Ubrzani razvoj integrisanih solarnih-Skladišta-Sistema za punjenje: Integracija sistema za skladištenje energije i više-aplikacija za scenarije ulaze u fazu produbljene implementacije

Vođeni rastućom potražnjom za punjenjem električnih vozila (EV), sve većom penetracijom distribuiranih fotonaponskih uređaja (PV) i kontinuiranom ekspanzijom industrijskih i komercijalnih aplikacija za skladištenje energije, jača se sinergija između fotonaponskih, skladištenja energije i infrastrukture za punjenje. Posljednjih godina, PV-skladište-sistemi za punjenje evoluirali su od jednostavnih kombinacija pojedinačnih uređaja u integrirane energetske sisteme; njihovi scenariji primjene su se proširili izvan tradicionalnih stanica za punjenje i uključili industrijske parkove, komercijalne komplekse, transportna čvorišta, logističke centre i van{3}}područja.

 

Tehnološki, srž PV-skladišta-sistema ne leži samo u lociranju fotonaponskih modula, baterija za pohranu energije i opreme za punjenje na jednom mjestu, već i u postizanju koordiniranog rada između ovih različitih energetskih sredstava putem DC sabirnica, pretvarača za pohranu energije, sistema za upravljanje energijom i upravljanja energijom.

 

Sistem dinamički prilagođava tokove energije na osnovu faktora kao što su izlazna snaga PV proizvodnje, stanje-napunjenosti-energije (SoC), opterećenje pri punjenju, kapacitet mreže i cijene električne energije-u realnom vremenu. Ovo optimizuje korišćenje obnovljive energije i ublažava trenutni uticaj punjenja velike snage-na sistem distribucije električne energije.

 

 

 

Rana infrastruktura za punjenje električnih vozila oslanjala se prvenstveno na direktnu struju iz mreže, sa opremom za punjenje koja je radila nezavisno od fotonaponskih i sistema za skladištenje energije. Kako su nivoi snage punjenja rasli, tradicionalni modeli distribucije energije suočili su se s ograničenjima vezanim za kapacitet transformatora, distributivne vodove i zahtjeve vršnog opterećenja. Shodno tome, integracija skladištenja energije u bafernu snagu-u kombinaciji sa PV proizvodnjom za opskrbu zelenom električnom energijom-pojavila se kao vitalna arhitektura sistema, posebno u scenarijima s ograničenim postojećim kapacitetom distribucije.

 

U ovoj postavci, sistem za skladištenje energije djeluje kao energetski bafer i regulator snage. Može zadovoljiti trenutne zahtjeve za snagom kada opterećenje naraste i skladišti višak energije tokom perioda niskog opterećenja ili visoke PV proizvodnje. U regijama s vremenom-upotrebe-cijena električne energije (ToU), sistemi za skladištenje energije također mogu koordinirati rasporede punjenja i pražnjenja na osnovu strategija upravljanja energijom.

 

Što se tiče strukture proizvoda, PV-sistemi-punjenja koji su trenutno na tržištu općenito se svrstavaju u dvije kategorije: visoko integrirani "sve-u-jedan" proizvodi i rješenja koja se sastoje od zasebnih, modularnih komponenti. Integrirana rješenja obično imaju visok nivo integracije između baterija za pohranu energije, jedinica za konverziju energije, distribucije energije, infrastrukture za punjenje i kontrolnih modula, čime se smanjuje broj-komponenti i priključaka na lokaciji.

 

Nasuprot tome, rješenja split{0}}sistema uključuju konfiguraciju fotonaponske opreme, opreme za skladištenje energije, punjenje i distribuciju energije odvojeno na osnovu obima projekta i uslova lokacije, oslanjajući se na platformu za upravljanje energijom za koordinaciju rada sistema.

 

Ova evolucija u obliku proizvoda dovela je do razvoja pomoćnih komponenti-kao što su ormari za skladištenje, konektori za napajanje, sistemi sabirnica, izolacijske strukture i sklopovi za upravljanje toplinom-u smjeru modularnosti, standardizacije i veće integracije.

 

Sistemi za skladištenje energije služe kao ključna osnova za koordiniran rad solarnih-plus-skladišta-plus{3}}sistema za punjenje.

 

U solarnim-plus-skladištem-plus-sistemima za punjenje, oprema za pohranu energije ne samo da pohranjuje električnu energiju već i direktno utiče na sposobnost reagovanja na snagu sistema i stabilnost rada. Kako se kapacitet skladištenja energije i nazivne snage povećavaju, ovi sistemi se razvijaju od jednostavnih ormarića za baterije u sveobuhvatne jedinice koje koordiniraju više podsistema, uključujući baterije, PCS (Sistemi za pretvaranje energije), distribuciju energije, suzbijanje požara, upravljanje toplinom i EMS (Sistemi upravljanja energijom).

 

Tipični LiFePO4 baterijski sistemi za skladištenje energije koriste modularne baterijske jedinice, povezujući više modula u seriju i paralelno kako bi se postigao potreban napon i kapacitet sistema. Ova modularna struktura olakšava transport, instalaciju i održavanje, istovremeno omogućavajući proširenje kapaciteta sistema na osnovu zahtjeva projekta.

 

Za primjene u prostorijama sa opremom, industrijskim parkovima i industrijskim objektima, modularni sistemi za pohranu energije baterija mogu se fleksibilno konfigurirati tako da odgovaraju zahtjevima raspoloživog prostora i opterećenja. Dizajn sistema mora uzeti u obzir faktore kao što su kapacitet baterije, vršna snaga punjenja/pražnjenja, životni vijek, temperatura okoline i razmak za održavanje, umjesto da određuje specifikacije opreme zasnovane isključivo na kapacitetu baterije.

 

Sa daljim napretkom u integraciji sistema, neke jedinice sadrže baterije, PCS, sisteme za distribuciju energije, upravljanje toplotom i sisteme za suzbijanje požara unutar jednog ormarića. Ovi integrirani komercijalni i industrijski ormari za pohranu energije su pogodni za industrijske parkove, komercijalne zgrade i male-do-srednje-nove energetske lokacije, jer smanjuju rad na-instalacijama na lokaciji i skraćuju vremenske rokove postavljanja.

 

 

Kako se povećavaju snaga i kapacitet sistema za skladištenje energije, ormarić za skladištenje je evoluirao od jednostavne montažne strukture za baterije u sveobuhvatan sklop koji podržava električne veze, upravljanje toplotom i sigurnosne zaštitne funkcije.

 

Unutrašnjost ormara za skladištenje energije obično sadrži module baterija, sabirnice, prekidače, osigurače, kontaktore, sisteme za prikupljanje podataka i visoko/nisko{0}}naponske priključne komponente. Između različitih električnih modula moraju se održavati adekvatna izolacija i puzna staza; osim toga, moraju se uzeti u obzir faktori kao što su provođenje kabelskog svežnja, razmak za održavanje i putevi prijenosa topline.

 

Za vanjske primjene, kućište mora izdržati faktore okoline kao što su kiša, prašina, slani sprej, sunčevo zračenje i temperaturne fluktuacije. Shodno tome, sistemi za pohranu energije na otvorenom{1}}tip obično zahtijevaju dizajn koji uključuje zaptivne strukture, antikorozivne tretmane, sisteme upravljanja toplinom i specifične ocjene zaštite od ulaska (IP).

 

U priobalnom,-visokom vlažnom ili jako zagađenom industrijskom okruženju, izbor materijala za kućište i površinske obrade je kritičan.

 

Kućišta za skladištenje energije na otvorenom od nehrđajućeg čelika koriste inherentnu otpornost materijala na koroziju kako bi umanjili strukturne rizike povezane s-dugotrajnom izloženošću okolišu; međutim, izbor specifičnog materijala i dalje zahtijeva sveobuhvatnu procjenu zasnovanu na čvrstoći, cijeni, težini, proizvodnim procesima i uvjetima na lokaciji.

 

 

 

Tokom rada sistema za skladištenje energije, toplotu generišu ćelije baterije, sistem za konverziju energije (PCS) i druge komponente napajanja. Kako se gustina energije sistema povećava, upravljanje toplotom je postalo ključni faktor koji utječe na dugoročni-rad opreme za skladištenje energije.

 

Male-do-srednje-jedinice za pohranu energije često koriste rješenja za zračno{3}}hlađenje, rasipajući toplinu putem zračnih kanala, ventilatora i struktura za izmjenu topline. Ovaj pristup nudi relativno jednostavnu strukturu i lakoću održavanja, što ga čini dobro-prikladnim za određene komercijalne i industrijske aplikacije za pohranu energije. Na primjer, prilagođeni 215 kWh integrirani zračno hlađeni ormar za skladištenje energije omogućava integrirani dizajn baterijskih modula, zračnih kanala i komponenti za distribuciju električne energije prilagođene specifičnim kapacitetima projekta i ograničenjima lokacije.

 

Za sisteme velike-energetske-gustine i velike{2}}sisteme za pohranu energije, rješenja za tečno hlađenje nude prednosti u ujednačenosti temperature i efikasnosti upravljanja toplotom korištenjem rashladne tekućine za direktno uklanjanje topline koju proizvode ćelije baterije i komponente napajanja. Proizvodi kao što su tečno{4}}hlađeni integrirani ormari za pohranu energije za aplikacije vjetroelektrana prvenstveno su dizajnirani za vjetar, solarnu energiju i velike-razmjere novih scenarija skladištenja energije.

 

Bez obzira da li se koristi zračno ili tekuće hlađenje, dizajn upravljanja toplinom se mora uzeti u obzir u vezi s rasporedom baterija, električnim priključcima i strukturom kućišta. Lokalizirane vruće tačke mogu smanjiti performanse baterije i ubrzati degradaciju materijala; stoga, nadzor temperature, termičko balansiranje i mehanizmi upozorenja na kvar moraju biti integrirani u cjelokupni dizajn sistema.

 

 

Još jedan značajan trend u razvoju solarnih-skladišta{1}}sistema za punjenje je jednosmjerna-strana sprega. U tradicionalnim sistemima, fotonaponska (PV) energija mora proći kroz inverter da bi se spojila na AC mrežu prije nego što se podvrgne daljnjoj konverziji energije putem opreme za punjenje ili sistema za skladištenje energije; ovaj proces često uključuje više faza konverzije snage.

 

Nasuprot tome, DC-spojene arhitekture omogućavaju koordinaciju energije između PV proizvodnje, skladištenja energije i punjenja direktno na DC strani, čime se eliminišu određeni koraci konverzije. Za aplikacije velike-DC punjenja i skladištenja energije, ova arhitektura pomaže u skraćivanju puteva prijenosa energije i poboljšava ukupnu efikasnost upravljanja energijom sistema.

 

Ormari sa sistemom za punjenje-u-jednom" PV-skladištem- obično imaju integrirani dizajn koji kombinuje PV ulaze, jedinice za pohranu energije, konverziju energije i funkcije upravljanja energijom, omogućavajući opremi da dinamički distribuira energiju između različitih izvora na osnovu-zahtjeva lokacije.

 

U isto vrijeme, veze za napajanje između PV i strane za skladištenje energije postavljaju veće zahtjeve za komponente kao što su sabirnice, konektori i izolacijski materijali. Pod visokim-trenutnim radnim uslovima, faktori kao što su površina poprečnog presjeka-provodnika, otpornost kontakta, porast temperature i izolacijski razmak direktno utiču na dugoročnu-radnu stabilnost sistema.

 

 

Kako se sistemi za skladištenje energije šire od prostorija sa opremom u zatvorenim prostorima na spoljašnje lokacije, prilagodljivost okoline postala je kritična metrika u dizajnu proizvoda. Oprema za skladištenje energije na otvorenom mora izdržati-dugotrajno izlaganje faktorima kao što su visoke i niske temperature, vlaga, kiša, prašina, slani sprej i ultraljubičasto (UV) zračenje.

 

Strukturni dizajn ormara za skladištenje energije na otvorenom zahtijeva sveobuhvatan pristup koji balansira ocjene zaštite od ulaska, mogućnosti odvođenja topline, električnu sigurnost i zahtjeve za održavanje. Ormar mora ne samo da štiti unutrašnju bateriju i električne komponente, već i da obezbedi adekvatan prostor za gašenje požara, upravljanje toplotom i sisteme održavanja.

 

Za projekte uparene sa vjetrom ili solarnom energijom, oprema za skladištenje energije se često instalira u udaljenim područjima daleko od urbane infrastrukture, što čini pouzdanost opreme i mogućnosti daljinskog upravljanja i održavanja (O&M) posebno važnima. Sistemi moraju koristiti senzore, sisteme upravljanja baterijom (BMS) i sisteme upravljanja energijom (EMS) za kontinuirano praćenje statusa baterije, temperature, napona, struje i operativnih anomalija, dok prenose operativne podatke na centralnu platformu za nadzor putem komunikacijskih sistema.

 

Ova evolucija transformiše opremu za skladištenje energije iz jednostavnih "baterijskih ormarića" u inteligentne energetske čvorove sposobne za detekciju, kontrolu, komunikaciju i upravljanje energijom.

 

 

Kako obim sistema za skladištenje energije raste, važnost strategija kontrole sistema nastavlja da raste. Dok se tradicionalni sistemi za skladištenje energije primarno pune i prazne na osnovu fiksnih rasporeda ili unaprijed postavljenih nivoa snage, sistemi za upravljanje energijom sljedeće{1}}generacije moraju istovremeno uzeti u obzir vremensku prognozu, fotonaponski (PV) izlaz, profile opterećenja, fluktuacije cijene električne energije i status baterije.

 

Kada je potražnja za punjenjem mala, a PV izlazna snaga visoka, sistem može dati prioritet korišćenju solarne energije dok skladišti višak; kada se potražnja za punjenjem poveća, sistem za skladištenje može da obezbedi dodatnu snagu da smanji trenutno opterećenje na mreži; a tokom perioda niskih cijena električne energije, sistem se može puniti na osnovu operativnih strategija.

 

Ovaj pristup dinamičkog planiranja označava da je vrijednost sistema za skladištenje energije evoluirala od jednostavnog skladištenja električne energije do uključivanja upravljanja energijom i optimizacije energije.

 

Istovremeno, interna arhitektura interkonekcije energije opreme za skladištenje energije mora biti usklađena sa ovim dinamičkim režimima rada. Visoko{1}}ciklusi punjenja/pražnjenja i rad velike-struje povećavaju termički ciklus na sabirnicama, konektorima i terminalima; stoga, konstrukcijski dizajn ne samo da mora zadovoljiti zahtjeve za nominalnu struju, već i uzeti u obzir dugotrajne-termalne cikluse, mehaničke vibracije i pouzdanost veze.

 

 

Projekti skladištenja energije značajno se razlikuju prema scenariju primjene, pri čemu različiti kupci imaju različite zahtjeve u pogledu kapaciteta, snage, nivoa napona, prostora za instalaciju i metoda hlađenja. Shodno tome, modularni dizajn postaje ključni pravac za razvoj proizvoda u ovom sektoru.

 

Modularni sistemi baterija omogućavaju skaliranje baterijskih jedinica na osnovu kapaciteta projekta; modularni sistemi za pretvaranje energije (PCS) mogu se konfigurisati prema zahtjevima za snagom opterećenja; i modularni dizajn ormara smanjuje složenost proizvodnje i instalacije kroz standardizirane strukture.

 

Za velike-sisteme za pohranu energije, modularni dizajn također olakšava transport opreme i-održavanje na licu mjesta. Ako određeni modul baterije ili električna jedinica ne funkcionišu, servisiranje na nivou modula-može minimizirati utjecaj na cjelokupni rad sistema.

 

Iz strukturalne perspektive, modularni dizajn zahtijeva visoku konzistentnost interfejsa između ormara, sabirnica, kabelskih svežnja, konektora i izolacijskih komponenti. Standardizovani interfejsi smanjuju tolerancije montaže između modula i pojednostavljuju operativne procedure tokom naknadnog održavanja.

 

 

Primjena integrisanih PV-skladišta-sistema za punjenje trenutno se širi izvan tradicionalnih javnih stanica za punjenje u širi spektar scenarija. U komercijalnim kompleksima, sistemi mogu koristiti krovnu solarnu energiju u kombinaciji sa skladištenjem energije kako bi smanjili opterećenje mreže tokom vršnih sati; u industrijskim parkovima, skladištenje energije može uravnotežiti vršnu i van{3}}vršnu potražnju u odnosu na proizvodna opterećenja; i u logističkim parkovima i teškim-stanicama za punjenje kamiona-gdje-punjenje velike snage postavlja velike zahtjeve za distributivni kapacitet-skladištenje energije služi kao bafer energije.

 

U udaljenim područjima ili regionima sa nedovoljnom pokrivenošću mrežom, skladištenje energije može se kombinovati sa obnovljivim izvorima poput sunca i vetra kako bi se formirali relativno nezavisni energetski sistemi. Ormari za pohranu fotonaponske energije su-prikladni za takve integrirane aplikacije, koristeći jedinice za pohranu kako bi se smanjila izlazna solarna energija i poboljšala fleksibilnost korištenja obnovljive energije.

 

U međuvremenu, visoko-tehnologija povezivanja u okviru električnih sistema novih energetskih vozila (NEV) također se razvija. Kako naponi platforme električnih vozila rastu i snaga punjenja raste, visoko-sistemi za distribuciju električne energije zahtijevaju više standarde za sabirnice, izolacijske strukture, terminale i priključne komponente. Posljedično, tehnološke granice između skladištenja energije i NEV-a se zamagljuju, što omogućava primjenu određenih visokonaponskih tehnologija električnog povezivanja na različite vrste energetske opreme.
 

 

 

Gledajući nedavnu evoluciju solarnih-skladišta-proizvoda za punjenje, tržišna konkurencija više nije ograničena na metrike kao što su kapacitet pohrane, snaga punjenja ili pojedinačne specifikacije opreme; umjesto toga, fokus se pomjerio na mogućnosti integracije sistema, upravljanje energijom, operativnu pouzdanost i ukupne troškove životnog ciklusa.

 

Integrisani proizvodi smanjuju-zahtjeve za instalaciju na lokaciji, ali povećavaju složenost dizajna internog sistema; split sistemi nude veću fleksibilnost, ali zahtijevaju sofisticiranije upravljanje energijom i-koordinaciju na nivou sistema. Stoga, ne postoji jedinstveni „najbolji“ pristup; izbor zavisi od faktora kao što su obim projekta, uslovi distribucije energije, okruženje lokacije i načini rada.

 

U budućnosti, solarni-sistemi za{1}}punjenje bi se mogli dalje integrirati sa virtuelnim elektranama, mehanizmima{2}}reagovanja na strani potražnje, mikromrežama i tržištima za trgovinu električnom energijom. Ova transformacija će evoluirati jedinice za skladištenje energije od jednostavnih uređaja za skladištenje u distribuirane energetske čvorove koji će moći da učestvuju u regulaciji mreže.

 

Istovremeno, unutrašnje komponente ormara za pohranu energije-uključujući visokonaponsku-distribuciju, sisteme sabirnica, izolaciju, strukture upravljanja toplotom i sigurnosne zaštite-nastavit će se nadograđivati. Za jedinice za pohranu energije velikog-kapaciteta, balansna gustina snage, termalne performanse, električna sigurnost, lakoća održavanja i konzistentnost proizvodnje unutar ograničenog prostora ormara bit će ključni fokus projektiranja konstrukcija.

 

 

Sveukupno gledano, industrija punjenja solarnih{0}}skladišta-evoluira od jednostavnih kombinacija opreme do integriranih sistema, od operacija s jednom-funkcijom do inteligentnog dispečerstva, i od mrežnih-aplikacija do koordinisanih operacija na-mrežu i van{5}}mreže. Sistemi za pohranu energije igraju višestruke uloge-uključujući baferovanje snage, regulaciju energije i osiguravanje sigurnosti sistema-dok se ormari za pohranu energije pretvaraju iz jednostavnih kućišta za baterije u sveobuhvatne jedinice koje integriraju električne sisteme, upravljanje toplinom, zaštitu od požara, kontrolne mehanizme i komunikacijske mogućnosti.

 

Budući projekti punjenja solarnog{0}}skladišta{1}}trebat će više od samo fokusiranja na kapacitet baterije i snagu punjenja; oni će zahtijevati kolaborativni dizajn u više dimenzija-kao što su arhitektura sistema, struktura ormara, električne veze, upravljanje toplinom, izolacija, strategije upravljanja i O&M sistemi-kako bi zadovoljili sve-veće zahtjeve za gustinom snage i operativnom pouzdanošću u različitim scenarijima primjene.

 

Što se tiče nabavke inženjeringa, odabirormari za skladištenje energijei njihove unutrašnje električne komponente treba da budu zasnovane na sveobuhvatnoj proceni nivoa napona, nazivne struje, kapaciteta, metoda hlađenja, uslova okoline, instalacionih struktura i zahteva za održavanje, sa prioritetom da se proveri kompatibilnost interfejsa između ključnih komponenti i celokupnog sistema.