Dezvoltarea accelerată a sistemelor integrate de-stocare-încărcare solară: integrarea sistemelor de stocare a energiei și aplicațiile cu mai multe-scenari intră într-o fază de implementare aprofundată

Impulsat de cererea în creștere pentru încărcarea vehiculelor electrice (EV), de penetrarea tot mai mare a fotovoltaicilor distribuite (PV) și de extinderea continuă a aplicațiilor industriale și comerciale de stocare a energiei, sinergia dintre PV, stocarea energiei și infrastructura de încărcare se consolidează. În ultimii ani, sistemele de încărcare-de stocare- PV au evoluat de la simple combinații de dispozitive individuale la sisteme energetice integrate; scenariile lor de aplicare s-au extins dincolo de stațiile de încărcare tradiționale pentru a include parcuri industriale, complexe comerciale, centre de transport, centre logistice și zone off-rețea.

 

Din punct de vedere tehnologic, nucleul unui sistem de încărcare PV-de stocare-constă nu doar în co-localizarea modulelor fotovoltaice, a bateriilor de stocare a energiei și a echipamentelor de încărcare într-un singur loc, ci în realizarea unei operațiuni coordonate între aceste diverse active energetice prin intermediul magistralelor DC, convertoarelor de stocare a energiei, sistemelor de management al energiei și unităților de control al energiei.

 

Sistemul ajustează dinamic fluxurile de energie în funcție de factori cum ar fi producția de energie fotovoltaică, starea de încărcare--de stocare a energiei (SoC), sarcina de încărcare, capacitatea rețelei și prețurile la energie electrică-în timp real. Acest lucru optimizează utilizarea energiei regenerabile și atenuează impactul instantaneu al încărcării cu putere mare- asupra sistemului de distribuție a energiei.

 

 

 

Infrastructura timpurie de încărcare a vehiculelor electrice se baza în principal pe puterea directă a rețelei, echipamentele de încărcare funcționând independent de sistemele fotovoltaice și de stocare a energiei. Pe măsură ce nivelul puterii de încărcare a crescut, modelele tradiționale de distribuție a energiei s-au confruntat cu constrângeri legate de capacitatea transformatorului, liniile de distribuție și cerințele de sarcină de vârf. În consecință, integrarea stocării energiei în puterea tampon-combinată cu generarea fotovoltaică pentru a furniza energie electrică verde-a apărut ca o arhitectură de sistem vitală, în special în scenariile cu capacitate de distribuție existentă limitată.

 

În această configurație, sistemul de stocare a energiei acționează ca un tampon de energie și un regulator de putere. Poate satisface cerințele instantanee de putere atunci când încărcarea crește și poate stoca surplusul de energie în perioadele de sarcină scăzută sau generare fotovoltaică ridicată. În regiunile cu prețuri pentru energie electrică în timpul-de-utilizare (ToU), sistemele de stocare a energiei pot, de asemenea, coordona programele de încărcare și descărcare pe baza strategiilor de management al energiei.

 

În ceea ce privește structura produsului, sistemele de încărcare-de stocare-FV pe piață se împart în general în două categorii: produse „toate-în{-unul” foarte integrate și soluții care cuprind componente separate, modulare. Soluțiile integrate prezintă în mod obișnuit un nivel ridicat de integrare între bateriile de stocare a energiei, unitățile de conversie a energiei, distribuția energiei, infrastructura de încărcare și modulele de control, reducând astfel numărul de componente și puncte de conectare-la locație.

 

În schimb, soluțiile de sistem split- implică configurarea separată a echipamentelor fotovoltaice, de stocare a energiei, de încărcare și de distribuție a energiei, pe baza dimensiunii proiectului și a condițiilor amplasamentului, bazându-se pe o platformă de management al energiei pentru a coordona operațiunile sistemului.

 

Această evoluție a formei de produs a determinat dezvoltarea componentelor auxiliare-cum ar fi dulapuri de depozitare, conectori de alimentare, sisteme de bare colectoare, structuri de izolație și ansambluri de management termic-spre modularitate, standardizare și o integrare mai bună.

 

Sistemele de stocare a energiei servesc ca o bază esențială pentru funcționarea coordonată a sistemelor solare-plus-de stocare-plus-de încărcare.

 

În sistemele solare-plus-de stocare-plus-încărcare, echipamentele de stocare a energiei nu numai că stochează energia electrică, ci influențează direct capacitatea de răspuns la putere și stabilitatea operațională a sistemului. Pe măsură ce capacitatea de stocare a energiei și puterea nominală cresc, aceste sisteme evoluează de la simple dulapuri de baterii în unități cuprinzătoare care coordonează mai multe subsisteme, inclusiv baterii, PCS (Sisteme de Conversie a Energiei), distribuția energiei, stingerea incendiilor, managementul termic și EMS (Sisteme de management al energiei).

 

Sistemele tipice de stocare a energiei bateriei LiFePO4 utilizează unități de baterii modulare, conectând mai multe module în serie și în paralel pentru a obține tensiunea și capacitatea necesară a sistemului. Această structură modulară facilitează transportul, instalarea și întreținerea, permițând totodată extinderea capacității sistemului în funcție de cerințele proiectului.

 

Pentru aplicații în săli de echipamente, parcuri industriale și unități industriale, sistemele modulare de stocare a energiei bateriei pot fi configurate flexibil pentru a se potrivi cerințelor de spațiu disponibil și de încărcare. Proiectarea sistemului trebuie să țină cont de factori precum capacitatea bateriei, puterea maximă de încărcare/descărcare, ciclul de viață, temperatura ambientală și spațiul de întreținere, mai degrabă decât determinarea specificațiilor echipamentului pe baza exclusivă a capacității bateriei.

 

Odată cu progresele ulterioare în integrarea sistemului, unele unități găzduiesc baterii, PCS, sisteme de distribuție a energiei, management termic și sisteme de stingere a incendiilor într-un singur cabinet. Aceste dulapuri de stocare a energiei comerciale și industriale integrate sunt potrivite pentru parcuri industriale, clădiri comerciale și locații noi de energie mici-{-medii{-, deoarece reduc munca de instalare-și scurtează termenele de implementare.

 

 

Pe măsură ce puterea și capacitatea sistemelor de stocare a energiei cresc, dulapul de stocare a evoluat de la o structură simplă de montare pentru baterii într-un ansamblu complet care susține conexiunile electrice, managementul termic și funcțiile de protecție a siguranței.

 

Interiorul unui dulap de stocare a energiei găzduiește în mod obișnuit module de baterii, bare colectoare, întreruptoare, siguranțe, contactori, sisteme de achiziție de date și componente de conectare de înaltă/joasă tensiune-. Trebuie menținute distanțele adecvate de izolație și de scurgere între diversele module electrice; în plus, trebuie luați în considerare factori precum traseul cablajului, spațiul de întreținere și căile de transfer de căldură.

 

Pentru aplicații în aer liber, carcasa trebuie să reziste factorilor de mediu, cum ar fi ploaia, praful, stropii de sare, radiațiile solare și fluctuațiile de temperatură. În consecință, sistemele de stocare a energiei de tip dulap-de exterior necesită, de obicei, proiecte care încorporează structuri de etanșare, tratamente anticoroziune, sisteme de management termic și niveluri specifice de protecție la pătrundere (IP).

 

În mediile industriale de coastă, cu-umiditate ridicată sau puternic poluate, alegerea materialelor de incintă și a tratamentelor de suprafață este esențială.

 

Carcasele de stocare a energiei exterioare din oțel inoxidabil profită de rezistența inerentă la coroziune a materialului pentru a atenua riscurile structurale asociate cu-expunerea la mediu pe termen lung; cu toate acestea, selecția materialului specific necesită încă o evaluare cuprinzătoare bazată pe rezistență, cost, greutate, procese de fabricație și condiții de amplasament.

 

 

 

În timpul funcționării sistemelor de stocare a energiei, căldura este generată de celulele bateriei, sistemul de conversie a puterii (PCS) și alte componente de alimentare. Pe măsură ce densitatea energiei sistemului crește, gestionarea termică a devenit un factor crucial care influențează funcționarea-pe termen lung a echipamentelor de stocare a energiei.

 

Unitățile de stocare a energiei de dimensiuni mici-{-medii- utilizează adesea soluții de răcire cu aer-, disipând căldura prin conducte de aer, ventilatoare și structuri de schimb de căldură. Această abordare oferă o structură relativ simplă și o întreținere ușoară, ceea ce o face bine-potrivită pentru anumite aplicații comerciale și industriale de stocare a energiei. De exemplu, un dulap personalizat de stocare a energiei, răcit cu aer-de 215 kWh, permite proiectarea integrată a modulelor bateriei, conductelor de aer și a componentelor de distribuție a energiei, adaptate la capacitățile specifice ale proiectului și la constrângerile site-ului.

 

Pentru sistemele de stocare a energiei cu densitate ridicată-energie-și-putere mare, soluțiile de răcire cu lichid oferă avantaje în ceea ce privește uniformitatea temperaturii și eficiența managementului termic prin utilizarea lichidului de răcire pentru a elimina direct căldura generată de celulele bateriei și componentele de alimentare. Produse precum dulapurile integrate de stocare a energiei răcite cu lichid-pentru aplicații de energie eoliană sunt concepute în principal pentru scenarii de stocare a energiei eoliene, solare și la scară-noi.

 

Indiferent dacă este utilizată răcirea cu aer sau răcirea cu lichid, designul managementului termic trebuie luat în considerare împreună cu aspectul bateriei, conexiunile electrice și structura carcasei. Hotspot-urile localizate pot afecta performanța bateriei și pot accelera degradarea materialului; prin urmare, monitorizarea temperaturii, echilibrarea termică și mecanismele de avertizare a defecțiunilor trebuie să fie integrate în proiectarea generală a sistemului.

 

 

O altă tendință semnificativă în dezvoltarea sistemelor de încărcare-de stocare- solară este cuplarea laterală DC-. În sistemele tradiționale, energia fotovoltaică (PV) trebuie să treacă printr-un invertor pentru a se conecta la rețeaua de curent alternativ înainte de a fi supusă conversiei ulterioare a energiei prin echipamente de încărcare sau sisteme de stocare a energiei; acest proces implică adesea mai multe etape de conversie a puterii.

 

În schimb, arhitecturile cuplate DC-permit coordonarea energiei între generarea PV, stocarea energiei și încărcarea sarcinilor direct pe partea DC, eliminând astfel anumiți pași de conversie. Pentru aplicațiile de-încărcare DC de mare putere și stocare a energiei, această arhitectură ajută la scurtarea căilor de transmisie a energiei și îmbunătățește eficiența generală de gestionare a energiei a sistemului.

 

Dulapurile pentru sistemele de încărcare „Toate-în-One” PV-de stocare- prezintă de obicei un design integrat care combină intrări fotovoltaice, unități de stocare a energiei, conversie a energiei și funcții de gestionare a energiei, permițând echipamentului să distribuie în mod dinamic energie între diferite surse în funcție de-cerințele site-ului.

 

În același timp, conexiunile de putere dintre PV și părțile de stocare a energiei impun cerințe mai mari asupra componentelor precum barele colectoare, conectorii și materialele de izolație. În condiții de funcționare cu curent-înalt, factori precum suprafața de-secțiune transversală a conductorului, rezistența de contact, creșterea temperaturii și spațiul liber de izolație influențează direct stabilitatea operațională-pe termen lung a sistemului.

 

 

Pe măsură ce sistemele de stocare a energiei se extind de la camerele de echipamente interioare la locurile exterioare, adaptabilitatea la mediu a devenit o măsură critică în proiectarea produsului. Echipamentele de stocare a energiei în aer liber trebuie să reziste la-expunere pe termen lung la factori precum temperaturi ridicate și scăzute, umiditate, ploaie, praf, pulverizare de sare și radiații ultraviolete (UV).

 

Proiectarea structurală a dulapurilor de stocare a energiei exterioare necesită o abordare cuprinzătoare care echilibrează gradele de protecție la pătrundere, capacitățile de disipare a căldurii, siguranța electrică și cerințele de întreținere. Dulapul nu trebuie doar să protejeze bateria internă și componentele electrice, ci și să ofere spațiu adecvat pentru stingerea incendiilor, managementul termic și sistemele de întreținere.

 

Pentru proiectele asociate cu energia eoliană sau solară, echipamentele de stocare a energiei sunt adesea instalate în zone îndepărtate departe de infrastructura urbană, ceea ce face ca fiabilitatea echipamentelor și capabilitățile de operare și întreținere de la distanță (O&M) să fie deosebit de importante. Sistemele trebuie să utilizeze senzori, sisteme de management al bateriei (BMS) și sisteme de management al energiei (EMS) pentru a monitoriza continuu starea bateriei, temperatura, tensiunea, curentul și anomaliile de funcționare, în timp ce transmit date operaționale către o platformă centrală de monitorizare prin intermediul sistemelor de comunicație.

 

Această evoluție transformă echipamentele de stocare a energiei din simple „dulapuri pentru baterii” în noduri de energie inteligente capabile să detecteze, să controleze, să comunice și să gestioneze energia.

 

 

Pe măsură ce amploarea sistemelor de stocare a energiei crește, importanța strategiilor de control al sistemului continuă să crească. În timp ce sistemele tradiționale de stocare a energiei se încarcă și se descarcă în primul rând pe baza programelor fixe sau a nivelurilor de putere prestabilite, sistemele de gestionare a energiei de -generație următoare trebuie să ia în considerare simultan prognozele meteo, producția fotovoltaică (PV), profilurile de sarcină, fluctuațiile prețului energiei electrice și starea bateriei.

 

Când cererea de încărcare este scăzută și producția fotovoltaică este mare, sistemul poate acorda prioritate utilizării energiei solare în timp ce stochează surplusul; atunci când cererea de încărcare crește, sistemul de stocare poate furniza energie suplimentară pentru a reduce sarcina instantanee a rețelei; iar în perioadele de preț scăzut la energie electrică, sistemul se poate reîncărca pe baza strategiilor operaționale.

 

Această abordare dinamică de programare semnifică faptul că valoarea sistemelor de stocare a energiei a evoluat de la o simplă stocare a energiei electrice pentru a include gestionarea energiei și optimizarea energiei.

 

În același timp, arhitectura internă de interconectare a puterii a echipamentelor de stocare a energiei trebuie să se alinieze cu aceste moduri de operare dinamice. Ciclurile de-încărcare/descărcare cu frecvență înaltă și funcționarea cu curent-înalt cresc stresul ciclic termic asupra barelor colectoare, conectorilor și terminalelor; prin urmare, proiectarea structurală nu trebuie să îndeplinească doar cerințele curente nominale, ci și să ia în considerare-ciclul termic pe termen lung, vibrațiile mecanice și fiabilitatea conexiunii.

 

 

Proiectele de stocare a energiei variază semnificativ în funcție de scenariul de aplicare, clienții diferiți având cerințe distincte în ceea ce privește capacitatea, puterea, nivelurile de tensiune, spațiul de instalare și metodele de răcire. În consecință, designul modular devine o direcție crucială pentru dezvoltarea produselor în acest sector.

 

Sistemele de baterii modulare permit scalarea unităților de baterii în funcție de capacitatea proiectului; Sistemele modulare de conversie a puterii (PCS) pot fi configurate în funcție de cerințele de putere de sarcină; și modelele de cabinete modulare reduc complexitatea producției și instalării prin structuri standardizate.

 

Pentru sistemele de stocare a energiei-la scară largă, designul modular facilitează, de asemenea, transportul echipamentelor și întreținerea-la fața locului. Dacă un anumit modul de baterie sau o unitate electrică funcționează defectuos, întreținerea la nivel de modul-poate minimiza impactul asupra funcționării generale a sistemului.

 

Dintr-o perspectivă structurală, designul modular necesită o consistență ridicată a interfeței între dulapuri, bare colectoare, cablaje, conectori și componente de izolație. Interfețele standardizate reduc toleranțele de asamblare între module și simplifică procedurile operaționale în timpul întreținerii ulterioare.

 

 

Aplicarea sistemelor integrate de încărcare-de stocare-FV se extinde în prezent dincolo de stațiile de încărcare publice tradiționale într-o gamă mai largă de scenarii. În complexele comerciale, sistemele pot utiliza energia solară de pe acoperiș combinată cu stocarea energiei pentru a reduce sarcina rețelei în timpul orelor de vârf; în parcurile industriale, stocarea energiei poate echilibra cererea de vârf și{3}}pentru vârf în raport cu sarcinile de producție; și în parcurile logistice și în stațiile de încărcare-camioane grele-în cazul în care încărcarea cu putere mare-impune cerințe mari asupra capacității de distribuție-stocarea de energie servește drept tampon de alimentare.

 

În zonele îndepărtate sau regiunile cu acoperire insuficientă a rețelei, stocarea energiei poate fi combinată cu surse regenerabile, cum ar fi solar și eolian, pentru a forma sisteme energetice relativ independente. Dulapurile de stocare a energiei fotovoltaice sunt potrivite-pentru astfel de aplicații integrate, folosind unități de stocare pentru a uniformiza producția de energie solară și pentru a spori flexibilitatea utilizării energiei regenerabile.

 

Între timp, tehnologia de conectare la-înaltă tensiune în sistemele electrice ale vehiculelor cu energie nouă (NEV) evoluează. Pe măsură ce tensiunile platformei vehiculelor electrice cresc și puterea de încărcare crește, sistemele de distribuție a energiei de înaltă-tensiune necesită standarde mai înalte pentru bare colectoare, structuri de izolație, terminale și componente de conectare. În consecință, granițele tehnologice dintre stocarea energiei și NEV-uri se estompează, permițând aplicarea anumitor tehnologii de-conexiuni electrice de înaltă tensiune pe diferite tipuri de echipamente energetice.
 

 

 

Având în vedere evoluția recentă a produselor de încărcare cu-stocare- solară, concurența pe piață nu se mai limitează la valori precum capacitatea de stocare, puterea de încărcare sau specificațiile echipamentelor individuale; în schimb, accentul s-a mutat către capabilitățile de integrare a sistemelor, managementul energiei, fiabilitatea operațională și costurile totale ale ciclului de viață.

 

Produsele integrate reduc-cerințele de instalare pe site, dar măresc complexitatea proiectării sistemului intern; sistemele split oferă o flexibilitate mai mare, dar necesită un management al energiei mai sofisticat și o coordonare la nivel-sistemului. Prin urmare, nu există o singură abordare „cea mai bună”; alegerea depinde de factori precum amploarea proiectului, condițiile de distribuție a energiei, mediul amplasamentului și modurile de operare.

 

În viitor, sistemele de-stocare-încărcare solară se pot integra în continuare cu centralele electrice virtuale, cu mecanismele de răspuns-la cerere, microrețele și piețele de comercializare a energiei electrice. Această transformare va transforma unitățile de stocare a energiei din simple dispozitive de stocare în noduri de energie distribuite capabile să participe la reglementarea rețelei.

 

Concomitent, componentele interne ale dulapurilor de stocare a energiei-inclusiv distribuția de-înaltă tensiune, sistemele de bare colectoare, izolația, structurile de management termic și proiectele de protecție de siguranță-vor continua să fie supuse modernizărilor. Pentru unitățile de stocare a energiei de-capacitate mare, echilibrarea densității de putere, performanța termică, siguranța electrică, ușurința întreținerii și consecvența în fabricație în spațiul limitat al cabinetului va fi un obiectiv cheie al proiectării ingineriei structurale.

 

 

În general, industria de încărcare-de stocare-solară evoluează de la combinații simple de echipamente la sisteme integrate, de la operațiuni cu o singură-funcție la dispecerare inteligentă și de la aplicații legate-la rețea la operațiuni coordonate în-rețea și în afara-rețea. Sistemele de stocare a energiei joacă mai multe roluri-inclusiv alimentarea tampon, reglarea energiei și asigurarea siguranței sistemului-în timp ce dulapurile de stocare a energiei se transformă din simple carcase pentru baterii în unități complete care integrează sisteme electrice, management termic, protecție împotriva incendiilor, mecanisme de control și capacități de comunicare.

 

Viitoarele proiecte de încărcare-de stocare- solară vor necesita mai mult decât o concentrare pe capacitatea bateriei și puterea de încărcare; vor solicita proiectare colaborativă în mai multe dimensiuni-cum ar fi arhitectura sistemului, structura dulapului, conexiunile electrice, managementul termic, izolarea, strategiile de control și sistemele O&M-pentru a satisface cerințele din ce în ce-pentru densitatea puterii și fiabilitatea operațională în diverse scenarii de aplicații.

 

În ceea ce privește achizițiile de inginerie, selecția dedulapuri de stocare a energieiși componentele electrice interne ale acestora ar trebui să se bazeze pe o evaluare cuprinzătoare a nivelurilor de tensiune, curent nominal, capacitate, metode de răcire, condiții de mediu, structuri de instalare și cerințe de întreținere, cu prioritate verificării compatibilității interfeței dintre componentele cheie și întregul sistem.