Hröðun á samþættri sólar-geymslu-hleðslukerfum: samþætting orkugeymslukerfis og fjöl-sviðsmyndaforrit fara inn í áfanga dýpkaðrar innleiðingar

Knúin áfram af aukinni eftirspurn eftir hleðslu rafknúinna ökutækja (EV), aukinni skarpskyggni dreifðra ljósvökva (PV), og áframhaldandi stækkun orkugeymsluforrita í iðnaði og atvinnuskyni, styrkist samlegðaráhrifin milli PV, orkugeymslu og hleðsluinnviða. Á undanförnum árum hafa PV-geymslu-hleðslukerfi þróast úr einföldum samsetningum einstakra tækja í samþætt orkukerfi; Notkunarsviðsmyndir þeirra hafa stækkað umfram hefðbundnar hleðslustöðvar til að ná yfir iðnaðargarða, verslunarsamstæður, samgöngumiðstöðvar, flutningamiðstöðvar og svæði utan netkerfis.

 

Tæknilega séð liggur kjarninn í -geymslu-hleðslukerfi fyrir sólarhring ekki aðeins í því að-samsetja sólarljósaeiningar, orkugeymslur og hleðslubúnað á einum stað, heldur í að ná samræmdum rekstri meðal þessara fjölbreyttu orkueigna með DC rútum, orkugeymslubreytum, orkustjórnunarkerfum og aflstýringareiningum.

 

Kerfið aðlagar orkuflæði á kraftmikinn hátt byggt á þáttum eins og PV framleiðslu, orkugeymslu-á-hleðslu (SoC), hleðsluálagi, netgetu og rauntíma-raforkuverði. Þetta hámarkar nýtingu endurnýjanlegrar orku og dregur úr tafarlausum áhrifum mikillar-aflhleðslu á rafdreifikerfið.

 

 

 

Snemma rafhleðsluinnviðir treystu fyrst og fremst á beina raforku, með hleðslubúnaði sem starfaði óháð PV og orkugeymslukerfum. Þegar hleðsluafl hækkaði, stóðu hefðbundin rafdreifingarlíkön frammi fyrir takmörkunum sem tengdust spennugetu, dreifilínum og hámarksþörf. Þar af leiðandi hefur samþætting orkugeymslu við stuðminnisafl-ásamt PV framleiðslu til að útvega græna raforku- komið fram sem mikilvægur kerfisarkitektúr, sérstaklega í tilfellum með takmarkaða núverandi dreifingargetu.

 

Í þessari uppsetningu virkar orkugeymslukerfið sem orkusparandi og aflstillir. Það getur mætt tafarlausri orkuþörf þegar hleðsluálag eykst og geymt umframorku á tímabilum með lágt álag eða mikla PV framleiðslu. Á svæðum með tíma-af-notkunarverðlagningu (ToU) raforku geta orkugeymslukerfi einnig samræmt hleðslu- og afhleðsluáætlanir byggðar á orkustjórnunaraðferðum.

 

Hvað varðar vöruuppbyggingu falla PV-geymslu-hleðslukerfi sem nú eru á markaðnum almennt í tvo flokka: mjög samþættar „allt-}í-vörur og lausnir sem samanstanda af aðskildum, einingahlutum. Samþættar lausnir eru venjulega með mikilli samþættingu meðal orkugeymslurafhlöðu, orkubreytingareininga, orkudreifingar, hleðsluinnviða og stjórnareininga, og fækka þannig-íhlutum og tengipunktum á staðnum.

 

Aftur á móti fela klofnar-kerfislausnir í sér að stilla ljósa-, orkugeymslu-, hleðslu- og orkudreifingarbúnað sérstaklega út frá verkefnisstærð og aðstæðum á staðnum og treysta á orkustjórnunarvettvang til að samræma kerfisrekstur.

 

Þessi þróun í vöruformi hefur knúið þróun aukahluta-eins og geymsluskápa, rafmagnstengja, rásarkerfa, einangrunarmannvirkja og varmastjórnunarsamsetninga-í átt að mát, stöðlun og meiri samþættingu.

 

Orkugeymslukerfi þjóna sem mikilvægur grunnur fyrir samræmdan rekstur sólar-plús-geymslu-plús-hleðslukerfa.

 

Í sólar-plús-geymslu-plús-hleðslukerfum geymir orkugeymslubúnaður ekki aðeins raforku heldur hefur hann einnig bein áhrif á aflsvarsgetu kerfisins og rekstrarstöðugleika. Eftir því sem orkugeymslugeta og aflmat eykst, eru þessi kerfi að þróast úr einföldum rafhlöðuskápum í alhliða einingar sem samræma mörg undirkerfi, þar á meðal rafhlöður, PCS (Power Conversion Systems), orkudreifingu, brunabælingu, hitastjórnun og EMS (orkustjórnunarkerfi).

 

Dæmigert LiFePO4 rafhlöðuorkugeymslukerfi nota eininga rafhlöðueiningar, sem tengja margar einingar í röð og samhliða til að ná nauðsynlegri kerfisspennu og getu. Þessi eininga uppbygging auðveldar flutning, uppsetningu og viðhald, en gerir einnig kleift að stækkun kerfisgetu byggt á kröfum verkefnisins.

 

Fyrir notkun í tækjaherbergjum, iðnaðargörðum og iðnaðaraðstöðu er hægt að stilla mát rafhlöðuorkugeymslukerfi á sveigjanlegan hátt til að henta lausu rými og álagsþörfum. Kerfishönnun verður að taka tillit til þátta eins og rafhlöðugetu, hámarkshleðslu/hleðsluafls, hringrásarlífs, umhverfishita og viðhaldsúthreinsunar, frekar en að ákvarða búnaðarforskriftir eingöngu byggðar á rafgeymi.

 

Með frekari framförum í kerfissamþættingu, hýsa sumar einingar rafhlöður, PCS, orkudreifingarkerfi, hitastjórnun og brunavarnakerfi í einum skáp. Þessir samþættu orkugeymsluskápar fyrir atvinnu- og iðnaðarvörur henta fyrir iðnaðargarða, atvinnuhúsnæði og litlar-til-meðalstórar-orkustöðvar þar sem þeir draga úr uppsetningarvinnu á-staðnum og stytta uppsetningartíma.

 

 

Eftir því sem afl og getu orkugeymslukerfa eykst hefur geymsluskápurinn þróast úr einföldu uppsetningarkerfi fyrir rafhlöður í alhliða samsetningu sem styður raftengingar, hitastjórnun og öryggisverndaraðgerðir.

 

Innra rými orkugeymsluskáps rúmar venjulega rafhlöðueiningar, rúllur, aflrofar, öryggi, tengiliði, gagnaöflunarkerfi og há-/lágspennutengingaríhluti. Halda verður nægilegri einangrun og skriðfjarlægð milli ýmissa rafeininga; Að auki verður að huga að þáttum eins og leiðsögn raflagna, viðhaldsúthreinsun og hitaflutningsleiðum.

 

Til notkunar utandyra verður girðingin að standast umhverfisþætti eins og rigningu, ryk, saltúða, sólargeislun og hitasveiflur. Þar af leiðandi krefjast-orkugeymslukerfi utanhúss venjulega hönnun sem felur í sér þéttivirki, -tæringarmeðhöndlun, hitastjórnunarkerfi og sérstakar einkunnir fyrir innrásarvörn (IP).

 

Í strandsvæðum, miklum-raka eða mjög menguðu iðnaðarumhverfi er val á efnum í girðingum og yfirborðsmeðferð mikilvægt.

 

Orkugeymsla utanhúss úr ryðfríu stáli nýta eðlislæga tæringarþol efnisins til að draga úr byggingaráhættu sem tengist langtíma-umhverfisváhrifum; Hins vegar krefst sérstakt efnisval enn yfirgripsmikillar mats byggt á styrk, kostnaði, þyngd, framleiðsluferlum og aðstæðum á staðnum.

 

 

 

Við rekstur orkugeymslukerfa myndast varmi af rafhlöðufrumum, Power Conversion System (PCS) og öðrum orkuhlutum. Eftir því sem orkuþéttleiki kerfisins eykst hefur hitastjórnun orðið mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á langtíma-virkni orkugeymslubúnaðar.

 

Litlar-til-meðalstórar-orkugeymslueiningar nota oft loftkælilausnir-, dreifa hita í gegnum loftrásir, viftur og varmaskiptamannvirki. Þessi nálgun býður upp á tiltölulega einfalda uppbyggingu og auðvelt viðhald, sem gerir hana vel-henta fyrir ákveðin orkugeymsluforrit í atvinnuskyni og iðnaði. Til dæmis gerir sérsniðinn 215 kWh samþættur loftkældur-orkugeymsluskápur samþætta hönnun rafhlöðueininga, loftrása og orkudreifingaríhluta sem eru sérsniðnar að tilteknum getu verkefnisins og takmörkunum á staðnum.

 

Fyrir mikla-orku-þéttleika og mikla-orkugeymslukerfi bjóða fljótandi kælilausnir kost á einsleitni hitastigs og skilvirkni hitauppstreymis með því að nota kælivökva til að fjarlægja beint hita sem myndast af rafhlöðufrumum og aflhluta. Vörur eins og fljótandi-kældir samþættir orkugeymsluskápar fyrir vindorkunotkun eru fyrst og fremst hannaðar fyrir vindorku, sólarorku og stór-nýjar orkugeymsluaðstæður.

 

Burtséð frá því hvort loftkæling eða fljótandi kæling er notuð, verður að íhuga hitastjórnunarhönnun í tengslum við rafhlöðuuppsetningu, rafmagnstengingar og uppbygging girðingar. Staðbundnir heitir reitir geta skert afköst rafhlöðunnar og flýtt fyrir niðurbroti efnis; Þess vegna verður hitaeftirlit, hitajafnvægi og bilunarviðvörunarkerfi að vera samþætt í heildar kerfishönnun.

 

 

Önnur mikilvæg þróun í þróun sólar-geymslu-hleðslukerfa er DC-hliðartenging. Í hefðbundnum kerfum verður ljósvökvi (PV) að fara í gegnum inverter til að tengjast straumnetinu áður en það fer í frekari orkubreytingu í gegnum hleðslubúnað eða orkugeymslukerfi; þetta ferli felur oft í sér mörg stig aflbreytinga.

 

Aftur á móti gerir DC-tengdur arkitektúr kleift að samhæfa orku á milli PV framleiðslu, orkugeymslu og hleðsluálag beint á DC hliðinni og útiloka þar með ákveðin umbreytingarskref. Fyrir há-afls DC hleðslu og orkugeymsluforrit hjálpar þessi arkitektúr að stytta orkuflutningsleiðir og eykur heildarorkustjórnunarskilvirkni kerfisins.

 

„Allt-í-Einn“ PV-geymslu-hleðslukerfisskápar eru venjulega með samþættri hönnun sem sameinar PV-inntak, orkugeymslueiningar, orkuumbreytingu og orkustjórnunaraðgerðir, sem gerir búnaðinum kleift að senda orku á virkan hátt á milli mismunandi orkugjafa byggt á kröfum -staðarins.

 

Á sama tíma gera rafmagnstengingar milli PV og orkugeymsluhliðar meiri kröfur til íhluta eins og strauma, tengi og einangrunarefni. Við miklar-straumsskilyrði hafa þættir eins og þversniðsflatarmál leiðara, snertiviðnám, hitastigshækkun og einangrunarfjarlægð bein áhrif á langtíma-virknistöðugleika kerfisins.

 

 

Þar sem orkugeymslukerfi stækka frá tækjaherbergjum innandyra til útistaða hefur umhverfisaðlögunarhæfni orðið mikilvægur mælikvarði í vöruhönnun. Orkugeymslubúnaður utandyra verður að standast-langtíma útsetningu fyrir þáttum eins og háum og lágum hita, raka, rigningu, ryki, saltúða og útfjólubláum (UV) geislum.

 

Uppbyggingarhönnun orkugeymsluskápa utandyra krefst alhliða nálgunar sem kemur í veg fyrir vernd gegn innkomu, hitaleiðni, rafmagnsöryggi og viðhaldskröfum. Skápurinn verður ekki aðeins að vernda innri rafhlöðu og rafmagnsíhluti heldur einnig veita nægilegt pláss fyrir bruna, hitastjórnun og viðhaldskerfi.

 

Fyrir verkefni pöruð við vind- eða sólarorku er orkugeymslubúnaður oft settur upp á afskekktum svæðum fjarri innviðum þéttbýlis, sem gerir áreiðanleika búnaðar og fjarrekstur og viðhald (O&M) getu sérstaklega mikilvæg. Kerfi verða að nota skynjara, rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS) og orkustjórnunarkerfi (EMS) til að fylgjast stöðugt með rafhlöðustöðu, hitastigi, spennu, straumi og rekstrarfrávikum, en senda rekstrargögn til miðlægs vöktunarkerfis í gegnum samskiptakerfi.

 

Þessi þróun er að breyta orkugeymslubúnaði úr einföldum „rafhlöðuskápum“ í greindar orkuhnúta sem geta skynjað, stjórnað, samskiptum og orkustjórnun.

 

 

Eftir því sem umfang orkugeymslukerfa eykst, heldur mikilvægi kerfisstýringaraðferða áfram að aukast. Þó hefðbundin orkugeymslukerfi hleðsla og afhleðsla fyrst og fremst byggt á föstum áætlunum eða forstilltum aflstigum, verða næstu-kynslóð orkustjórnunarkerfi samtímis að taka tillit til veðurspáa, ljósafls (PV) framleiðsla, álagssniða, raforkuverðssveiflna og rafhlöðustöðu.

 

Þegar hleðslueftirspurn er lítil og PV framleiðsla er mikil, getur kerfið forgangsraðað að nota sólarorku á meðan það geymir afganginn; þegar hleðslueftirspurn hækkar, getur geymslukerfið veitt viðbótarafl til að draga úr tafarlausu álagi á netið; og á tímum lágs raforkuverðs getur kerfið hleðst á grundvelli rekstraráætlana.

 

Þessi kraftmikla áætlunaraðferð gefur til kynna að verðmæti orkugeymslukerfa hefur þróast frá einfaldri raforkugeymslu til að ná yfir orkustjórnun og orkuhagræðingu.

 

Samtímis verður innri raftengingararkitektúr orkugeymslubúnaðar að vera í takt við þessar kraftmiklu rekstrarhami. Há-tíðni hleðslu-/afhleðslulotur og há-straumsnotkun auka hitauppstreymi á hringrásum, tengjum og skautum; þess vegna verður burðarvirkishönnun ekki aðeins að uppfylla núverandi kröfur heldur einnig að taka tillit til langtíma-varma hringrásar, vélræns titrings og tengingaráreiðanleika.

 

 

Orkugeymsluverkefni eru verulega breytileg eftir notkunaratburðarás, þar sem mismunandi viðskiptavinir hafa sérstakar kröfur varðandi getu, afl, spennustig, uppsetningarrými og kæliaðferðir. Þar af leiðandi er einingahönnun að verða mikilvæg stefna fyrir vöruþróun í þessum geira.

 

Modular rafhlöðukerfi gera kleift að stækka rafhlöðueiningar byggt á verkgetu; mát Power Conversion Systems (PCS) er hægt að stilla í samræmi við kröfur um hleðsluafl; og einingaskápahönnun draga úr framleiðslu og uppsetningu flókið með stöðluðum mannvirkjum.

 

Fyrir stór-orkugeymslukerfi auðveldar einingahönnun einnig flutning búnaðar og-viðhald á staðnum. Ef ákveðin rafhlöðueining eða rafeining bilar getur þjónusta á einingarstigi lágmarkað áhrifin á heildarvirkni kerfisins.

 

Frá sjónarhóli byggingarinnar krefst mátahönnun mikils samkvæmis viðmóts milli skápa, strauma, raflagna, tengi og einangrunarhluta. Stöðluð viðmót draga úr samsetningarvikmörkum milli eininga og einfalda verklagsreglur við síðari viðhald.

 

 

Notkun samþættra PV-geymslu-hleðslukerfa er um þessar mundir að stækka út fyrir hefðbundnar almennar hleðslustöðvar í fjölbreyttari aðstæður. Í atvinnuhúsnæði geta kerfi notað sólarorku á þaki ásamt orkugeymslu til að draga úr netálagi á álagstímum; í iðnaðargörðum getur orkugeymsla jafnað hámarks- og-eftirspurn miðað við framleiðsluálag; og í flutningagörðum og þunga-hleðslustöðvum fyrir vörubíla-þar sem mikil-aflhleðsla gerir miklar kröfur til dreifingargetu-orkugeymsla þjónar sem aflgjafa.

 

Á afskekktum svæðum eða svæðum með ófullnægjandi netþekju er hægt að sameina orkugeymslu með endurnýjanlegum orkugjöfum eins og sól og vindi til að mynda tiltölulega sjálfstæð orkukerfi. Ljósorkugeymsluskápar henta vel- fyrir slík samþætt forrit og nota geymslueiningar til að jafna út sólarorkuframleiðslu og auka sveigjanleika endurnýjanlegrar orkunýtingar.

 

Á sama tíma er háspennutengingartækni í rafkerfum nýrra orkutækja (NEV) einnig að þróast. Eftir því sem spenna rafbílapalla hækkar og hleðsluafl eykst, krefjast háspennuafldreifingarkerfi meiri staðla fyrir strauma, einangrunarvirki, skauta og tengihluta. Þar af leiðandi eru tæknileg mörk á milli orkugeymslu og NEV óljós, sem gerir kleift að beita ákveðinni háspennu raftengingartækni á mismunandi gerðir orkubúnaðar.
 

 

 

Þegar litið er til nýlegrar þróunar á hleðsluvörum fyrir-hleðslu- sólarorku er samkeppni á markaði ekki lengur takmörkuð við mælikvarða eins og geymslugetu, hleðsluorku eða einstaka búnaðarforskriftir; Þess í stað hefur áherslan færst í átt að kerfissamþættingargetu, orkustjórnun, rekstraráreiðanleika og heildarlíftímakostnaði.

 

Innbyggðar vörur draga úr-kröfum um uppsetningu á staðnum en auka flókið innri kerfishönnun; skipt kerfi bjóða upp á meiri sveigjanleika en krefjast flóknari orkustjórnunar og-kerfissamhæfingar. Því er engin ein „besta“ nálgun; valið fer eftir þáttum eins og verkstærð, orkudreifingaraðstæðum, umhverfi svæðisins og rekstrarhamum.

 

Í framtíðinni gætu sólarhleðslukerfi-geymsla- enn frekar samþætt sýndarorkuverum, eftirspurnarviðbragðskerfi-hliðar, örnetum og raforkuviðskiptamörkuðum. Þessi umbreyting mun þróa orkugeymslueiningar úr einföldum geymslutækjum í dreifða orkuhnúta sem geta tekið þátt í netstjórnun.

 

Samhliða því munu innri íhlutir orkugeymsluskápa-þar á meðal há-spennudreifingu, rásarkerfi, einangrun, varmastjórnunarmannvirki og öryggisverndarhönnun- halda áfram að gangast undir uppfærslu. Fyrir mikla-orkugeymslueiningar mun jafnvægisaflþéttleiki, hitauppstreymi, rafmagnsöryggi, auðvelt viðhald og samkvæmni í framleiðslu innan takmarkaðs skápapláss vera lykilatriði í byggingarverkfræðihönnun.

 

 

Á heildina litið er sólargeymsla-hleðsluiðnaðurinn að þróast frá einföldum búnaðarsamsetningum yfir í samþætt kerfi, frá stakri-aðgerð til snjallrar sendingar og frá nettengdum-forritum til samræmdrar-nets og utan-nets. Orkugeymslukerfi gegna margvíslegum hlutverkum-þar á meðal afljöfnun, orkustjórnun og að tryggja kerfisöryggi-á meðan orkugeymsluskápar eru að breytast úr einföldum rafhlöðuhlífum í alhliða einingar sem samþætta rafkerfi, hitastjórnun, brunavarnir, stjórnkerfi og samskiptagetu.

 

Framtíðarverkefni í hleðslu-hleðslu- á sólarorku munu krefjast meira en einblína á rafhlöðugetu og hleðsluorku; þeir munu krefjast samvinnuhönnunar þvert á margar víddir-eins og kerfisarkitektúr, skápuppbyggingu, raftengingar, hitauppstreymi, einangrun, stjórnunaraðferðir og O&M kerfi-til að mæta síauknum kröfum um aflþéttleika og rekstraráreiðanleika í fjölbreyttum notkunarsviðum.

 

Varðandi verkfræðikaup, val áorkugeymsluskáparog innri rafmagnsíhlutir þeirra ættu að byggjast á yfirgripsmiklu mati á spennustigum, málstraumi, afkastagetu, kæliaðferðum, umhverfisaðstæðum, uppsetningarmannvirkjum og viðhaldskröfum, með forgang að sannreyna viðmótssamhæfi milli lykilhluta og heildarkerfisins.