שיפור היעילות באמצעות BESS וצימוד אנרגיה סולארית

תשובה מהירה

שילוב אחסון אנרגיה בסוללה (BESS) עם אנרגיה סולארית באתר הוא הארכיטקטורה היעילה ביותר עבור אתר טעינה מודרני לרכבים חשמליים, משום שהוא תוקף הפסדים בכל שלב בשרשרת האנרגיה. פאנלים סולאריים ממירים אור שמש לזרם ישר ביעילות מודול של 20-24%; מערכת מעקב אחר נקודות הספק מקסימליות (MPPT) משחזרת את מה שהצללה וחוסר התאמה היו מבזבזים אחרת; והסוללה מנתקת את הייצור מביקוש הטעינה כך שלא מיוצא קילוואט-שעה במחירים סיטונאיים או מצטמצם. מערכת PV+BESS מצומדת היטב בדרך כלל מעלה את ערך הייצור הסולארי ב-30-50% לעומת PV בלבד, מצמצמת את רכישות האנרגיה מהרשת ב-40-70% ומאפשרת פעולה ללא פליטות אמיתיות בשעות היום. מדריך זה מסביר כיצד לגודל, לחבר ולהפעיל את הסולארי והאגירה ליעילות מקסימלית הלוך ושוב.

נקודות מפתח

• צימוד DC של PV ו-BESS מונע הפסדי המרה כפולים, ומשפר את יעילות המערכת ב-2-4 נקודות אחוז.
• הסוללה סופגת את הספקטרום הסולארי ומזיזה אותה בזמן לשיאי טעינה, ובכך מבטלת קיצוץ וייצוא בעל ערך נמוך.
• מודולי MPPT עם טווחי מתח רחבים מחזירים 5-10% מהתפוקה הפוטו-וולטאית שאבדה עקב הצללה חלקית וחוסר התאמה בפאנל.
• גודל נכון של חיבור סולארי לסוללה שומר על מחזורי אחסון של 1-1.5 פעמים ביום, מה שמגן על חיי המחזור ועל החיסכון הכלכלי.
• מרכזי BESS המופעלים על ידי אנרגיה סולארית יכולים לפעול כאיי אפס פליטות, תוך דחיקתם של גנרטורים דיזל באתרים מרוחקים ומוגבלי רשת החשמל.

מדוע PV + BESS הוא הצימוד היעיל ביותר

ייצור סולארי וביקוש לטעינת רכבים חשמליים אינם מתואמים באופן טבעי. השמש מגיעה לשיאה בצהריים, אך ביקוש הטעינה מגיע לשיא בנסיעות הבוקר ובחלון שעות אחר הצהריים המאוחרות עד הערב. אתר המופעל על ידי סוללות פוטו-וולטאיות בלבד ניצב בפני בחירה אומללה: לייצא עודפי אנרגיה בצהריים במחירים סיטונאיים, או לצמצם אותם לחלוטין. BESS מבטל את הברירה - הסוללה סופגת את העודפים ומשחררת אותם בדיוק כאשר המטענים זקוקים להם.

לשיפור היעילות שלושה מרכיבים:

1. רווח ניצולכל קילוואט-שעה סולארית נצרכת באתר במחיר קמעונאי או במחיר מכס במקום להיות מיוצאת במחיר סיטונאי או מקוצצת. סכום זה בדרך כלל שווה 30-50% יותר הכנסות לכל קוט"ש שנוצר. 2.רווח המרהבארכיטקטורה מצומדת DC, זרם ישר סולארי זורם ישירות לאפיק DC של הסוללה או לאפיק DC של המטען, ובכך נמנע ממעבר הלוך ושוב של זרם חילופין. ביטול שתי המרות ממיר מחזיר 2-4 נקודות אחוז ביעילות המערכת. 3.עלייה בביקוש לרשתהאתר מייבא פחות חשמל מהרשת, והיבוא הנותר שלו שטוח יותר, מה שמפחית הן את חיובי האנרגיה והן את חיובי הביקוש.

עבור מפעיל המשווה מרכז PV+BESS לאתר טעינה מהירה הפועל בלבד ברשת, עלות האנרגיה המסופקת במשוואה של המערכת המצומדת נמוכה לעיתים קרובות ב-20-35% על פני אופק של עשר שנים.

זרימת האנרגיה: מהפאנל לסוללה לרכב

הבנת ארכיטקטורת הצימוד מבהירה היכן יעילות מרוויחה או אובדת. ישנן שתי טופולוגיות מרכזיות:

צימוד AC— ממירים פוטו-וולטאיים מזינים את אפיק ה-AC; ממיר סוללה נפרד טוען את הסוללה. פשוט ומודולרי, אך אנרגיה סולארית סובלת מאובדן אנרגיה פוטו-וולטאי-ממיר, ואז מאובדן אנרגיה סולארית-ממיר: יעילות הלוך ושוב של כ-85-88%.

צימוד DC— מערכי פוטו-וולטאיים מתחברים לאפיק הזרם הישר של הסוללה דרך ממיר MPPT; יחידת מחשב מרכזית אחת מטפלת בחילופי אנרגיה ברשת. אנרגיה סולארית נכנסת לסוללה בהמרה אחת, והיעילות הלוך ושוב משתפרת לכ-90-93%. כאשר מטענים יכולים לשאוב זרם ישר ישירות מהאפיק המשותף, המרה נוספת מתבטלת.

התכנון מצומד DC הוא הסיבה לכך שמוצרי BESS סולאריים משולבים זוכים בפריסות מסחריות. הפרש היעילות מצטבר מדי יום: בקציר אנרגיה סולארית יומי של 1 מגה-וואט-שעה, 3-5 נקודות אחוז של אובדן המרה שנחסך הוא 30-50 קוט"ש ליום - בערך 11-18 מגה-וואט-שעה לשנה של אנרגיה ניתנת להפקה.

תחנת טעינה סולארית מודרנית לרכבי BESS לרכבים חשמליים, 200 קילוואט-שעה (https://www.midapower.com/news/200kwh-solar-bess-ev-charging-station-for-zero-emission-sites/), ממחישה את השרשרת המלאה: מערך פוטו-וולטאי → מודול MPPT → אפיק DC של סוללה → מטען מהיר DC → סוללת רכב. כל שלב מתוכנן להפסד מינימלי, ומערכת ה-EMS מתאם את הזרימה כך שהסולארי תמיד משרת את העומס תחילה, עודפי הטעינה של ה-BESS, וייבוא ​​הרשת ממוזער.

גודל מערכי שמש בהתאם לקיבולת BESS

שגיאות בגודל - אנרגיה פוטו-וולטאית גדולה מדי או אחסון גדול מדי - הורסות בשקט את הכלכלה של מערכות משולבות. היחס השולט הוא תפוקת השמש היומית יחסית לתפוקת הסוללה ולביקוש באתר:

שלושה כללי גודל שומרים על יעילות הצימוד:

1. גודל PV ל-40-80% מהאנרגיה השנתית באתר, לא 100%. כיסוי מלא כופה על הסוללה יתר על המידה ותקופות חוסר פעילות ארוכות; כיסוי חלקי ממקסם את הערך הסולארי לכל וואט מותקן. 2.קנה מידה של ה-BESS למחזור שלם אחד ביוםשל עודף אנרגיה סולארי צפוי. סוללה המופעלת פעם ביום בעומק פריקה של 80% משיגה את מפרט מחזור החיים המלא שלה; סוללות קטנות יותר מתפרקות יתר על המידה, וסוללות גדולות יותר פוגעות באורך החיים הקלנדרי מבלי להשתמש בהן. 3.התאם את טווח הקלט של MPPT לחלון ההפעלה האמיתי של המערך.מודול MPPT בעל מתח רחב משחזר אנרגיה תחת הצללה חלקית, ערפל בוקר והזדקנות פאנלים, שיחידה בעלת טווח צר מסלקת.

רווחי יעילות: הפסדי MPPT, המרה והמתנה

יעילות מושגת בפרטים הקטנים, ושלוש קטגוריות הפסד שולטות במערכות מצומדות:

הפסדי MPPT.הצללה חלקית של מחרוזת פאנל אחת יכולה לקצץ את תפוקת מערך שלם ב-10-20% ללא אופטימיזציה של כל מחרוזת. מודולי הספק MPPT בעלי ביצועים גבוהים - כמו מודולי MPPT של MIDA בהספק של 30-60 קילוואט המשמשים במערכות טעינה סולאריות - עוקבים אחר נקודת ההספק המקסימלית של כל מחרוזת באופן עצמאי, ומחזירים 5-10% מהתפוקה השנתית באתרים אמיתיים עם הצללה או אי התאמה בין מודולים.

הפסדי המרה והמתנה.כל ממיר פועל בצורה הגרועה ביותר בעומס נמוך. אתר BESS ששומר על ה-PCS שלו במצב סרק בעומס של 2-5% למשך הלילה מבזבז קילוואט-שעה מסביב לשעון. מערכות מודרניות משתמשות במצבי המתנה נמוכים במיוחד (

ניהול תרמי.קירור סוללות צורך אנרגיה; חבילות סוללות מקוררות נוזל שומרות על טמפרטורות תא אופטימליות עם חלק קטן מצריכת החשמל של המאוורר בהשוואה לעיצובים מקוררי אוויר. באתרים עם אקלים חם, קירור נוזלי יכול לחסוך 3-5% מאנרגיית מערכת הסוללה לעומת קירור אוויר מאולץ, תוך הארכת חיי התא.

יחד, צעדים אלה מעלים מערכת מצומדת מ"יעילות של 90% על לוחית הרישוי" ל"יעילות תפעולית של 93-96%" - ההבדל בין תחנת טעינה סולארית של BESS באורך 2 מגה-וואט-שעה (https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/) המספקת את האנרגיה המדורגת שלה לבין תחנת טעינה המאבדת בשקט אנרגיה של סשן הפעלה כל שבועיים.

אתרי אפס פליטות ותזוזת דיזל

התמורה האסטרטגית של הצימוד היא עצמאות תפעולית. במיקומים מרוחקים, מוגבלי רשת חשמל, או כאלה המגיעים לתגובה לאסון, רכזת סולארית + BESS מחליפה את גנרטור הדיזל - התשובה המסורתית ל"אין כאן רשת חשמל".

ההשוואה חדה וברורה. גנרטור דיזל בנקודת שירות בכביש מהיר שורף 3-4 ליטר לשעה בעומס חלקי, פולט 2.5-3 ק"ג CO2 לליטר ודורש לוגיסטיקה של דלק. מרכז סולארי+BESS עם 150-400 קילוואט-וואט של אנרגיה פוטו-וולטאית ו-500 קילוואט-שעה-2 מגה-וואט-שעה של אחסון מספק את אותו שירות טעינה עם אפס פליטות באתר, פעולה שקטה ועלות שולית קרובה לאפס לאחר ההתקנה.

מרכזים תפעוליים מדווחים על שלוש תוצאות מדידות:

• חיסכון בדלק ולוגיסטיקה של 15,000-60,000 דולר בשנהלעומת פעולת דיזל מקבילה;
• הפחתת פליטות פחמן של 40-120 טון CO2 בשנהלכל אתר, אשר זכאי גם לתוכניות זיכוי פחמן בשווקים מסוימים;
• זמן פעולה מעל 95%עבור לוחות זמנים של טעינה הנשלטים על ידי אור יום, כאשר הרשת או גנרטור גיבוי מכסים שיאים בשעות הערב המאוחרות.

ארכיטקטורת [תחנת טעינה BESS במכולה של 500 קוט"ש](https://www.midapower.com/news/500kwh-containerized-bess-charging-station-for-grid-constrained-areas/) - סוללה במכולה עם קלט סולארי משולב - היא אבן הבניין הסטנדרטית עבור אתרים כאלה, מכיוון שהיא נשלחת כיחידה אחת ומופעלת ללא עבודות אזרחיות.

מַסְקָנָה

אנרגיה סולארית ואחסון אינם שיפורים נוספים באתר טעינה; הם מערכת מצומדת שהיעילות המשולבת שלה עולה על סכום חלקיה. צימוד DC מסיר הפסדי המרה, MPPT משחזר הפסדי הצללה, והסוללה ממירה עודפי אנרגיה סולארית בצהריים להכנסות טעינה בערב. בגודל נכון - אנרגיה פוטו-וולטאית בשיעור של 40-80% מאנרגיית האתר, מחזורי BESS פעם ביום, מודולי MPPT רחבי טווח - רכזת BESS המופעלת על ידי אנרגיה סולארית מפחיתה את רכישות הרשת ב-40-70%, דוחקת סולר במקומות מרוחקים ומספקת טעינה ללא פליטות היכן שהיא חשובה ביותר. עבור מפעילים, שאלת היעילות אינה עוד "האם אנרגיה סולארית עובדת עם אחסון?" אלא "איזו ארכיטקטורת צימוד לוכדת את המרב מכל קילוואט-שעה?"

שאלות נפוצות

1. מה ההבדל בין צימוד AC ו-DC עבור אנרגיה סולארית + BESS?בצימוד AC, ל-PV ולסוללה יש ממיר משלהם על אפיק ה-AC, מה שמאבד 2-4 נקודות של יעילות הלוך ושוב. בצימוד DC, אנרגיה סולארית מזינה את אפיק ה-DC של הסוללה דרך ממיר MPPT, מה שמונע המרה כפולה ומשפר את היעילות ל-90-93%.

2. כמה אנרגיה סולארית כדאי לי לחבר עם אתר טעינה של BESS?גודל אנרגיה פוטו-וולטאית ל-40-80% מצריכת האנרגיה השנתית של האתר. כיסוי מלא כופה על סוללות יקרות יותר להגדלת הנפח שלהן; כיסוי חלקי ממקסם את הערך הסולארי לכל וואט מותקן תוך שמירה על יעילות מחזור הסוללה.

3. כמה מחזורים ביום צריך לשאוף ל-BESS מצומד?בערך מחזור שלם אחד ביום בעומק פריקה של 80%. קצב זה משיג את אורך חיי המחזור המדורג של הסוללה ושומר על תקינות הכלכלה; מחזור יתר פוגע בסוללה, ומחזור חסר מבזבז הון.

4. האם אתר BESS המופעל על ידי אנרגיה סולארית יכול לפעול באופן מלא מחוץ לרשת החשמל?כן, עם מספיק אנרגיה פוטו-וולטאית, אחסון וביקוש משוקלל לפי שעות היום. אתרים היברידיים שומרים על חיבור לרשת לצורך עמידות ושיאים בשעות הערב המאוחרות; איים טהורים בדרך כלל מוסיפים גנרטור גיבוי למקרים קיצוניים.

5. עד כמה באמת משנה MPPT במערכת מצומדת?במערכים מוצללים או לא תואמים, אנרגיה בלתי תלויה לכל מחרוזת (MPPT) משיבה 5-10% מהתפוקה הפוטו-וולטאית השנתית - אנרגיה שהייתה הולכת לאיבוד אחרת. במערכים נקיים ולא מוצללים, התועלת מצטמצמת, ולכן סקרי אתר חשובים.

6. איזו יעילות עליי לצפות מתחנת טעינה סולארית מודרנית מסוג BESS?יעילות תפעולית הלוך ושוב של 93-96% ניתנת להשגה עם צימוד DC, חבילות סוללות מקוררות נוזל ו-PCS בעלות צריכת המתנה נמוכה - לעומת 85-88% עבור ערימות בסיסיות מצומדות AC.

7. האם צימוד סולארי מפחית את חיובי הביקוש של האתר?כן. ייצור אנרגיה סולארית מוריד את יבוא החשמל לרשת במהלך חלונות שיא של תמחור, ומערכת BESS משטחת את שיא האנרגיה של 15 דקות - ותוקפת בו זמנית את רכיבי האנרגיה והביקוש בחשבון.