sob z opremo na zunanje lokacije, je okoljska prilagodljivost postala kritična metrika pri načrtovanju izdelkov. Oprema za shranjevanje energije na prostem mora prenesti dolgoročno-izpostavljenost dejavnikom, kot so visoke in nizke temperature, vlaga, dež, prah, slani pršilec in ultravijolično (UV) sevanje.

 

Strukturna zasnova zunanjih omaric za shranjevanje energije zahteva celovit pristop, ki uravnoteži stopnje zaščite pred vdorom, zmogljivosti odvajanja toplote, električno varnost in zahteve glede vzdrževanja. Omara ne sme le zaščititi notranje baterije in električnih komponent, temveč mora zagotoviti tudi ustrezen prostor za sisteme za gašenje požara, upravljanje toplote in vzdrževanje.

 

Pri projektih, povezanih z vetrno ali sončno energijo, je oprema za shranjevanje energije pogosto nameščena na oddaljenih območjih, daleč od mestne infrastrukture, zaradi česar so zanesljivost opreme ter zmožnosti oddaljenega delovanja in vzdrževanja (O&M) še posebej pomembni. Sistemi morajo uporabljati senzorje, sisteme za upravljanje baterije (BMS) in sisteme za upravljanje z energijo (EMS) za neprekinjeno spremljanje stanja baterije, temperature, napetosti, toka in obratovalnih nepravilnosti, medtem ko podatke o delovanju prenašajo na centralno nadzorno platformo prek komunikacijskih sistemov.

 

Ta razvoj spreminja opremo za shranjevanje energije iz preprostih "baterijskih omar" v inteligentna energetska vozlišča, ki so sposobna zaznavanja, nadzora, komunikacije in upravljanja z energijo.

 

 

Z naraščanjem obsega sistemov za shranjevanje energije se povečuje tudi pomen strategij nadzora sistema. Medtem ko tradicionalni sistemi za shranjevanje energije primarno polnijo in praznijo na podlagi fiksnih urnikov ali prednastavljenih ravni moči, morajo sistemi za upravljanje energije naslednje-generacije hkrati upoštevati vremenske napovedi, fotovoltaično (PV) izhodno moč, profile obremenitve, nihanja cen električne energije in stanje baterije.

 

Ko je povpraševanje po polnjenju nizko in je fotonapetostna moč visoka, lahko sistem da prednost uporabi sončne energije, medtem ko shrani presežek; ob povečanem povpraševanju po polnjenju lahko sistem za shranjevanje zagotovi dodatno moč za zmanjšanje trenutne obremenitve omrežja; in v obdobjih nizkih cen električne energije se lahko sistem napolni na podlagi operativnih strategij.

 

Ta pristop dinamičnega razporejanja pomeni, da se je vrednost sistemov za shranjevanje energije razvila od preprostega shranjevanja električne energije do upravljanja z energijo in optimizacije energije.

 

Hkrati mora biti notranja arhitektura povezovanja moči opreme za shranjevanje energije usklajena s temi dinamičnimi načini delovanja. Visoko-ciklični cikli polnjenja/praznjenja in visoko{2}}tokovno delovanje povečajo toplotno ciklično obremenitev na vodilih, konektorjih in sponkah; zato strukturna zasnova ne sme izpolnjevati samo nazivnih tokovnih zahtev, temveč mora upoštevati tudi dolgoročno-termično kroženje, mehanske vibracije in zanesljivost povezave.

 

 

Projekti shranjevanja energije se močno razlikujejo glede na scenarij uporabe, pri čemer imajo različne stranke različne zahteve glede zmogljivosti, moči, ravni napetosti, prostora za namestitev in metod hlajenja. Posledično postaja modularna zasnova ključna smer za razvoj izdelkov v tem sektorju.

 

Modularni baterijski sistemi omogočajo skaliranje baterijskih enot glede na kapaciteto projekta; modularne sisteme za pretvorbo električne energije (PCS) je mogoče konfigurirati v skladu z zahtevami po moči bremena; in modularne zasnove omaric zmanjšajo kompleksnost proizvodnje in namestitve s standardiziranimi strukturami.

 

Za velike-sisteme za shranjevanje energije modularna zasnova olajša tudi transport opreme in-vzdrževanje na lokaciji. Če pride do okvare določenega baterijskega modula ali električne enote, lahko servisiranje-na ravni modula zmanjša vpliv na celotno delovanje sistema.

 

S strukturnega vidika modularna zasnova zahteva visoko konsistentnost vmesnikov v omarah, vodilih, kabelskih snopih, konektorjih in izolacijskih komponentah. Standardizirani vmesniki zmanjšajo tolerance sestavljanja med moduli in poenostavijo operativne postopke med naknadnim vzdrževanjem.

 

 

Uporaba integriranih fotonapetostnih-shranjevalnih-sistemov za polnjenje se trenutno širi izven tradicionalnih javnih polnilnih postaj na širši nabor scenarijev. V komercialnih kompleksih lahko sistemi uporabljajo strešno sončno energijo v kombinaciji s shranjevanjem energije, da zmanjšajo obremenitev omrežja v konicah; v industrijskih parkih lahko shranjevanje energije uravnoteži največje in izven-konice povpraševanja glede na proizvodne obremenitve; ter v logističnih parkih in polnilnih postajah-za težka tovorna vozila-kjer visoko{6}}zmogljivo polnjenje postavlja velike zahteve glede distribucijske zmogljivosti-shramba energije služi kot blažilnik energije.

 

Na oddaljenih območjih ali regijah z nezadostno pokritostjo z omrežjem je mogoče shranjevanje energije kombinirati z obnovljivimi viri, kot sta sonce in veter, da se oblikujejo relativno neodvisni energetski sistemi. Fotonapetostne omare za shranjevanje energije so-primerne za takšne integrirane aplikacije, saj uporabljajo hranilnike za izravnavo izhodne sončne energije in povečajo prilagodljivost uporabe obnovljive energije.

 

Medtem se razvija-tehnologija visokonapetostnih povezav v električnih sistemih novih energetskih vozil (NEV). Ker se napetosti na ploščadi električnih vozil povečujejo in se povečuje moč polnjenja, visokonapetostni-sistemi za distribucijo električne energije zahtevajo višje standarde za zbiralke, izolacijske strukture, sponke in priključne komponente. Posledično so tehnološke meje med shranjevanjem energije in NEV zabrisane, kar omogoča uporabo določenih-tehnologij električnega povezovanja z visoko napetostjo v različnih vrstah energetske opreme.
 

 

 

Če pogledamo nedavni razvoj solarnih-shranjevalnih-izdelkov za polnjenje, tržna konkurenca ni več omejena na meritve, kot so zmogljivost shranjevanja, moč polnjenja ali specifikacije posamezne opreme; namesto tega se je fokus preusmeril na zmogljivosti sistemske integracije, upravljanje z energijo, zanesljivost delovanja in skupne stroške življenjskega cikla.

 

Integrirani izdelki zmanjšajo -zahteve za namestitev na kraju samem, vendar povečajo zapletenost notranje zasnove sistema; split sistemi ponujajo večjo prilagodljivost, vendar zahtevajo bolj izpopolnjeno upravljanje energije in koordinacijo-na ravni sistema. Zato ni enega samega "najboljšega" pristopa; izbira je odvisna od dejavnikov, kot so obseg projekta, pogoji distribucije električne energije, okolje na lokaciji in načini delovanja.

 

V prihodnosti se lahko sistemi za-shranjevanje-polnjenja s sončno energijo dodatno integrirajo z virtualnimi elektrarnami,-mehanizmi odzivanja na strani povpraševanja, mikroomrežji in trgi za trgovanje z električno energijo. Ta preobrazba bo razvila enote za shranjevanje energije iz preprostih naprav za shranjevanje v porazdeljena energetska vozlišča, ki bodo lahko sodelovala pri regulaciji omrežja.

 

Hkrati se bodo notranje komponente omaric za shranjevanje energije-vključno z-visokonapetostno distribucijo, sistemi zbiralk, izolacijo, strukturami za upravljanje toplote in zasnovami varnostne zaščite-še naprej posodabljale. Za visokozmogljive-enote za shranjevanje energije bodo uravnavanje gostote moči, toplotne zmogljivosti, električne varnosti, enostavnosti vzdrževanja in doslednosti proizvodnje znotraj omejenega prostora v ohišju ključni poudarek konstrukcijskega inženiringa.

 

 

Na splošno se industrija-shranjevanja-polnjenja s sončno energijo razvija od enostavnih kombinacij opreme do integriranih sistemov, od eno-funkcijskih operacij do inteligentnega dispečiranja in od-povezanih z omrežjem aplikacij do usklajenih operacij v-omrežju in zunaj-omrežja. Sistemi za shranjevanje energije igrajo več vlog-vključno z medpomnilnikom moči, regulacijo energije in zagotavljanjem varnosti sistema-medtem ko se omare za shranjevanje energije spreminjajo iz preprostih baterijskih ohišij v celovite enote, ki združujejo električne sisteme, toplotno upravljanje, požarno zaščito, nadzorne mehanizme in komunikacijske zmogljivosti.

 

Prihodnji projekti-shranjevanja-polnjenja s sončno energijo bodo zahtevali več kot le osredotočenost na zmogljivost baterije in moč polnjenja; zahtevali bodo sodelovalno načrtovanje v več razsežnostih-kot so sistemska arhitektura, struktura ohišja, električni priključki, toplotno upravljanje, izolacija, strategije nadzora ter sistemi O&M{3}}za izpolnitev vedno-naraščajočih zahtev po gostoti moči in zanesljivosti delovanja v različnih scenarijih uporabe.

 

Kar zadeva naročila inženiringa, izboromare za shranjevanje energijein njihovih notranjih električnih komponent mora temeljiti na celoviti oceni ravni napetosti, nazivnega toka, zmogljivosti, načinov hlajenja, okoljskih pogojev, namestitvenih struktur in zahtev glede vzdrževanja, pri čemer je treba dati prednost preverjanju združljivosti vmesnikov med ključnimi komponentami in celotnim sistemom.