Павышэнне эфектыўнасці за кошт аб'яднання BESS і сонечнай энергіі

Хуткі адказ

Спалучэнне акумулятараў энергіі (BESS) з лакальнай сонечнай энергіяй з'яўляецца найбольш эфектыўнай архітэктурай для сучаснай зараднай пляцоўкі для электрамабіляў, паколькі яна кампенсуе страты на кожным этапе энергетычнага ланцужка. Сонечныя панэлі пераўтвараюць сонечнае святло ў пастаянны ток з эфектыўнасцю модуля 20-24%; сістэма адсочвання кропкі максімальнай магутнасці (MPPT) кампенсуе тое, што ў адваротным выпадку было б страчана з-за зацянення і неадпаведнасці; а акумулятар аддзяляе выпрацоўку ад попыту на зарадку, таму кілават-гадзіны не экспартуюцца па аптовых цэнах і не скарачаюцца. Добра звязаная сістэма PV+BESS звычайна павялічвае каштоўнасць сонечнай вытворчасці на 30-50% у параўнанні толькі з PV, скарачае закупкі энергіі з сеткі на 40-70% і дазваляе працаваць сапраўды з нулявым узроўнем выкідаў у светлы час сутак. У гэтым кіраўніцтве тлумачыцца, як вызначыць памер, падключыць і эксплуатаваць сонечныя батарэі і акумулятары для максімальнай эфектыўнасці перадачы дадзеных.

Асноўныя высновы

• Пастаяннае злучэнне фотаэлектрычных сістэм і сістэм BESS дазваляе пазбегнуць страт пры падвойным пераўтварэнні, павышаючы эфектыўнасць сістэмы на 2–4 працэнтныя пункты.
• Акумулятар паглынае перавышэнне сонечнай энергіі і зрушвае яго ў час да пікавых значэнняў зарадкі, што ліквідуе абмежаванні і экспарт нізкай кошту.
• MPPT-модулі з шырокім дыяпазонам напружання кампенсуюць 5–10% выхадной магутнасці фотаэлектрычных батарэй, страчанай з-за частковага зацянення і неадпаведнасці панэляў.
• Правільны выбар памеру сонечнай батарэі для акумулятара дазваляе цыклічна ўключаць і выключаць назапашвальнік 1-1,5 разы на дзень, што абараняе тэрмін службы і эканомію.
• Цэнтры BESS, якія працуюць на сонечнай энергіі, могуць працаваць як астравы з нулявым узроўнем выкідаў, выцясняючы дызель-генератары ў аддаленых месцах і месцах з абмежаванай сеткай.

Чаму спалучэнне PV + BESS з'яўляецца найбольш эфектыўным

Попыт на сонечную энергію і зарадку электрамабіляў натуральным чынам не суадносіцца. Пік сонечнай актыўнасці дасягаецца апоўдні, але попыт на зарадку — раніцай і ў перыяд з канца дня да вечара. Перад аб'ектам, які працуе толькі з сонечнымі батарэямі, стаіць нялёгкі выбар: экспартаваць паўдзённыя лішкі па аптовых цэнах або цалкам скараціць іх. BESS пазбаўляе ад выбару — акумулятар паглынае лішкі і вызваляе іх менавіта тады, калі зарадныя прылады маюць у іх патрэбу.

Павышэнне эфектыўнасці мае тры кампаненты:

1. Прырост выкарыстання: кожная сонечная кілават-гадзіна спажываецца на месцы па рознічным або тарыфным кошце, а не экспартуецца па аптовым кошце або зніжаецца. Звычайна гэта прыносіць на 30-50% большы прыбытак за кожны выпрацаваны кВт-гадзіну. 2.Прырост канверсіі: у архітэктуры з падключэннем да пастаяннага току сонечны пастаянны ток паступае непасрэдна ў шыну пастаяннага току акумулятара або ў шыну пастаяннага току зараднай прылады, пазбягаючы цыкла пераменнага току. Выключэнне двух інвертарных пераўтварэнняў дазваляе аднавіць эфектыўнасць сістэмы на 2–4 працэнтныя пункты. 3.Павелічэнне попыту на сетку: аб'ект імпартуе менш энергіі з сеткі, а астатні імпарт больш раўнамерны, што зніжае як выдаткі на энергію, так і выдаткі на попыт.

Для аператара, які параўноўвае хаб PV+BESS з хутказараднай станцыяй, якая працуе толькі пад сеткай, прыведзены ў адпаведнасць кошт пастаўляемай энергіі ў звязанай сістэме часта на 20-35% ніжэйшы на працягу дзесяці гадоў.

Паток энергіі: ад панэлі да акумулятара і да аўтамабіля

Разуменне архітэктуры сувязі дазваляе зразумець, дзе эфектыўнасць выйграе, а дзе губляе. Існуюць дзве асноўныя тапалогіі:

Сувязь пераменнага току— Фотаэлектрычныя інвертары сілкуюць шыну пераменнага току; асобны акумулятарны інвертар зараджае акумулятар. Простая і модульная сістэма, але сонечная энергія пакутуе ад страт у фотаэлектрычным інвертары, а затым і ў інвертары батарэі: каэфіцыент паўторнага выкарыстання складае прыкладна 85–88%.

Сувязь пастаяннага току— Фотаэлектрычныя масівы падключаюцца да шыны пастаяннага току акумулятара праз MPPT-пераўтваральнік; адзін цэнтральны PCS ажыццяўляе абмен энергіяй з сеткай. Сонечная энергія паступае ў акумулятар з адным пераўтварэннем, і эфектыўнасць паўторнага пераходу павялічваецца прыкладна да 90–93%. Калі зарадныя прылады могуць атрымліваць пастаянны ток непасрэдна з агульнай шыны, яшчэ адно пераўтварэнне адпадае.

Канструкцыя з падключэннем пастаяннага току — гэта прычына, па якой інтэграваныя сонечныя прадукты BESS перамагаюць у камерцыйных разгортваннях. Розніца ў эфектыўнасці павялічваецца штодня: пры штодзённым зборы сонечнай энергіі магутнасцю 1 МВт·г страты пры пераўтварэнні складаюць 3–5 працэнтных пунктаў, што складае 30–50 кВт·г у дзень, што складае прыкладна 11–18 МВт·г у год аднаўляльнай энергіі.

Сучасная [сонечная зарадная станцыя BESS для электрамабіляў магутнасцю 200 кВт·г] (https://www.midapower.com/news/200kwh-solar-bess-ev-charging-station-for-zero-emission-sites/) ілюструе поўны ланцужок: фотаэлектрычны масіў → модуль MPPT → шына пастаяннага току акумулятара → хуткая зарадная прылада пастаяннага току → акумулятар аўтамабіля. Кожны этап распрацаваны для мінімальных страт, а сістэма кіравання электраэнергіяй каардынуе паток энергіі такім чынам, каб сонечная энергія заўсёды абслугоўвала нагрузку ў першую чаргу, лішкі зараджалі BESS, а імпарт энергіі ў сетку быў мінімізаваны.

Памер сонечных батарэй у залежнасці ад магутнасці BESS

Памылкі ў выбары памеру — занадта вялікія фотаэлектрычныя батарэі або занадта вялікія назапашвальнікі — ціха руйнуюць эканамічнасць звязаных сістэм. Кіруючым суадносінамі з'яўляецца штодзённая выпрацоўка сонечнай энергіі ў залежнасці ад прапускной здольнасці батарэі і попыту на яе аб'екце:

Тры правілы памеру забяспечваюць эфектыўнасць злучэння:

1. Памер фотаэлектрычных батарэй да 40–80% ад гадавога спажывання энергіі на аб'екце, а не 100%. Поўнае пакрыццё прымушае выкарыстоўваць занадта шмат батарэй і працяглы час прастою; частковае пакрыццё максімізуе каштоўнасць сонечнай энергіі на адзін усталяваны ват.Памер BESS складае адзін поўны цыкл у дзеньчаканага сонечнага лішку. Акумулятар, які штодня цыклічна зараджаецца і разраджаецца пры глыбіні разраду 80%, дасягае свайго поўнага тэрміну службы; акумулятары з нізкім памерам пераразраджаюцца, а акумулятары з вялікім памерам пагаршаюць свой тэрмін службы без выкарыстання. 3.Супастаўце дыяпазон уваходных дадзеных MPPT з рэальным аперацыйным акном масіва.Шырокадыяпазонны модуль MPPT рэкуперуе энергію ва ўмовах частковага зацянення, ранішняга туману і старэння панэляў, якую ліквідуе вузкадыяпазонны блок.

Павышэнне эфектыўнасці: MPPT, канверсія і страты ў рэжыме чакання

Эфектыўнасць дасягаецца ў дэталях, і ў звязаных сістэмах дамінуюць тры катэгорыі страт:

Страты MPPT.Частковае зацяненне адной ланцужка панэляў можа знізіць прадукцыйнасць усяго антэннага масіва на 10-20% без аптымізацыі для кожнай ланцужка. Высокапрадукцыйныя сілавыя модулі MPPT, такія як модулі MIDA магутнасцю 30-60 кВт, якія выкарыстоўваюцца ў сістэмах сонечнай зарадкі, незалежна адсочваюць кропку максімальнай магутнасці кожнай ланцужка, аднаўляе 5-10% гадавога выхаду ў рэальных умовах з зацяненнем або неадпаведнасцю модуляў.

Страты пры пераўтварэнні і ў рэжыме чакання.Кожны інвертар працуе найгорш пры нізкай нагрузцы. Сістэма BESS, якая трымае свой PCS у рэжыме халастым ходу з нагрузкай 2–5% на працягу ночы, марнуе кілават-гадзіны кругласутачна. Сучасныя сістэмы выкарыстоўваюць рэжымы звышнізкага чакання (

Тэрмаўпарадкаванне.Астуджэнне акумулятараў спажывае энергію; акумулятарныя блокі з вадкасным астуджэннем падтрымліваюць аптымальную тэмпературу элементаў, спажываючы значна менш энергіі, чым вентылятары з паветраным астуджэннем. У гарачых кліматычных умовах вадкаснае астуджэнне можа зэканоміць 3–5% энергіі акумулятарнай сістэмы ў параўнанні з прымусовым астуджэннем паветрам, падаўжаючы тэрмін службы элементаў.

У сукупнасці гэтыя меры павышаюць эфектыўнасць звязанай сістэмы з «намінальных 90%» да «эксплуатацыйнай эфектыўнасці 93–96%» — розніцу паміж [зараднай станцыяй BESS на сонечнай энергіі магутнасцю 2 МВт·г](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/], якая забяспечвае намінальную энергію, і станцыяй, якая ціха губляе энергію, роўную колькасці энергіі, неабходнай для аднаго сеансу выкарыстання, кожныя два тыдні.

Аб'екты з нулявым узроўнем выкідаў і выцясненне дызельных рухавікоў

Стратэгічнай выгадай такога спалучэння з'яўляецца аперацыйная незалежнасць. У аддаленых месцах, месцах з абмежаванай сеткай або месцах, дзе адбываюцца ліквідацыі наступстваў стыхійных бедстваў, сонечны цэнтр + BESS замяняе дызель-генератар — састарэлы адказ на праблему «тут няма сеткі».

Параўнанне рэзкае. Дызельны генератар на пункце абслугоўвання аўтамагістралі спальвае 3–4 літры ў гадзіну пры частковай нагрузцы, выкідвае 2,5–3 кг CO2 на літр і патрабуе лагістыкі паліва. Цэнтр сонечнай энергіі + BESS з фотаэлектрычнай энергіяй магутнасцю 150–400 кВт⁻¹ і акумулятарнай батарэяй магутнасцю 500 кВт⁻¹–2 МВт⁻¹ забяспечвае такую ​​ж паслугу зарадкі з нулявымі выкідамі на месцы, бясшумнай працай і гранічнымі выдаткамі, блізкімі да нуля, пасля ўстаноўкі.

Аперацыйныя хабы паведамляюць пра тры вымерныя вынікі:

• Эканомія паліва і лагістыкі складае ад 15 000 да 60 000 долараў у году параўнанні з эквівалентнай працай на дызельным паліве;
• Скарачэнне выкідаў вугляроду на 40–120 тон CO2 у годна кожную пляцоўку, што таксама дае права на ўдзел у праграмах вугляродных крэдытаў на некаторых рынках;
• Працоўны час вышэй за 95%для графікаў зарадкі ў перыяд пераважна дзённага святла, прычым сетка або рэзервовы генератар пакрываюць пікавыя нагрузкі глыбока ўвечары.

Архітэктура [кантэйнернай зараднай станцыі BESS магутнасцю 500 кВт·г](https://www.midapower.com/news/500kwh-containerized-bess-charging-station-for-grid-constrained-areas/) — кантэйнерная батарэя з інтэграванай сонечнай энергіяй — з'яўляецца стандартным будаўнічым блокам для такіх аб'ектаў, паколькі яна пастаўляецца як адзінае цэлае і ўводзіцца ў эксплуатацыю без будаўнічых работ.

Выснова

Сонечная энергія і назапашванне энергіі — гэта не дадатковыя паляпшэнні для зараднай пляцоўкі; гэта звязаная сістэма, агульная эфектыўнасць якой перавышае суму яе частак. Злучэнне пастаяннага току ліквідуе страты на пераўтварэнне, MPPT кампенсуе страты на зацяненне, а акумулятар пераўтварае паўдзённы сонечны лішак у прыбытак ад вячэрняй зарадкі. Пры правільным памеры — фотаэлектрычныя батарэі на 40–80% энергіі пляцоўкі, штодзённае ўключэнне і выключэнне BESS, шырокадыяпазонныя MPPT-модулі — сонечны цэнтр BESS скарачае выдаткі на электраэнергію на 40–70%, выцясняе дызельнае паліва ў аддаленых месцах і забяспечвае зарадку з нулявым узроўнем выкідаў там, дзе гэта найбольш важна. Для аператараў пытанне эфектыўнасці больш не ў тым, «ці працуе сонечная энергія з назапашваннем энергіі?», а ў тым, «якая архітэктура злучэння найлепш выкарыстоўвае кожную кілават-гадзіну?».

Часта задаваныя пытанні

1. У чым розніца паміж падключэннем пераменнага і пастаяннага току для сонечнай энергіі + BESS?Пры падключэнні пераменнага току фотаэлектрычныя элементы і акумулятары маюць свой уласны інвертар на шыне пераменнага току, што зніжае эфектыўнасць на 2–4 пункты. Пры падключэнні пастаяннага току сонечная энергія сілкуе шыну пастаяннага току акумулятара праз MPPT-пераўтваральнік, што дазваляе пазбегнуць падвойнага пераўтварэння і павышае эфектыўнасць да 90–93%.

2. Колькі сонечнай энергіі трэба падключыць да зараднай станцыі BESS?Памер фотаэлектрычных энергаблокаў павінен складаць 40–80% ад гадавога спажывання энергіі на аб'екце. Поўнае пакрыццё патрабуе павелічэння памеру акумулятараў; частковае пакрыццё максімізуе каштоўнасць сонечнай энергіі на адзін усталяваны ват, захоўваючы пры гэтым эфектыўную зарадку і разрадку акумулятара.

3. Колькі цыклаў у дзень павінна рабіць спараная BESS?Прыкладна адзін поўны цыкл разраду ў дзень пры глыбіні разраду 80%. Такая частата дазваляе дасягнуць намінальнага тэрміну службы акумулятара і падтрымлівае эканамічны стан; празмерная цыклічнасць пагаршае яго якасць, а недастатковая — марнаванне капіталу.

4. Ці можа ўстаноўка BESS на сонечнай энергіі працаваць цалкам аўтаномна?Так, пры дастатковай колькасці фотаэлектрычных батарэй, назапашванняў і дзённага попыту. Гібрыдныя пляцоўкі захоўваюць падключэнне да сеткі для ўстойлівасці і пікаў глыбокай вячэрняй нагрузкі; чыстыя астраўкі звычайна дадаюць рэзервовы генератар для экстрэмальных выпадкаў.

5. Наколькі важны MPPT у звязанай сістэме?На зацененых або неадпаведных антэнах незалежная MPPT для кожнай струны аднаўляе 5–10% гадавога выхаду фотаэлектрычных батарэй — энергіі, якая ў адваротным выпадку была б страчана. На чыстых, незацененых антэнах перавага памяншаецца, таму важныя абследаванні пляцоўкі.

6. Якой эфектыўнасці варта чакаць ад сучаснай сонечнай зараднай станцыі BESS?Эфектыўнасць працы ў рэжыме кругавога злучэння 93–96% дасягальная пры выкарыстанні сістэм пастаяннага току, акумулятарных блокаў з вадкасным астуджэннем і сістэм кіравання сістэмамі бяспекі з нізкім узроўнем чакання ў параўнанні з 85–88% для базавых стэкаў, звязаных з пераменным токам.

7. Ці зніжае падключэнне сонечных батарэй выдаткі на энергію на аб'екце?Так. Сонечная энергія зніжае імпарт энергіі ў сетку падчас пікавых перыядаў цэнаўтварэння, а BESS згладжвае рэшткі 15-хвіліннага піку, адначасова ўздзейнічаючы як на энергетычныя, так і на попытавыя кампаненты рахунку.