Efektyvumo didinimas naudojant BESS ir saulės energijos sujungimą

Greitas atsakymas

Akumuliatorinės energijos kaupimo (BESS) ir vietoje įrengtos saulės energijos susiejimas yra efektyviausia šiuolaikinės elektromobilių įkrovimo aikštelės architektūra, nes ji mažina nuostolius kiekviename energijos grandinės etape. Saulės baterijos saulės šviesą konvertuoja į nuolatinę srovę, kurios modulio efektyvumas yra 20–24 %; maksimalios galios taškų sekimo (MPPT) sistema atkuria tai, ką kitaip eikvotų šešėliavimas ir neatitikimas; o baterija atsieja generaciją nuo įkrovimo poreikio, todėl kilovatvalandė nėra eksportuojama didmeninėmis kainomis arba sumažinama jos tiekimas. Gerai sujungta PV + BESS sistema paprastai padidina saulės energijos gamybos vertę 30–50 %, palyginti su vien tik PV energijos gamyba, sumažina tinklo energijos pirkimą 40–70 % ir leidžia dienos šviesos valandomis veikti iš tikrųjų be išmetamųjų teršalų. Šiame vadove paaiškinama, kaip parinkti tinkamą saulės energijos ir kaupimo sistemos dydį, ją susieti ir valdyti, kad būtų pasiektas maksimalus abiejų sistemų efektyvumas.

Svarbiausios išvados

• Fotovoltinių sistemų ir elektros energijos sistemų (BESS) nuolatinės srovės sujungimas padeda išvengti dvigubos konversijos nuostolių, pagerindamas sistemos efektyvumą 2–4 procentiniais punktais.
• Baterija sugeria saulės energijos viršijimą ir perkelia jį į įkrovimo pikus, taip pašalindama apribojimus ir mažos vertės eksportą.
• MPPT moduliai su plačiu įtampos diapazonu atgauna 5–10 % PV galios, prarastos dėl dalinio šešėliavimo ir plokščių neatitikimo.
• Tinkamas saulės energijos ir akumuliatorių dydis leidžia kaupti energiją 1–1,5 karto per dieną, taip išsaugant ciklo trukmę ir taupant energiją.
• Saulės energija varomi BESS centrai gali veikti kaip nulinės emisijos salos, pakeisdami dyzelinius generatorius atokiose ir tinklo apribojimų turinčiose vietose.

Kodėl PV + BESS yra efektyviausias poravimas

Saulės energijos gamyba ir elektromobilių įkrovimo paklausa natūraliai nesuderintos. Saulė šviečia labiausiai vidurdienį, tačiau įkrovimo paklausa didžiausia rytinio važiavimo į darbą ir atgal metu bei nuo vėlyvos popietės iki vakaro metu. Tik fotovoltinėmis elektrinėmis varoma elektrinė susiduria su nepatenkintu pasirinkimu: eksportuoti vidurdienio perteklių didmenine kaina arba visiškai jį apriboti. BESS panaikina pasirinkimą – akumuliatorius sugeria perteklių ir jį atiduoda būtent tada, kai įkrovikliams jo reikia.

Efektyvumo padidėjimas susideda iš trijų komponentų:

1. Panaudojimo padidėjimaskiekviena saulės kilovatvalandė suvartojama vietoje mažmenine arba tarifine verte, o ne eksportuojama didmenine verte arba apkarpoma. Tai paprastai reiškia 30–50 % didesnes pajamas už kiekvieną pagamintą kWh. 2.Konversijos padidėjimasNuolatinės srovės architektūroje saulės energijos nuolatinė srovė teka tiesiai į akumuliatoriaus nuolatinės srovės šyną arba įkroviklio nuolatinės srovės šyną, taip išvengiant kintamosios srovės apėjimo. Atsisakius dviejų inverterių konversijų, sistemos efektyvumas sumažėja 2–4 ​​procentiniais punktais. 3.Tinklo paklausos padidėjimas: objektas importuoja mažiau energijos iš tinklo, o likęs importas yra vienodesnis, todėl sumažėja tiek energijos, tiek paklausos mokesčiai.

Operatoriui, lyginusiam PV+BESS mazgą su tik tinklu veikiančia greitojo įkrovimo stotimi, susietos sistemos išlygintos tiekiamos energijos sąnaudos per dešimt metų dažnai būna 20–35 % mažesnės.

Energijos srautas: iš skydelio į akumuliatorių ir į transporto priemonę

Supratus susiejimo architektūrą, tampa aišku, kur laimima, o kur prarandama efektyvumas. Yra dvi pagrindinės topologijos:

Kintamosios srovės jungtis— Fotovoltiniai keitikliai maitina kintamosios srovės šyną; atskiras akumuliatoriaus keitiklis įkrauna akumuliatorių. Paprasta ir modulinė, tačiau saulės energija patiria fotovoltinio keitiklio nuostolius, o tada akumuliatoriaus keitiklio nuostolius: abipusis efektyvumas siekia maždaug 85–88 %.

Nuolatinės srovės jungtis— Fotovoltinių elementų masyvai prie akumuliatoriaus nuolatinės srovės magistralės jungiasi per MPPT keitiklį; vienas centrinis PCS tvarko tinklo mainus. Saulės energija į akumuliatorių patenka vieno konvertavimo metu, o abipusio perdavimo efektyvumas padidėja maždaug iki 90–93 %. Kai įkrovikliai gali tiekti nuolatinę srovę tiesiai iš bendros magistralės, nereikia dar vieno konvertavimo.

Dėl nuolatinės srovės jungties konstrukcijos integruoti saulės energijos ir elektros energijos įsiurbimo sistemų (BESS) produktai sėkmingai diegiami komerciniais tikslais. Efektyvumo skirtumas kasdien didėja: per dieną pagaminus 1 MWh saulės energijos, sutaupyti 3–5 procentiniai punktai konversijos nuostolių yra 30–50 kWh per dieną – maždaug 11–18 MWh per metus atgaunamos energijos.

Moderni [200 kWh saulės energija varoma BESS elektromobilių įkrovimo stotelė](https://www.midapower.com/news/200kwh-solar-bess-ev-charging-station-for-zero-emission-sites/) iliustruoja visą grandinę: PV masyvas → MPPT modulis → akumuliatoriaus nuolatinės srovės magistralė → nuolatinės srovės greitasis įkroviklis → automobilio akumuliatorius. Kiekvienas etapas suprojektuotas taip, kad nuostoliai būtų kuo mažesni, o EMS koordinuoja srautą taip, kad saulės energija visada pirmiausia aptarnautų apkrovą, perteklius įkrautų BESS, o tinklo importas būtų kuo mažesnis.

Saulės baterijų dydžio nustatymas pagal BESS talpą

Dydžio klaidos – per dideli FV arba per dideli kaupimo pajėgumai – tyliai sunaikina sujungtų sistemų ekonomiją. Pagrindinis santykis yra paros saulės energijos išeiga, palyginti su akumuliatorių pralaidumu ir vietos poreikiais:

Trys dydžio nustatymo taisyklės užtikrina jungties efektyvumą:

1. Fotovoltinių įrenginių dydis – 40–80 % metinės objekto energijos., ne 100 %. Pilnas padengimas verčia perkrauti akumuliatorius ir ilgai neveikti; dalinis padengimas maksimaliai padidina saulės energijos vertę vienam įrengtam vatui. 2.BESS dydis – vienas pilnas ciklas per dienąnumatomo saulės energijos pertekliaus. Akumuliatorius, kartą per dieną cikluojamas ir esant 80 % iškrovimo gyliui, pasiekia visą savo ciklo specifikaciją; per mažo dydžio akumuliatoriai patiria per didelį ciklą, o per dideli akumuliatoriai sutrumpina kalendorinį tarnavimo laiką nenaudojami. 3.Suderinkite MPPT įvesties diapazoną su masyvo tikruoju darbiniu langu.Plačiajuostis MPPT modulis atgauna energiją esant daliniam šešėliui, rytiniam rūkui ir skydų senėjimui, kurią siaurajuostis blokas atkuria.

Efektyvumo padidėjimas: MPPT, konversijos ir budėjimo režimo nuostoliai

Efektyvumas slypi detalėse, o sujungtose sistemose dominuoja trys nuostolių kategorijos:

MPPT nuostoliai.Dalinis vienos panelių stygos šešėliavimas gali sumažinti viso masyvo galią 10–20 % be optimizavimo kiekvienai stygai. Didelio našumo MPPT galios moduliai, tokie kaip MIDA 30–60 kW MPPT moduliai, naudojami saulės įkrovimo sistemose, atskirai seka kiekvienos stygos maksimalią galią, realiose vietose su šešėliavimu ar modulių neatitikimu atkurdami 5–10 % metinio išeigos.

Konversijos ir budėjimo režimo nuostoliai.Kiekvienas keitiklis blogiausiai veikia esant mažai apkrovai. BESS įrenginys, kuris per naktį palaiko savo PCS tuščiąja eiga esant 2–5 % apkrovai, visą parą eikvoja kilovatvalandes. Šiuolaikinės sistemos naudoja itin mažos apkrovos budėjimo režimus (

Šiluminis valdymas.Akumuliatoriaus aušinimas eikvoja energiją; skysčiu aušinami akumuliatorių blokai palaiko optimalią elementų temperatūrą, sunaudodami daug mažiau ventiliatoriaus energijos nei oru aušinami modeliai. Karšto klimato vietose aušinimas skysčiu gali sutaupyti 3–5 % akumuliatorių sistemos energijos, palyginti su priverstinio oro aušinimu, ir pailginti elementų tarnavimo laiką.

Visos šios priemonės kartu pakelia susietosios sistemos efektyvumą nuo „90 % vardinio efektyvumo“ iki „93–96 % darbinio efektyvumo“ – skirtumas tarp [2 MWh saulės energija varomos BESS įkrovimo stotelės](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/), tiekiančios vardinę energiją, ir stotelės, kuri tyliai praranda vienos įkrovimo sesijos energiją kas dvi savaites.

Nulinės emisijos aikštelės ir dyzelinių variklių darbinis tūris

Strateginis šios jungties privalumas – veiklos nepriklausomumas. Atokiose, su tinklu susijusiose arba nelaimių atveju reaguojant į nelaimes, saulės energijos ir elektros energijos tiekimo mazgas pakeičia dyzelinį generatorių – tai yra senas atsakymas į situaciją, kai „čia nėra tinklo“.

Palyginimas yra akivaizdus. Dyzelinis generatorius greitkelio aptarnavimo punkte, esant dalinei apkrovai, sudegina 3–4 litrus per valandą, išmeta 2,5–3 kg CO2 vienam litrui ir reikalauja degalų logistikos. Saulės energijos ir BESS mazgas su 150–400 kWp FV ir 500 kWh–2 MWh kaupimo talpa teikia tą pačią įkrovimo paslaugą be išmetamųjų teršalų, tyliai veikia ir beveik su nuline ribine kaina įdiegus.

Veiklos centrai praneša apie tris išmatuojamus rezultatus:

• Sutaupoma 15 000–60 000 USD degalų ir logistikos srityje per metuspalyginti su lygiaverčiu dyzeliniu režimu;
• Anglies dioksido išmetimo sumažinimas 40–120 tonų CO2 per metuskiekvienoje vietoje, kuri kai kuriose rinkose taip pat atitinka anglies dioksido kreditų programų reikalavimus;
• Veikimo laikas virš 95 %dienos šviesos dominuojamiems įkrovimo grafikams, kai tinklas arba atsarginis generatorius padengia vėlyvo vakaro pikus.

[500 kWh konteinerinė BESS įkrovimo stotelė](https://www.midapower.com/news/500kwh-containerized-bess-charging-station-for-grid-constrained-areas/) – konteinerinė baterija su integruota saulės energija – yra standartinis tokių stočių elementas, nes ji pristatoma kaip vienas vienetas ir paleidžiama be jokių civilinių darbų.

Išvada

Saulės energija ir kaupimas nėra papildomi įkrovimo stotelės patobulinimai; tai sujungta sistema, kurios bendras efektyvumas viršija jos dalių sumą. Nuolatinės srovės sujungimas pašalina konversijos nuostolius, MPPT atgauna šešėliavimo nuostolius, o akumuliatorius vidurdienio saulės energijos perteklių paverčia vakarinio įkrovimo pajamomis. Tinkamai parinktas dydis – PV 40–80 % stotelės energijos, BESS cikliškai įjungiamas kartą per dieną, plataus diapazono MPPT moduliai – saulės energija varomas BESS mazgas sumažina tinklo pirkimus 40–70 %, atokiose vietose pakeičia dyzeliną ir užtikrina nulinės emisijos įkrovimą ten, kur to labiausiai reikia. Operatoriams efektyvumo klausimas nebėra „ar saulės energija veikia su kaupimu?“, o „kuri susiejimo architektūra sugeria daugiausiai kiekvienos kilovatvalandės?“.

DUK

1. Kuo skiriasi kintamosios ir nuolatinės srovės jungtys saulės energijos ir elektros energijos tiekimo sistemose (BESS)?Kintamosios srovės jungtyje saulės energija ir akumuliatorius turi savo keitiklį kintamosios srovės magistralėje, todėl prarandamas 2–4 abipusio efektyvumo taškai. Nuolatinės srovės jungtyje saulės energija maitina akumuliatoriaus nuolatinės srovės magistralę per MPPT keitiklį, taip išvengiant dvigubos konversijos ir padidinant efektyvumą iki 90–93 %.

2. Kiek saulės energijos turėčiau prijungti prie BESS įkrovimo stotelės?Fotovoltinių įrenginių dydis turi sudaryti 40–80 % objekto metinio energijos suvartojimo. Visiškas padengimas verčia brangiai apmokėti akumuliatorius; dalinis padengimas maksimaliai padidina saulės energijos vertę vienam įrengtam vatui, tuo pačiu užtikrinant efektyvų akumuliatorių ciklą.

3. Kiek ciklų per dieną turėtų būti susietojo BESS tikslas?Maždaug vienas pilnas ciklas per dieną, esant 80 % iškrovimo gyliui. Toks iškrovimo dažnis leidžia pasiekti vardinį akumuliatoriaus veikimo laiką ir išlaikyti ekonomišką veikimą; per didelis ciklų skaičius mažina akumuliatoriaus veikimo laiką, o per mažas ciklų skaičius švaisto kapitalą.

4. Ar saulės energija varoma BESS stotis gali veikti visiškai neprisijungusi prie elektros tinklo?Taip, esant pakankamam FV, kaupimui ir dienos metu svertinei paklausai. Hibridinės vietos išlaiko elektros tinklo jungtį, kad būtų užtikrintas atsparumas ir vakaro pikų susidarymas; grynos salos paprastai prideda atsarginį generatorių ekstremaliems atvejams.

5. Kiek MPPT iš tikrųjų svarbus sujungtoje sistemoje?Užtamsintuose arba nesuderintuose matricose nepriklausomas kiekvienos eilutės MPPT atkuria 5–10 % metinio FV išeigos – energijos, kuri kitu atveju būtų prarasta. Švariuose, neužtamsintuose matricose nauda sumažėja, todėl svarbūs vietos tyrimai.

6. Kokio efektyvumo turėčiau tikėtis iš modernios saulės energija varomos BESS įkrovimo stotelės?Naudojant nuolatinės srovės jungtį, skysčiu aušinamus akumuliatorių blokus ir trumpo budėjimo režimo PCS, pasiekiamas 93–96 % veikimo efektyvumas pirmyn ir atgal, palyginti su 85–88 % naudojant pagrindinius kintamosios srovės jungties blokus.

7. Ar saulės energijos prijungimas sumažina objekto poreikius?Taip. Saulės energijos gamyba sumažina elektros energijos importą į tinklą piko metu, o saulės energijos sistema (BESS) išlygina likusį 15 minučių piką – vienu metu paveikdama ir energijos, ir paklausos sąskaitos komponentus.