Повишаване на ефективността чрез свързване на BESS и слънчева енергия

Бърз отговор

Комбинирането на съхранение на енергия от батерии (BESS) със слънчева енергия на място е най-ефективната архитектура за модерна зарядна станция за електрически превозни средства, защото тя неутрализира загубите на всеки етап от енергийната верига. Слънчевите панели преобразуват слънчевата светлина в постоянен ток с ефективност на модула от 20–24%; системата за проследяване на точката на максимална мощност (MPPT) възстановява това, което иначе биха се загубили поради засенчване и несъответствие; а батерията отделя производството от търсенето на зареждане, така че никакви киловатчасове не се изнасят на едро или не се ограничават. Добре свързаната PV+BESS система обикновено повишава стойността на производството на слънчева енергия с 30–50% в сравнение само с фотоволтаици, намалява покупките на енергия от мрежата с 40–70% и позволява наистина работа с нулеви емисии през дневните часове. Това ръководство обяснява как да се оразмерят, свържат и управляват слънчевата енергия и съхранението за максимална ефективност при двупосочно захранване.

Ключови изводи

• DC свързването на PV и BESS избягва загубите от двойно преобразуване, подобрявайки ефективността на системата с 2–4 процентни пункта.
• Батерията абсорбира превишаването на слънчевата енергия и я измества във времето към пикове на зареждане, елиминирайки ограничаването и износа на ниска стойност.
• MPPT модулите с широк диапазон на напрежение възстановяват 5–10% от фотоволтаичната мощност, загубена поради частично засенчване и несъответствие на панелите.
• Правилното оразмеряване на слънчевата енергия към батерията позволява на системата да се включва и изключва 1–1,5 пъти на ден, като по този начин се запазва жизненият ѝ цикъл и се намаляват разходите.
• Захранваните със слънчева енергия BESS хъбове могат да работят като острови с нулеви емисии, измествайки дизеловите генератори в отдалечени и ограничени от мрежата места.

Защо PV + BESS е най-ефективната комбинация

Генерирането на слънчева енергия и търсенето на зареждане на електрически превозни средства естествено са несъответстващи. Слънцето достига пик по обяд, но търсенето на зареждане е най-високо в сутрешното пътуване до работа и в периода от късния следобед до вечерта. Обект, работещ само с фотоволтаични системи, е изправен пред неудобен избор: да изнася обедния излишък на едро или да го ограничи напълно. BESS (Better Energy Source Equipment - BESS) премахва избора - батерията абсорбира излишъка и го освобождава точно когато зарядните устройства се нуждаят от него.

Повишаването на ефективността има три компонента:

1. Печалба от използването: всеки слънчев киловатчас се консумира на място на дребно или тарифна стойност, вместо да се изнася на едро или да се отпуска по намалена цена. Това обикновено носи 30–50% повече приходи на генериран kWh. 2.Печалба от конверсия: в DC-свързана архитектура, слънчевият DC се подава директно в DC шината на батерията или DC шината на зарядното устройство, избягвайки AC двупосочно пътуване. Елиминирането на две инверторни преобразувания възстановява 2–4 процентни пункта от системната ефективност. 3.Увеличение на търсенето в мрежата: обектът внася по-малко от мрежата, а останалият му внос е по-равномерен, което намалява както цените на енергията, така и цените на потреблението.

За оператор, сравняващ PV+BESS хъб с бързозарядна станция, свързана само с мрежата, изравнената цена на доставената енергия на свързаната система често е с 20–35% по-ниска за десетгодишен хоризонт.

Потокът на енергия: от панела към батерията и към превозното средство

Разбирането на архитектурата на свързване изяснява къде се печели или губи ефективността. Съществуват две основни топологии:

AC свързване— Фотоволтаичните инвертори захранват променливотоковата шина; отделен инвертор за батерии зарежда батерията. Просто и модулно, но слънчевата енергия страда от загуби във фотоволтаичния инвертор, а след това и в инвертора на батерията: ефективност при пълно превключване от приблизително 85–88%.

DC свързване— Фотоволтаичните панели се свързват към DC шината на батерията чрез MPPT конвертор; една централна PCS обработва мрежовия обмен. Слънчевата енергия постъпва в батерията с еднократно преобразуване и ефективността при двупосочно преминаване се подобрява до приблизително 90–93%. Когато зарядните устройства могат да черпят DC директно от споделената шина, друго преобразуване се елиминира.

Дизайнът с постоянен ток е причината, поради която интегрираните соларни продукти BESS печелят търговски приложения. Разликата в ефективността се увеличава ежедневно: при 1 MWh дневна слънчева енергия, 3–5 процентни пункта спестени загуби от преобразуване са 30–50 kWh на ден – приблизително 11–18 MWh годишно възстановима енергия.

Модерна [200 kWh соларна зарядна станция за електрически превозни средства BESS] (https://www.midapower.com/news/200kwh-solar-bess-ev-charging-station-for-zero-emission-sites/) илюстрира цялата верига: фотоволтаичен панел → MPPT модул → DC шина на батерията → DC бързо зарядно устройство → акумулатор на превозното средство. Всеки етап е проектиран за минимални загуби, а EMS координира потока, така че слънчевата енергия винаги да обслужва товара първо, излишъкът да зарежда BESS, а вносът от мрежата да е сведен до минимум.

Оразмеряване на слънчеви панели спрямо капацитета на BESS

Грешките при оразмеряването – прекалено големи фотоволтаични системи или прекалено големи системи за съхранение – тихомълком разрушават икономическата ефективност на свързаните системи. Управляващото съотношение е дневният добив на слънчева енергия спрямо пропускателната способност на батерията и търсенето на обекта:

Три правила за оразмеряване осигуряват ефективност на свързването:

1. Оразмерете фотоволтаичните системи до 40–80% от годишната енергия на обекта, не 100%. Пълното покритие налага оразмеряване на батериите и дълги периоди на престой; частичното покритие увеличава максимално слънчевата стойност на инсталиран ват. 2.Оразмерете BESS на един пълен цикъл на денна очаквания слънчев излишък. Батерия, зареждана веднъж дневно при 80% дълбочина на разреждане, достига пълния си цикличен живот; батериите с малък размер се зареждат прекалено много, а тези с голям размер намаляват календарния си живот, без да се използват. 3.Съпоставете входния диапазон на MPPT с реалния работен прозорец на масива.MPPT модул с широко напрежение възстановява енергия при частично засенчване, сутрешна мъгла и стареене на панела, която модул с тесен обхват премахва.

Повишаване на ефективността: MPPT, преобразуване и загуби в режим на готовност

Ефективността се постига в детайлите, а три категории загуби доминират в свързаните системи:

MPPT загуби.Частичното засенчване на един панелен низ може да намали мощността на целия масив с 10–20% без оптимизация за всеки низ. Високопроизводителните MPPT захранващи модули – като MPPT модулите на MIDA с мощност 30–60 kW, използвани в системи за слънчево зареждане – проследяват точката на максимална мощност на всеки низ независимо, възстановявайки 5–10% от годишния добив в реални обекти със засенчване или несъответствие на модулите.

Загуби в режим на преобразуване и готовност.Всеки инвертор работи най-зле при ниско натоварване. BESS обект, който държи своя PCS на празен ход с 2–5% натоварване през нощта, хаби киловатчасове денонощно. Съвременните системи използват режими на ултра-ниска готовност (

Термично управление.Охлаждането на батериите консумира енергия; батерийните пакети с течно охлаждане поддържат оптимална температура на клетките с много по-малка консумация на енергия от вентилатора в сравнение с моделите с въздушно охлаждане. В места с горещ климат, течното охлаждане може да спести 3–5% от енергията на батерийната система в сравнение с принудителното охлаждане с въздух, като същевременно удължава живота на клетките.

Взети заедно, тези мерки повишават ефективността на свързана система от „номинални 90%“ до „оперативни 93–96% ефективност“ – разликата между [2 MWh зарядна станция BESS, захранвана от слънчева енергия](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/), която доставя номиналната си енергия, и такава, която тихо губи енергия, равна на една сесия, на всеки две седмици.

Обекти с нулеви емисии и изместване на дизелови двигатели

Стратегическото предимство на свързването е оперативната независимост. В отдалечени, ограничени от мрежата или места, подлежащи на реагиране при бедствия, соларен + BESS хъб замества дизеловия генератор – традиционното решение на ситуацията „няма мрежа тук“.

Сравнението е рязко. Дизелов генератор на пункт за обслужване на магистрала изгаря 3–4 литра на час при частично натоварване, отделя 2,5–3 кг CO2 на литър и изисква логистика на горивото. Соларен+BESS хъб със 150–400 kWp фотоволтаична енергия и 500 kWh–2 MWh съхранение предоставя същата услуга за зареждане с нулеви емисии на място, безшумна работа и пределни разходи близо до нулата след инсталиране.

Оперативните хъбове отчитат три измерими резултата:

• Спестявания на гориво и логистика от $15 000 до $60 000 годишнов сравнение с еквивалентна работа на дизелов двигател;
• Намаляване на въглеродните емисии с 40–120 тона CO2 годишнона обект, което също отговаря на условията за програми за въглеродни кредити на някои пазари;
• Време на работа над 95%за графици за зареждане, доминирани от дневна светлина, като мрежата или резервен генератор покриват пиковите натоварвания в дълбоките вечерни часове.

Архитектурата на [контейнеризирана зарядна станция BESS с капацитет 500 kWh](https://www.midapower.com/news/500kwh-containerized-bess-charging-station-for-grid-constrained-areas/) – контейнеризирана батерия с интегриран соларен вход – е стандартният градивен елемент за такива обекти, тъй като се доставя като едно цяло и се пуска в експлоатация без строителни работи.

Заключение

Слънчевата енергия и съхранението на енергия не са адитивни подобрения на зарядната станция; те са свързана система, чиято комбинирана ефективност надвишава сбора на частите ѝ. DC свързването премахва загубите от преобразуване, MPPT възстановява загубите от засенчване, а батерията преобразува обедния слънчев излишък в приходи от вечерно зареждане. С правилния размер – фотоволтаични системи на 40–80% от енергията на обекта, BESS циклично включване и изключване веднъж дневно, MPPT модули с широк обхват – захранван от слънчева енергия BESS хъб намалява потреблението на енергия от мрежата с 40–70%, измества дизеловия дизел в отдалечени места и осигурява зареждане с нулеви емисии там, където е най-важно. За операторите въпросът за ефективността вече не е „работи ли слънчевата енергия със съхранение?“, а „коя архитектура на свързване улавя най-много от всеки киловатчас?“.

ЧЗВ

1. Каква е разликата между AC и DC свързване за слънчева енергия + BESS?При променливотоково свързване, фотоволтаичните системи и батерията имат собствен инвертор на променливотоковата шина, което води до загуба на 2–4 точки от ефективността при двупосочно преобразуване. При постояннотоково свързване, слънчевата енергия захранва постояннотокова шина на батерията чрез MPPT конвертор, като по този начин се избягва двойното преобразуване и се подобрява ефективността до 90–93%.

2. Колко слънчева енергия трябва да свържа със зарядна станция BESS?Оразмерете фотоволтаичните системи до 40–80% от годишното потребление на енергия на обекта. Пълното покритие налага скъпо оразмеряване на батериите; частичното покритие увеличава максимално слънчевата стойност на инсталиран ват, като същевременно поддържа ефикасното циклиране на батерията.

3. Колко цикъла на ден трябва да се цели свързаната BESS система?Около един пълен цикъл на ден при 80% дълбочина на разреждане. Тази честота достига номиналния живот на батерията и поддържа икономически изгодна; прекомерното циклиране влошава нейната ѝ стойност, а недостатъчното циклиране води до прахосване на капитал.

4. Може ли BESS обект, захранван със слънчева енергия, да работи напълно автономно от мрежата?Да, с достатъчно фотоволтаични системи, съхранение и дневно претеглено търсене. Хибридните обекти запазват мрежовата връзка за устойчивост и дълбоки вечерни пикове; чистите острови обикновено добавят резервен генератор за екстремни случаи.

5. Какво значение има MPPT в свързана система?При засенчени или несъответстващи панели, независимата MPPT система за всеки низ възстановява 5–10% от годишния добив на фотоволтаични системи – енергия, която иначе би била загубена. При чисти, незасенчени панели ползата се свива, поради което проучванията на място са важни.

6. Каква ефективност да очаквам от модерна зарядна станция със слънчева енергия BESS?Оперативна ефективност при двупосочно свързване от 93–96% е постижима с DC свързване, батерийни пакети с течно охлаждане и PCS с нисък режим на готовност – в сравнение с 85–88% за основни AC-свързани пакети.

7. Намалява ли соларното свързване таксите за потребление на обекта?Да. Производството на слънчева енергия намалява вноса в мрежата по време на пиковите ценови периоди, а BESS изравнява остатъчния 15-минутен пик – атакувайки едновременно както енергийните, така и търсенето компоненти на сметката.