افزایش بهره‌وری از طریق اتصال BESS و انرژی خورشیدی

پاسخ سریع

ترکیب ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) با انرژی خورشیدی در محل، کارآمدترین معماری برای یک سایت شارژ خودروهای برقی مدرن است، زیرا در هر مرحله از زنجیره انرژی، تلفات را کاهش می‌دهد. پنل‌های خورشیدی نور خورشید را با راندمان ماژول 20 تا 24 درصد به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌کنند؛ یک سیستم ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) آنچه را که در غیر این صورت سایه و عدم تطابق هدر می‌داد، بازیابی می‌کند؛ و باتری، تولید را از تقاضای شارژ جدا می‌کند، بنابراین هیچ کیلووات ساعتی با قیمت عمده‌فروشی صادر نمی‌شود یا کاهش نمی‌یابد. یک سیستم PV+BESS که به خوبی با هم جفت شده باشد، معمولاً ارزش تولید خورشیدی را در مقایسه با PV تنها، 30 تا 50 درصد افزایش می‌دهد، خرید انرژی شبکه را 40 تا 70 درصد کاهش می‌دهد و امکان بهره‌برداری واقعاً بدون انتشار گازهای گلخانه‌ای را در طول ساعات روز فراهم می‌کند. این راهنما نحوه اندازه‌گیری، ترکیب و بهره‌برداری از انرژی خورشیدی و ذخیره‌سازی را برای حداکثر راندمان رفت و برگشت توضیح می‌دهد.

نکات کلیدی

• اتصال DC بین سیستم‌های فتوولتائیک و BESS از تلفات تبدیل مضاعف جلوگیری می‌کند و راندمان سیستم را ۲ تا ۴ درصد بهبود می‌بخشد.
• باتری، اضافه‌بار خورشیدی را جذب می‌کند و زمان آن را به پیک‌های شارژ منتقل می‌کند و از قطع برق و صادرات کم‌ارزش جلوگیری می‌کند.
• ماژول‌های MPPT با محدوده ولتاژ وسیع، 5 تا 10 درصد از خروجی فتوولتائیک را که به دلیل سایه جزئی و عدم تطابق پنل از دست می‌رود، بازیابی می‌کنند.
• انتخاب صحیح اندازه‌ی منبع تغذیه‌ی خورشیدی به باتری، چرخه‌ی ذخیره‌سازی را ۱ تا ۱.۵ بار در روز حفظ می‌کند و از عمر چرخه و صرفه‌جویی در هزینه‌ها جلوگیری می‌کند.
• هاب‌های BESS خورشیدی می‌توانند به عنوان جزایر بدون انتشار گازهای گلخانه‌ای عمل کنند و جایگزین ژنراتورهای دیزلی در مکان‌های دورافتاده و دارای محدودیت شبکه برق شوند.

چرا PV + BESS کارآمدترین جفت‌سازی است؟

تولید انرژی خورشیدی و تقاضای شارژ خودروهای برقی به طور طبیعی با هم هماهنگ نیستند. اوج تابش خورشید در ظهر است، اما اوج تقاضای شارژ در ساعات رفت و آمد صبحگاهی و از اواخر بعد از ظهر تا عصر است. یک سایت صرفاً فتوولتائیک با یک انتخاب ناخوشایند روبرو است: مازاد تولید ظهر را با نرخ عمده فروشی صادر کند یا آن را به طور کامل محدود کند. یک سیستم ذخیره انرژی تجدیدپذیر (BESS) این انتخاب را از بین می‌برد - باتری مازاد تولید را جذب می‌کند و دقیقاً زمانی که شارژرها به آن نیاز دارند، آن را آزاد می‌کند.

افزایش بهره‌وری سه جزء دارد:

1. سود استفادههر کیلووات ساعت خورشیدی به جای اینکه به ارزش عمده فروشی صادر شود یا از بازار حذف شود، در محل با قیمت خرده فروشی یا تعرفه مصرف می‌شود. این امر معمولاً 30 تا 50 درصد درآمد بیشتر به ازای هر کیلووات ساعت تولید شده دارد. 2.سود تبدیلدر یک معماری کوپل شده با جریان مستقیم، جریان مستقیم خورشیدی مستقیماً به باس جریان مستقیم باتری یا باس جریان مستقیم شارژر جریان می‌یابد و از رفت و برگشت جریان متناوب جلوگیری می‌کند. حذف دو تبدیل اینورتر، ۲ تا ۴ درصد از راندمان سیستم را بازیابی می‌کند. ۳.افزایش تقاضای شبکه: این سایت برق کمتری از شبکه وارد می‌کند و واردات باقی‌مانده آن نیز کمتر است که باعث کاهش هزینه‌های انرژی و هزینه‌های تقاضا می‌شود.

برای اپراتوری که یک هاب PV+BESS را با یک سایت شارژ سریع متصل به شبکه مقایسه می‌کند، هزینه تراز شده انرژی تحویلی سیستم جفت‌شده اغلب در یک افق ده ساله 20 تا 35 درصد کمتر است.

جریان انرژی: از پنل به باتری و سپس به خودرو

درک معماری کوپلینگ، مشخص می‌کند که در کجا کارایی افزایش یا کاهش می‌یابد. دو توپولوژی اصلی وجود دارد:

کوپلینگ AC— اینورترهای PV، باس AC را تغذیه می‌کنند؛ یک اینورتر باتری جداگانه، باتری را شارژ می‌کند. ساده و مدولار است، اما انرژی خورشیدی ابتدا تلفات اینورتر PV و سپس تلفات اینورتر باتری را متحمل می‌شود: راندمان رفت و برگشت تقریباً ۸۵ تا ۸۸ درصد.

کوپلینگ DC— آرایه‌های PV از طریق یک مبدل MPPT به باس DC باتری متصل می‌شوند؛ یک PCS مرکزی تبادل شبکه را انجام می‌دهد. انرژی خورشیدی با یک تبدیل واحد وارد باتری می‌شود و راندمان رفت و برگشت تقریباً به ۹۰ تا ۹۳ درصد بهبود می‌یابد. وقتی شارژرها می‌توانند مستقیماً از باس مشترک DC بگیرند، تبدیل دیگری حذف می‌شود.

طراحی کوپل شده با جریان مستقیم دلیل موفقیت محصولات یکپارچه BESS خورشیدی در استقرارهای تجاری است. تفاوت راندمان روزانه افزایش می‌یابد: در یک برداشت خورشیدی روزانه ۱ مگاوات ساعت، ۳ تا ۵ درصد از اتلاف تبدیل صرفه‌جویی شده برابر با ۳۰ تا ۵۰ کیلووات ساعت در روز است - تقریباً ۱۱ تا ۱۸ مگاوات ساعت در سال انرژی قابل بازیابی.

یک [ایستگاه شارژ خورشیدی BESS خودروهای برقی ۲۰۰ کیلووات ساعتی] مدرن (https://www.midapower.com/news/200kwh-solar-bess-ev-charging-station-for-zero-emission-sites/) زنجیره کامل را نشان می‌دهد: آرایه PV → ماژول MPPT → باس DC باتری → شارژر سریع DC → باتری خودرو. هر مرحله برای حداقل تلفات مهندسی شده است و EMS جریان را طوری هماهنگ می‌کند که انرژی خورشیدی همیشه ابتدا بار را تغذیه کند، BESS را شارژ اضافی کند و واردات از شبکه به حداقل برسد.

تعیین اندازه آرایه‌های خورشیدی بر اساس ظرفیت BESS

خطاهای اندازه‌گیری - فتوولتائیک بزرگ یا ذخیره‌سازی بزرگ - بی‌سروصدا اقتصاد سیستم‌های جفت‌شده را نابود می‌کنند. نسبت حاکم، بازده روزانه انرژی خورشیدی نسبت به توان عملیاتی باتری و تقاضای سایت است:

سه قانون اندازه گیری، کوپلینگ را کارآمد نگه می دارد:

1. اندازه PV تا ۴۰ تا ۸۰ درصد از انرژی سالانه سایت، نه ۱۰۰٪. پوشش کامل باعث افزایش اندازه باتری و دوره‌های بیکاری طولانی می‌شود؛ پوشش جزئی، ارزش خورشیدی را به ازای هر وات نصب شده به حداکثر می‌رساند. ۲.اندازه BESS را به یک چرخه کامل در روز تغییر دهیدمازاد خورشیدی مورد انتظار. باتری که روزانه یک بار با عمق دشارژ ۸۰٪ شارژ شود، به مشخصات کامل چرخه عمر خود دست می‌یابد؛ باتری‌های کوچک‌تر با شارژ بیش از حد و باتری‌های بزرگ بدون استفاده، عمر تقویمی خود را کاهش می‌دهند. ۳.محدوده ورودی MPPT را با پنجره عملیاتی واقعی آرایه مطابقت دهید.یک ماژول MPPT با ولتاژ گسترده، انرژی را در شرایط سایه جزئی، مه صبحگاهی و فرسودگی پنل که یک واحد با برد محدود آن را از بین می‌برد، بازیابی می‌کند.

افزایش بهره‌وری: MPPT، تبدیل و تلفات آماده به کار

کارایی در جزئیات به دست می‌آید و سه دسته از تلفات بر سیستم‌های جفت‌شده غالب هستند:

تلفات MPPT.سایه جزئی یک رشته پنل می‌تواند خروجی کل آرایه را بدون بهینه‌سازی هر رشته، 10 تا 20 درصد کاهش دهد. ماژول‌های قدرت MPPT با کارایی بالا - مانند ماژول‌های MPPT 30 تا 60 کیلوواتی MIDA که در سیستم‌های شارژ خورشیدی استفاده می‌شوند - حداکثر نقطه توان هر رشته را به طور مستقل ردیابی می‌کنند و 5 تا 10 درصد از بازده سالانه را در سایت‌های دنیای واقعی با سایه یا عدم تطابق ماژول بازیابی می‌کنند.

زیان‌های تبدیل و آماده به کار.هر اینورتری در بار کم بدترین عملکرد را دارد. یک سایت BESS که PCS خود را در طول شب با بار ۲ تا ۵ درصد در حالت آماده به کار نگه می‌دارد، کیلووات ساعت را در طول شبانه‌روز هدر می‌دهد. سیستم‌های مدرن از حالت‌های آماده به کار فوق‌العاده کم (

مدیریت حرارتی.خنک‌سازی باتری انرژی مصرف می‌کند؛ باتری‌های خنک‌شده با مایع، دمای بهینه سلول را با کسری از توان مصرفی فن در طرح‌های خنک‌شده با هوا حفظ می‌کنند. در مکان‌های با آب و هوای گرم، خنک‌سازی با مایع می‌تواند ۳ تا ۵ درصد از انرژی سیستم باتری را در مقایسه با خنک‌سازی با هوای فشرده صرفه‌جویی کند و در عین حال عمر سلول را افزایش دهد.

روی هم رفته، این اقدامات، یک سیستم جفت‌شده را از «راندمان اسمی ۹۰٪» به «راندمان عملیاتی ۹۳ تا ۹۶٪» ارتقا می‌دهد - تفاوت بین یک [ایستگاه شارژ BESS با انرژی خورشیدی ۲ مگاوات ساعت](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/) که انرژی نامی خود را ارائه می‌دهد و یک [ایستگاه] که هر دو هفته یکبار به آرامی به اندازه یک جلسه انرژی از دست می‌دهد.

سایت‌های بدون آلایندگی و جایگزینی دیزل

نتیجه استراتژیک این اتصال، استقلال عملیاتی است. در مکان‌های دورافتاده، محدود به شبکه برق یا در معرض بلایای طبیعی، یک هاب خورشیدی+BESS جایگزین ژنراتور دیزلی می‌شود - پاسخ قدیمی به «اینجا شبکه برق وجود ندارد».

این مقایسه کاملاً واضح است. یک ژنراتور دیزلی در یک نقطه سرویس بزرگراهی در حالت بار جزئی ۳ تا ۴ لیتر در ساعت می‌سوزاند، ۲.۵ تا ۳ کیلوگرم CO2 در هر لیتر منتشر می‌کند و به تدارکات سوخت نیاز دارد. یک هاب خورشیدی+BESS با ۱۵۰ تا ۴۰۰ کیلووات ساعت انرژی فتوولتائیک و ۵۰۰ کیلووات ساعت تا ۲ مگاوات ساعت ذخیره‌سازی، همان خدمات شارژ را با صفر انتشار در محل، عملکرد بی‌صدا و هزینه نهایی نزدیک به صفر پس از نصب ارائه می‌دهد.

مراکز عملیاتی سه نتیجه قابل اندازه‌گیری را گزارش می‌دهند:

• صرفه‌جویی در سوخت و لجستیک به میزان ۱۵۰۰۰ تا ۶۰۰۰۰ دلار در سالدر مقابل عملکرد معادل دیزل؛
• کاهش کربن ۴۰ تا ۱۲۰ تن CO2 در سالدر هر سایت، که در برخی بازارها واجد شرایط برنامه‌های اعتبار کربن نیز هست؛
• آپتایم بالای ۹۵٪برای برنامه‌های شارژ تحت سلطه نور روز، با شبکه یا یک ژنراتور پشتیبان که اوج مصرف در اواخر عصر را پوشش می‌دهد.

معماری [ایستگاه شارژ BESS کانتینری ۵۰۰ کیلووات ساعتی](https://www.midapower.com/news/500kwh-containerized-bess-charging-station-for-grid-constrained-areas/) - یک باتری کانتینری با ورودی خورشیدی یکپارچه - واحد ساختمانی استاندارد برای چنین سایت‌هایی است، زیرا به صورت یک واحد ارسال می‌شود و بدون کارهای عمرانی راه‌اندازی می‌شود.

نتیجه‌گیری

انرژی خورشیدی و ذخیره‌سازی، بهبودهای افزایشی برای یک سایت شارژ نیستند؛ آن‌ها یک سیستم جفت‌شده هستند که بازده ترکیبی آن‌ها از مجموع اجزای آن بیشتر است. کوپلینگ DC تلفات تبدیل را حذف می‌کند، MPPT تلفات سایه را بازیابی می‌کند و باتری، مازاد انرژی خورشیدی ظهر را به درآمد شارژ عصر تبدیل می‌کند. اگر به درستی اندازه‌گیری شود - PV با ۴۰ تا ۸۰ درصد انرژی سایت، چرخه BESS یک بار در روز، ماژول‌های MPPT با برد گسترده - یک هاب BESS خورشیدی، خرید شبکه را ۴۰ تا ۷۰ درصد کاهش می‌دهد، جایگزین دیزل در مکان‌های دورافتاده می‌شود و شارژ بدون انتشار را در جایی که بیشترین اهمیت را دارد، ارائه می‌دهد. برای اپراتورها، سوال بهره‌وری دیگر این نیست که "آیا انرژی خورشیدی با ذخیره‌سازی کار می‌کند؟"، بلکه این است که "کدام معماری کوپلینگ بیشترین بهره را از هر کیلووات ساعت می‌برد؟"

سوالات متداول

۱. تفاوت بین کوپلینگ AC و DC برای سیستم خورشیدی + BESS چیست؟در کوپلینگ AC، سیستم فتوولتائیک و باتری هر کدام اینورتر مخصوص به خود را در باس AC دارند که باعث کاهش ۲ تا ۴ واحدی راندمان رفت و برگشت می‌شود. در کوپلینگ DC، سیستم خورشیدی باس DC باتری را از طریق یک مبدل MPPT تغذیه می‌کند و از تبدیل دوگانه جلوگیری کرده و راندمان را به ۹۰ تا ۹۳ درصد بهبود می‌بخشد.

۲. چه مقدار انرژی خورشیدی باید با یک سایت شارژ BESS جفت شود؟پوشش کامل، مصرف انرژی خورشیدی را به ۴۰ تا ۸۰ درصد از مصرف انرژی سالانه سایت می‌رساند. پوشش کامل، استفاده از باتری‌های گران‌قیمت با اندازه بزرگ را اجتناب‌ناپذیر می‌کند؛ پوشش جزئی، ارزش انرژی خورشیدی به ازای هر وات نصب‌شده را به حداکثر می‌رساند و در عین حال چرخه باتری را به طور مؤثر حفظ می‌کند.

۳. یک BESS جفت‌شده باید چند چرخه در روز را هدف قرار دهد؟حدود یک چرخه کامل در روز با عمق دشارژ ۸۰٪. این نرخ، عمر چرخه‌ای نامی باتری را تأمین می‌کند و اقتصاد را سالم نگه می‌دارد؛ چرخه بیش از حد، باتری را تخریب می‌کند و چرخه کم، سرمایه را هدر می‌دهد.

۴. آیا یک سایت BESS با انرژی خورشیدی می‌تواند کاملاً مستقل از شبکه برق عمل کند؟بله، با فتوولتائیک کافی، ذخیره‌سازی و تقاضای وزنی روزانه. سایت‌های ترکیبی برای انعطاف‌پذیری و اوج مصرف در شب، اتصال شبکه را حفظ می‌کنند؛ جزایر خالص معمولاً برای موارد شدید یک ژنراتور پشتیبان اضافه می‌کنند.

۵. MPPT واقعاً در یک سیستم کوپل شده چقدر اهمیت دارد؟در آرایه‌های سایه‌دار یا ناهماهنگ، MPPT مستقل به ازای هر رشته، ۵ تا ۱۰ درصد از بازده سالانه PV - انرژی‌ای که در غیر این صورت از دست می‌رفت - را بازیابی می‌کند. در آرایه‌های تمیز و بدون سایه، این مزیت کاهش می‌یابد، به همین دلیل بررسی‌های سایت اهمیت دارد.

۶. از یک ایستگاه شارژ مدرن BESS خورشیدی چه میزان بازدهی باید انتظار داشته باشم؟راندمان رفت و برگشت عملیاتی ۹۳ تا ۹۶ درصد با کوپلینگ DC، باتری‌های خنک‌شده با مایع و PCS با حالت آماده‌به‌کار پایین قابل دستیابی است - در مقابل ۸۵ تا ۸۸ درصد برای استک‌های کوپلینگ AC پایه.

۷. آیا کوپلینگ خورشیدی هزینه‌های دیماند سایت را کاهش می‌دهد؟بله. تولید انرژی خورشیدی، واردات برق از شبکه را در طول بازه‌های زمانی اوج مصرف کاهش می‌دهد و BESS پیک ۱۵ دقیقه‌ای باقیمانده را مسطح می‌کند - که همزمان به هر دو مؤلفه انرژی و تقاضا در صورتحساب حمله می‌کند.