Integroitujen aurinko{0}}varastointi-latausjärjestelmien nopeutettu kehitys: energian varastointijärjestelmän integrointi ja usean-skenaarion sovellukset siirtyvät syvemmän käyttöönottovaiheeseen

Sähköajoneuvojen (EV) latauksen kasvavan kysynnän, hajautetun aurinkosähkön (PV) yleistymisen sekä teollisten ja kaupallisten energian varastointisovellusten jatkuvan laajentamisen johdosta aurinkosähkön, energian varastoinnin ja latausinfrastruktuurin välinen synergia vahvistuu. Viime vuosina aurinkoenergian -varastointi-latausjärjestelmät ovat kehittyneet yksinkertaisista yksittäisten laitteiden yhdistelmistä integroiduiksi energiajärjestelmiksi. Niiden sovellusskenaariot ovat laajentuneet perinteisten latausasemien lisäksi teollisuuspuistoihin, kaupallisiin komplekseihin, kuljetuskeskuksiin, logistiikkakeskuksiin ja verkon ulkopuolisiin-alueisiin.

 

Teknisesti PV{0}}varastointi-latausjärjestelmän ydin ei ole pelkästään aurinkosähkömoduulien, energian varastointiakkujen ja latauslaitteiden sijoittaminen samaan paikkaan-, vaan myös näiden erilaisten energiavarojen koordinoitu toiminta tasavirtaväylien, energian varastointimuuntimien, energianhallintajärjestelmien ja tehonohjausyksiköiden avulla.

 

Järjestelmä säätää energiavirtoja dynaamisesti perustuen tekijöihin, kuten aurinkosähkön tuotanto, energian varastointitila-lataustila (SoC), latauskuormitus, verkon kapasiteetti ja reaaliaikaiset-sähkön hinnat. Tämä optimoi uusiutuvan energian käytön ja vähentää suuren-teholatauksen välitöntä vaikutusta sähkönjakelujärjestelmään.

 

 

 

Varhainen sähköajoneuvojen latausinfrastruktuuri perustui ensisijaisesti suoraan verkkovirtaan, jolloin latauslaitteet toimivat aurinkosähkö- ja energian varastointijärjestelmistä riippumatta. Lataustehotasojen noustessa perinteiset sähkönjakelumallit kohtasivat muuntajan kapasiteettiin, jakelulinjoihin ja huippukuormitusvaatimuksiin liittyviä rajoituksia. Näin ollen energian varastoinnin integroiminen puskurointitehoon-yhdistettynä aurinkosähkön tuotantoon vihreän sähkön tuottamiseen-on noussut tärkeäksi järjestelmäarkkitehtuuriksi, erityisesti skenaarioissa, joissa olemassa oleva jakelukapasiteetti on rajallinen.

 

Tässä asetelmassa energian varastointijärjestelmä toimii energiapuskurina ja tehonsäätimenä. Se pystyy vastaamaan hetkellisiin tehotarpeisiin, kun latauskuormitus kasvaa ja varastoi ylimääräistä energiaa alhaisen kuormituksen tai korkean PV-tuotannon aikana. Alueilla, joilla sähkön-käyttöaika (ToU) hinnoittelu on voimassa, energian varastointijärjestelmät voivat myös koordinoida lataus- ja purkuaikatauluja energianhallintastrategioiden perusteella.

 

Tällä hetkellä markkinoilla olevat PV-säilytys--latausjärjestelmät jakautuvat tuoterakenteen osalta yleensä kahteen luokkaan: pitkälle integroidut "kaikki-in-yhdessä" tuotteet ja erillisistä modulaarisista komponenteista koostuvat ratkaisut. Integroiduissa ratkaisuissa on tyypillisesti korkea integraatiotaso energian varastointiakkujen, virranmuunnosyksiköiden, virranjakelun, latausinfrastruktuurin ja ohjausmoduulien välillä, mikä vähentää paikan päällä olevien komponenttien ja liitäntäpisteiden määrää.

 

Sitä vastoin split{0}}järjestelmäratkaisuihin kuuluu aurinkosähkö-, energianvarastointi-, lataus- ja virranjakelulaitteiden määrittäminen erikseen projektin mittakaavan ja paikan olosuhteiden mukaan, ja järjestelmän toimintojen koordinointi perustuu energianhallintaalustaan.

 

Tämä tuotemuodon kehitys on ajanut apukomponenttien, -kuten säilytyskaappien, virtaliittimien, virtakiskojärjestelmien, eristysrakenteiden ja lämmönhallintakokoonpanojen-kehityksen kohti modulaarisuutta, standardointia ja parempaa integraatiota.

 

Energian varastointijärjestelmät ovat ratkaiseva perusta aurinko{0}}plus-varastointi-plus--latausjärjestelmien koordinoidulle toiminnalle.

 

Aurinkoenergia-plus-storage-plus-latausjärjestelmissä energian varastointilaitteet eivät vain varastoi sähköenergiaa, vaan vaikuttavat myös suoraan järjestelmän tehonvastekykyyn ja toiminnan vakauteen. Energian varastointikapasiteetin ja teholuokituksen kasvaessa nämä järjestelmät kehittyvät yksinkertaisista akkukaapeista kattaviksi yksiköiksi, jotka koordinoivat useita osajärjestelmiä, mukaan lukien akut, PCS (Power Conversion Systems), virranjakelu, palontorjunta, lämmönhallinta ja EMS (Energy Management Systems).

 

Tyypilliset LiFePO4-akkuenergian varastointijärjestelmät käyttävät modulaarisia akkuyksiköitä, jotka yhdistävät useita moduuleja sarjaan ja rinnan vaaditun järjestelmän jännitteen ja kapasiteetin saavuttamiseksi. Tämä modulaarinen rakenne helpottaa kuljetusta, asennusta ja huoltoa ja mahdollistaa samalla järjestelmän kapasiteetin laajentamisen projektin vaatimusten mukaisesti.

 

Laitehuoneiden, teollisuuspuistojen ja teollisuuslaitosten sovelluksiin modulaariset akkuenergian varastointijärjestelmät voidaan konfiguroida joustavasti käytettävissä olevan tilan ja kuormituksen tarpeiden mukaan. Järjestelmän suunnittelussa on otettava huomioon tekijät, kuten akun kapasiteetti, huippulataus-/purkausteho, syklin käyttöikä, ympäristön lämpötila ja huoltoväli, sen sijaan, että määritettäisiin laitteiden tekniset tiedot pelkästään akun kapasiteetin perusteella.

 

Järjestelmäintegroinnin edistymisen myötä joissakin yksiköissä on akut, PCS, virranjakelujärjestelmät, lämmönhallinta- ja palontorjuntajärjestelmät samassa kaapissa. Nämä integroidut kaupalliset ja teolliset energian varastointikaapit soveltuvat teollisuuspuistoihin, liikerakennuksiin ja pieniin--keskikokoisiin-energiakohteisiin, koska ne vähentävät-asennustyötä ja lyhentävät käyttöönottoaikaa.

 

 

Energian varastointijärjestelmien tehon ja kapasiteetin kasvaessa säilytyskaappi on kehittynyt yksinkertaisesta akkujen asennusrakenteesta kattavaksi kokoonpanoksi, joka tukee sähköliitäntöjä, lämmönhallintaa ja turvallisuussuojaustoimintoja.

 

Energian varastointikaapin sisäpuolelle mahtuu yleensä akkumoduuleja, virtakiskoja, katkaisijoita, sulakkeita, kontaktoreita, tiedonkeruujärjestelmiä ja korkea-/matalajännitteisiä liitäntäkomponentteja. Eri sähkömoduulien välillä on säilytettävä riittävät eristys- ja virumisetäisyydet; Lisäksi on otettava huomioon sellaiset tekijät kuin johtosarjan reititys, huoltoväli ja lämmönsiirtoreitit.

 

Ulkosovelluksissa kotelon on kestettävä ympäristötekijät, kuten sade, pöly, suolasuihku, auringon säteily ja lämpötilan vaihtelut. Tästä syystä ulkokaappi{1}}tyyppiset energian varastointijärjestelmät vaativat yleensä rakenteita, jotka sisältävät tiivistysrakenteita, korroosionestokäsittelyjä, lämmönhallintajärjestelmiä ja erityisiä tunkeutumissuojausluokituksia (IP).

 

Rannikolla, korkean kosteuden{0}}tai erittäin saastuneessa teollisuusympäristössä kotelointimateriaalien ja pintakäsittelyjen valinta on kriittinen.

 

Ruostumattomasta teräksestä valmistetut ulkona olevat energian varastointikotelot hyödyntävät materiaalin luontaista korroosionkestävyyttä ja vähentävät pitkäaikaiseen ympäristöaltistukseen liittyviä rakenteellisia riskejä. Tietyn materiaalin valinta vaatii kuitenkin kattavan arvioinnin, joka perustuu lujuuteen, kustannuksiin, painoon, valmistusprosessiin ja työpaikan olosuhteisiin.

 

 

 

Energian varastointijärjestelmien toiminnan aikana lämpöä tuottavat akkukennot, Power Conversion System (PCS) ja muut tehokomponentit. Kun järjestelmän energiatiheys kasvaa, lämmönhallinnasta on tullut ratkaiseva tekijä, joka vaikuttaa energian varastointilaitteiden pitkäaikaiseen{1}toimintaan.

 

Pienet{0}}--keskikokoiset{2}}energian varastointiyksiköt käyttävät usein ilma-jäähdytysratkaisuja, jotka ohjaavat lämpöä ilmakanavien, puhaltimien ja lämmönvaihtorakenteiden kautta. Tämä lähestymistapa tarjoaa suhteellisen yksinkertaisen rakenteen ja helpon huollon, mikä tekee siitä{5}}soveltuvan hyvin tiettyihin kaupallisiin ja teollisiin energian varastointisovelluksiin. Esimerkiksi räätälöity 215 kWh:n integroitu ilmajäähdytteinen{8}}energiavarastokaappi mahdollistaa akkumoduulien, ilmakanavien ja virranjakelukomponenttien integroidun suunnittelun, joka on räätälöity tiettyjen projektien kapasiteettiin ja paikan rajoituksiin.

 

Korkean-energiatiheyden-ja suuren-tehoisen energian varastointijärjestelmissä nestejäähdytysratkaisut tarjoavat etuja lämpötilan tasaisuudesta ja lämmönhallinnan tehokkuudesta käyttämällä jäähdytysnestettä akkukennojen ja tehokomponenttien tuottaman lämmön suoraan poistamiseen. Tuotteet, kuten nestejäähdytteiset integroidut energian varastointikaapit tuulivoimasovelluksiin, on suunniteltu ensisijaisesti tuuli-, aurinko- ja laajamittaisiin uusiin energian varastointiin.

 

Riippumatta siitä, käytetäänkö ilma- vai nestejäähdytystä, lämmönhallintasuunnittelua on harkittava yhdessä akun sijoittelun, sähköliitäntöjen ja kotelorakenteen kanssa. Paikalliset hotspot-pisteet voivat heikentää akun suorituskykyä ja nopeuttaa materiaalin hajoamista; siksi lämpötilan valvonta, lämpötasapainotus ja vikavaroitusmekanismit on integroitava järjestelmän kokonaissuunnitteluun.

 

 

Toinen merkittävä trendi aurinko{0}}varastointi-latausjärjestelmien kehityksessä on DC--puolen kytkentä. Perinteisissä järjestelmissä aurinkosähkön (PV) tehon on kuljettava invertterin kautta, jotta se voidaan yhdistää vaihtovirtaverkkoon, ennen kuin sille suoritetaan lisäenergian muuntamista latauslaitteiden tai energian varastointijärjestelmien kautta. tämä prosessi sisältää usein useita tehonmuunnosvaiheita.

 

Sitä vastoin DC{0}}kytketyt arkkitehtuurit mahdollistavat energian koordinoinnin PV-tuotannon, energian varastoinnin ja latauskuormien välillä suoraan DC-puolella, mikä eliminoi tietyt muunnosvaiheet. Tämä arkkitehtuuri auttaa lyhentämään energian siirtoreittejä ja parantaa järjestelmän yleistä virranhallinnan tehokkuutta -tehokkaissa tasavirtalataus- ja energian varastointisovelluksissa.

 

"All{0}}in-One" PV-storage-latausjärjestelmäkaapeissa on tyypillisesti integroitu rakenne, jossa yhdistyvät PV-tulot, energian varastointiyksiköt, virranmuunnos ja energianhallintatoiminnot, jolloin laitteet voivat siirtää energiaa dynaamisesti eri lähteiden välillä -paikan vaatimusten perusteella.

 

Samanaikaisesti aurinkosähkön ja energian varastopuolen väliset teholiitännät asettavat korkeampia vaatimuksia komponenteille, kuten kiskoille, liittimille ja eristysmateriaaleille. Suurissa-virtakäyttöolosuhteissa tekijät, kuten johtimen poikki-pinta-ala, kosketusresistanssi, lämpötilan nousu ja eristysvälys, vaikuttavat suoraan järjestelmän pitkän-käyttövakauteen.

 

 

Energian varastointijärjestelmien laajentuessa sisälaitteiden huoneista ulkotiloihin, ympäristöön sopeutumisesta on tullut kriittinen mittari tuotesuunnittelussa. Ulkona käytettävien energian varastointilaitteiden on kestettävä{1}}pitkäaikainen altistuminen tekijöille, kuten korkeille ja matalille lämpötiloille, kosteudelle, sateelle, pölylle, suolasuihkulle ja ultraviolettisäteilylle (UV-säteilylle).

 

Ulkovarastokaappien rakennesuunnittelu edellyttää kokonaisvaltaista lähestymistapaa, joka tasapainottaa tunkeutumissuojausluokitukset, lämmönpoistokyvyt, sähköturvallisuuden ja huoltovaatimukset. Kaapin tulee paitsi suojata sisäisiä akkuja ja sähkökomponentteja, myös tarjota riittävästi tilaa palontorjunta-, lämmönhallinta- ja huoltojärjestelmille.

 

Tuuli- tai aurinkovoimaan yhdistetyissä projekteissa energian varastointilaitteet asennetaan usein syrjäisille alueille, jotka ovat kaukana kaupunkiinfrastruktuurista, mikä tekee laitteiden luotettavuudesta ja etäkäyttö- ja ylläpitoominaisuuksista erityisen tärkeitä. Järjestelmien on käytettävä antureita, akunhallintajärjestelmiä (BMS) ja energianhallintajärjestelmiä (EMS) valvomaan jatkuvasti akun tilaa, lämpötilaa, jännitettä, virtaa ja toimintahäiriöitä ja samalla siirrettävä toimintatietoja keskusvalvontaalustaan ​​viestintäjärjestelmien kautta.

 

Tämä kehitys muuttaa energian varastointilaitteita yksinkertaisista "akkukaapeista" älykkäiksi energiasolmuiksi, jotka pystyvät tunnistamaan, ohjaamaan, kommunikoimaan ja hallitsemaan energiaa.

 

 

Energian varastointijärjestelmien laajuuden kasvaessa järjestelmän ohjausstrategioiden merkitys kasvaa edelleen. Vaikka perinteiset energian varastointijärjestelmät ensisijaisesti latautuvat ja purkautuvat kiinteiden aikataulujen tai ennalta asetettujen tehotasojen perusteella, seuraavan-sukupolven energianhallintajärjestelmien on samanaikaisesti otettava huomioon sääennusteet, aurinkosähkön (PV) teho, kuormitusprofiilit, sähkön hinnan vaihtelut ja akun tila.

 

Kun lataustarve on alhainen ja aurinkosähköteho korkea, järjestelmä voi priorisoida aurinkoenergian käytön samalla kun se varastoi ylijäämää; ladattaessa kysyntähuippuja, varastointijärjestelmä voi toimittaa lisätehoa vähentääkseen verkon hetkellistä kuormitusta; ja alhaisen sähkön hintojen aikana järjestelmä voi latautua toimintastrategioiden perusteella.

 

Tämä dynaaminen aikataulutustapa osoittaa, että energian varastointijärjestelmien arvo on kehittynyt yksinkertaisesta sähkön varastoinnista kattamaan virranhallinnan ja energian optimoinnin.

 

Samanaikaisesti energian varastointilaitteiden sisäisen tehon kytkentäarkkitehtuurin on oltava linjassa näiden dynaamisten toimintatilojen kanssa. Korkeat-taajuiset lataus-/purkausjaksot ja suuri-virtavirta lisäävät virtakiskoihin, liittimiin ja liittimiin kohdistuvaa lämpökiertorasitusta. Siksi rakennesuunnittelun ei tule ainoastaan ​​täyttää nimellisvirtavaatimuksia, vaan myös ottaa huomioon-pitkäaikainen lämpökierto, mekaaninen tärinä ja liitäntöjen luotettavuus.

 

 

Energian varastointiprojektit vaihtelevat merkittävästi sovellusskenaarioiden mukaan, ja eri asiakkailla on omat vaatimukset kapasiteetista, tehosta, jännitetasoista, asennustilasta ja jäähdytysmenetelmistä. Tämän seurauksena modulaarisesta suunnittelusta on tulossa keskeinen tuotekehityksen suunta tällä alalla.

 

Modulaariset akkujärjestelmät mahdollistavat akkuyksiköiden skaalauksen projektikapasiteetin perusteella; modulaariset Power Conversion Systems (PCS) -järjestelmät voidaan konfiguroida kuormitustehovaatimusten mukaan; ja modulaariset kaapit vähentävät tuotannon ja asennuksen monimutkaisuutta standardoitujen rakenteiden ansiosta.

 

Suurissa-energian varastointijärjestelmissä modulaarinen rakenne helpottaa myös laitteiden kuljetusta ja paikan päällä{1}}huoltoa. Jos tietyssä akkumoduulissa tai sähköyksikössä on toimintahäiriö, moduulitason huolto{3}}voi minimoida vaikutuksen järjestelmän yleiseen toimintaan.

 

Rakenteellisesta näkökulmasta katsottuna modulaarinen rakenne edellyttää suurta liitäntäjohdonmukaisuutta kaappien, virtakiskojen, johtosarjojen, liittimien ja eristyskomponenttien välillä. Standardoidut liitännät vähentävät moduulien välisiä kokoonpanotoleransseja ja yksinkertaistavat toimintaa myöhempien huollon aikana.

 

 

Integroitujen aurinkosähköisten -varastointi-latausjärjestelmien käyttö laajenee tällä hetkellä perinteisten julkisten latausasemien ulkopuolelle useisiin skenaarioihin. Kaupallisissa komplekseissa järjestelmät voivat hyödyntää katolla sijaitsevaa aurinkoenergiaa yhdistettynä energian varastointiin verkon kuormituksen vähentämiseksi ruuhka-aikoina; teollisuuspuistoissa energian varastointi voi tasapainottaa huippu- ja -huippukysynnän suhteessa tuotantokuormitukseen; ja logistiikkapuistoissa ja raskaiden kuorma-autojen-latausasemilla-joissa suuritehoinen-lataus asettaa suuria vaatimuksia jakelukapasiteetille-energian varastointi toimii tehopuskurina.

 

Syrjäisillä alueilla tai alueilla, joilla verkkopeitto on riittämätön, energian varastointi voidaan yhdistää uusiutuviin lähteisiin, kuten aurinko- ja tuulivoimaan, jolloin muodostuu suhteellisen itsenäisiä energiajärjestelmiä. Aurinkosähköenergian varastointikaapit sopivat hyvin-tällaisiin integroituihin sovelluksiin, ja ne käyttävät varastoyksiköitä aurinkoenergian tehon tasoittamiseen ja uusiutuvan energian käytön joustavuuden lisäämiseen.

 

Samaan aikaan uusien energiaajoneuvojen (NEV) sähköjärjestelmien korkea{0}}jänniteliitäntätekniikka kehittyy. Sähköajoneuvojen alustan jännitteiden noustessa ja lataustehon kasvaessa korkeajännitteiset sähkönjakelujärjestelmät vaativat korkeampia standardeja virtakiskoille, eristysrakenteille, liittimille ja liitäntäkomponenteille. Tämän seurauksena teknologiset rajat energian varastoinnin ja NEV:ien välillä hämärtyvät, mikä mahdollistaa tiettyjen korkeajännitteisten sähköliitäntätekniikoiden soveltamisen erityyppisissä energialaitteissa.
 

 

 

Aurinkoenergian{0}}varastointi-lataustuotteiden viimeaikaisesta kehityksestä voidaan todeta, että markkinakilpailu ei rajoitu enää sellaisiin mittareihin kuin tallennuskapasiteetti, latausteho tai yksittäisten laitteiden tekniset tiedot. sen sijaan painopiste on siirtynyt järjestelmien integrointiominaisuuksiin, energianhallintaan, toimintavarmuuteen ja elinkaarikustannuksiin.

 

Integroidut tuotteet vähentävät paikan päällä{0}}asennusvaatimuksia, mutta lisäävät sisäisen järjestelmän suunnittelun monimutkaisuutta. split-järjestelmät tarjoavat enemmän joustavuutta, mutta vaativat kehittyneempää energianhallintaa ja järjestelmätason koordinointia. Siksi ei ole olemassa yhtä "parasta" lähestymistapaa; valinta riippuu tekijöistä, kuten projektin laajuudesta, sähkönjakeluolosuhteista, työpaikan ympäristöstä ja toimintatavoista.

 

Tulevaisuudessa aurinkoenergian{0}}varastointi-latausjärjestelmät voivat integroitua paremmin virtuaalisiin voimaloihin, kysyntä-vastausmekanismeihin, mikroverkkoihin ja sähkön kauppamarkkinoihin. Tämä muutos kehittää energian varastointiyksiköitä yksinkertaisista varastointilaitteista hajautetuiksi energiasolmuiksi, jotka voivat osallistua verkon säätelyyn.

 

Samanaikaisesti energian varastointikaappien sisäisiä komponentteja, -mukaan lukien korkea-jännitteenjakelu, virtakiskojärjestelmät, eristys, lämmönhallintarakenteet ja turvallisuussuojasuunnitelmat-, päivitetään edelleen. Suurikapasiteettisissa-energian varastointiyksiköissä rakennesuunnittelun keskeisenä painopistealueena ovat tasapainotustehotiheys, lämpötehokkuus, sähköturvallisuus, huollon helppous ja tuotannon johdonmukaisuus rajoitetussa kaappitilassa.

 

 

Kaiken kaikkiaan aurinkoenergian-varastointi-latausteollisuus on kehittymässä yksinkertaisista laiteyhdistelmistä integroituihin järjestelmiin, yhden-toiminnon toiminnoista älykkääseen jakeluun ja verkkoon-sidotuista sovelluksista koordinoituihin-verkkoon ja{5}}verkon ulkopuolella tapahtuviin toimintoihin. Energian varastointijärjestelmillä on useita tehtäviä-mukaan lukien tehon puskurointi, energian säätely ja järjestelmän turvallisuuden varmistaminen-, kun taas energian varastointikaapit muuttuvat yksinkertaisista akkukoteloista kattaviksi yksiköiksi, jotka yhdistävät sähköjärjestelmät, lämmönhallinnan, palosuojauksen, ohjausmekanismit ja viestintäominaisuudet.

 

Tulevat aurinko{0}}tallennus-latausprojektit vaativat muutakin kuin keskittymistä akun kapasiteettiin ja lataustehoon. ne vaativat yhteistä suunnittelua useissa ulottuvuuksissa,-kuten järjestelmäarkkitehtuuri, kaappirakenne, sähköliitännät, lämmönhallinta, eristys, ohjausstrategiat ja O&M-järjestelmät-vastatakseen jatkuvasti-nouseviin tehotiheyden ja toimintavarmuuden vaatimuksiin erilaisissa sovellusskenaarioissa.

 

Suunnitteluhankintojen osalta valintaenergian varastointikaapitja niiden sisäisten sähkökomponenttien tulisi perustua jännitetasojen, nimellisvirran, kapasiteetin, jäähdytysmenetelmien, ympäristöolosuhteiden, asennusrakenteiden ja huoltovaatimusten kattavaan arviointiin, ja etusijalle on asetettava avainkomponenttien ja koko järjestelmän välisten liitäntöjen yhteensopivuuden varmistaminen.