Efektivitātes uzlabošana, izmantojot BESS un saules enerģijas sasaisti

Ātrā atbilde

Akumulatora enerģijas uzkrāšanas (BESS) apvienojums ar saules enerģiju uz vietas ir visefektīvākā arhitektūra mūsdienīgai elektrotransportlīdzekļu uzlādes vietai, jo tā novērš zudumus katrā enerģijas ķēdes posmā. Saules paneļi pārveido saules gaismu līdzstrāvā ar 20–24% moduļa efektivitāti; maksimālās jaudas punkta izsekošanas (MPPT) sistēma atgūst to, ko citādi izšķērdētu ēnojums un neatbilstība; un akumulators atdala ģenerēto enerģiju no uzlādes pieprasījuma, tāpēc kilovatstunda netiek eksportēta par vairumtirdzniecības cenām vai samazināta. Labi savienota PV+BESS sistēma parasti palielina saules enerģijas ražošanas vērtību par 30–50% salīdzinājumā ar tikai PV, samazina tīkla enerģijas iegādi par 40–70% un nodrošina patiesi nulles emisiju darbību dienasgaismas stundās. Šajā rokasgrāmatā ir paskaidrots, kā noteikt saules enerģijas un uzkrāšanas sistēmas izmērus, savienot un darbināt tās, lai panāktu maksimālu efektivitāti.

Galvenie secinājumi

• Fotoelektrisko (PV) un iebūvēto enerģijas piegādes sistēmu (BESS) līdzstrāvas savienošana novērš dubultās konversijas zudumus, uzlabojot sistēmas efektivitāti par 2–4 procentpunktiem.
• Akumulators absorbē saules enerģijas pārslodzi un veic laika nobīdi uz uzlādes maksimumu, novēršot ierobežojumus un mazvērtīgu eksportu.
• MPPT moduļi ar plašu sprieguma diapazonu atgūst 5–10 % no PV jaudas, kas zaudēta daļējas ēnošanas un paneļu neatbilstības dēļ.
• Pareiza saules bateriju un akumulatoru jaudas izvēle nodrošina akumulatora darbības laiku 1–1,5 reizes dienā, tādējādi aizsargājot cikla ilgumu un ietaupot ekonomiju.
• Ar saules enerģiju darbināmi BESS centri var darboties kā nulles emisiju salas, aizstājot dīzeļģeneratorus attālās un tīkla ierobežotās vietās.

Kāpēc PV + BESS ir visefektīvākais savienojums

Saules enerģijas ražošana un elektrotransportlīdzekļu uzlādes pieprasījums dabiski nav saskaņots. Saule spīd pusdienlaikā, bet uzlādes pieprasījums sasniedz maksimumu rīta braucienos uz darbu un no vēlas pēcpusdienas līdz vakaram. Tikai ar saules baterijām darbināma stacija saskaras ar neapmierinošu izvēli: eksportēt pusdienas pārpalikumu par vairumtirdzniecības cenām vai pilnībā to samazināt. BESS novērš izvēli — akumulators absorbē pārpalikumu un atbrīvo to tieši tad, kad lādētājiem tas ir nepieciešams.

Efektivitātes pieaugumam ir trīs komponenti:

1. Izmantošanas pieaugumskatra saules kilovatstunda tiek patērēta uz vietas par mazumtirdzniecības vai tarifa vērtību, nevis eksportēta par vairumtirdzniecības vērtību vai apgriezta. Tas parasti nozīmē par 30–50 % lielākus ieņēmumus par katru saražoto kWh. 2.Konversijas pieaugumsLīdzstrāvas savienotā arhitektūrā saules līdzstrāva plūst tieši akumulatora līdzstrāvas kopnē vai lādētāja līdzstrāvas kopnē, izvairoties no maiņstrāvas apļveida savienojuma. Divu invertora pārveidojumu novēršana atjauno 2–4 procentpunktus no sistēmas efektivitātes. 3.Tīkla pieprasījuma pieaugums: objekts importē mazāk no tīkla, un atlikušais imports ir nemainīgāks, samazinot gan enerģijas izmaksas, gan pieprasījuma izmaksas.

Operatoram, salīdzinot PV+BESS centrmezglu ar tikai tīklam pieslēgtu ātrās uzlādes vietu, savienotās sistēmas izlīdzinātās piegādātās enerģijas izmaksas desmit gadu laikā bieži vien ir par 20–35 % zemākas.

Enerģijas plūsma: no paneļa uz akumulatoru un tad uz transportlīdzekli

Izpratne par savienojuma arhitektūru ļauj saprast, kur tiek iegūta vai zaudēta efektivitāte. Pastāv divas galvenās topoloģijas:

Maiņstrāvas savienojums— Fotoelektriskie invertori baro maiņstrāvas kopni; atsevišķs akumulatora invertors uzlādē akumulatoru. Vienkārši un modulāri, taču saules enerģija cieš no fotoelektriskā invertora zudumiem, pēc tam no akumulatora invertora zudumiem: aprites efektivitāte ir aptuveni 85–88 %.

Līdzstrāvas savienojums— Fotoelektrisko paneļu bloki pieslēdzas akumulatora līdzstrāvas kopnei, izmantojot MPPT pārveidotāju; viena centrālā PCS apstrādā tīkla apmaiņu. Saules enerģija nonāk akumulatorā ar vienu pārveidošanu, un turp un atpakaļ efektivitāte uzlabojas līdz aptuveni 90–93 %. Kad lādētāji var saņemt līdzstrāvu tieši no koplietotās kopnes, vēl viena pārveidošana tiek novērsta.

Tieši līdzstrāvas savienojuma konstrukcija ir iemesls, kāpēc integrētie saules enerģijas BESS produkti uzvar komerciālā ieviešanā. Efektivitātes atšķirība palielinās katru dienu: ja dienā tiek saražota 1 MWh saules enerģijas, ietaupītie konversijas zudumi ir 30–50 kWh dienā — aptuveni 11–18 MWh atgūstamās enerģijas gadā.

Mūsdienīga [200 kWh saules enerģijas BESS EV uzlādes stacija](https://www.midapower.com/news/200kwh-solar-bess-ev-charging-station-for-zero-emission-sites/) ilustrē visu ķēdi: PV masīvs → MPPT modulis → akumulatora līdzstrāvas kopne → līdzstrāvas ātrais lādētājs → transportlīdzekļa akumulators. Katrs posms ir konstruēts tā, lai zudumi būtu minimāli, un EMS koordinē plūsmu tā, lai saules enerģija vienmēr vispirms apkalpotu slodzi, pārpalikums uzlādē BESS un tīkla imports tiktu samazināts līdz minimumam.

Saules paneļu izmēru noteikšana atbilstoši BESS jaudai

Izmēru kļūdas — pārāk lieli PV vai pārāk lieli uzglabāšanas izmēri — klusībā iznīcina savienoto sistēmu ekonomiku. Noteicošā attiecība ir dienas saules enerģijas ražība attiecībā pret akumulatora caurlaidspēju un objekta pieprasījumu:

Trīs izmēru noteikšanas noteikumi nodrošina savienojuma efektivitāti:

1. PV izmērs 40–80% apmērā no objekta gada enerģijas patēriņa, nevis 100%. Pilnīgs pārklājums piespiež akumulatoru pārslogot un ilgstošus dīkstāves periodus; daļējs pārklājums maksimāli palielina saules enerģijas vērtību uz vienu uzstādīto vatu. 2.Iestatiet BESS viena pilna cikla izmēru dienā.paredzamā saules enerģijas pārpalikuma. Akumulators, kas tiek cikliski uzlādēts vienu reizi dienā ar 80% izlādes dziļumu, sasniedz pilnu cikla darbības laiku; pārāk maza izmēra akumulatori tiek pārciklēti, un pārāk lieli akumulatori samazina kalendāra darbības laiku, netiekot izmantoti. 3.Pielāgojiet MPPT ievades diapazonu masīva reālajam darbības logam.Plaša sprieguma MPPT modulis atgūst enerģiju daļējas ēnas, rīta miglas un paneļa novecošanās apstākļos, ko šaura diapazona ierīce atgūst.

Efektivitātes pieaugums: MPPT, konversijas un gaidstāves režīma zudumi

Efektivitāte tiek panākta detaļās, un savienotajās sistēmās dominē trīs zaudējumu kategorijas:

MPPT zudumi.Vienas paneļu virknes daļēja noēnošana var samazināt visa masīva jaudu par 10–20 % bez optimizācijas katrai virknei. Augstas veiktspējas MPPT jaudas moduļi, piemēram, MIDA 30–60 kW MPPT moduļi, ko izmanto saules uzlādes sistēmās, neatkarīgi izseko katras virknes maksimālo jaudas punktu, atgūstot 5–10 % no gada jaudas reālās pasaules vietās ar noēnojumu vai moduļu neatbilstību.

Konversijas un gaidstāves režīma zudumi.Visi invertori vissliktāk darbojas pie zemas slodzes. BESS vietne, kas uztur savu PCS tukšgaitā ar 2–5% slodzi naktī, izšķērdē kilovatstundas visu diennakti. Mūsdienu sistēmas izmanto īpaši zemas jaudas gaidīšanas režīmus (

Termiskā pārvaldība.Akumulatora dzesēšana patērē enerģiju; ar šķidrumu dzesējami akumulatoru bloki uztur optimālu elementu temperatūru, patērējot daudz mazāk ventilatora jaudas nekā gaisa dzesēšanas modeļi. Karstā klimatā šķidruma dzesēšana var ietaupīt 3–5 % akumulatora sistēmas enerģijas salīdzinājumā ar piespiedu gaisa dzesēšanu, vienlaikus pagarinot elementu kalpošanas laiku.

Kopā šie pasākumi paaugstina savienotās sistēmas efektivitāti no “nominālās 90 % efektivitātes” līdz “ekspluatācijas 93–96 % efektivitātei” — atšķirība starp [2 MWh saules enerģijas BESS uzlādes staciju](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/), kas piegādā savu nominālo enerģiju, un tādu, kas klusi zaudē vienas sesijas enerģiju ik pēc divām nedēļām.

Nulles emisiju objekti un dīzeļdzinēju tilpums

Šīs savienošanas stratēģiskais ieguvums ir darbības neatkarība. Attālinātās, tīkla ierobežotās vai katastrofu reaģēšanas vietās saules enerģijas un BESS centrmezgls aizstāj dīzeļģeneratoru — vēsturisko atbildi uz "šeit nav tīkla".

Salīdzinājums ir skarbs. Dīzeļģenerators automaģistrāles apkalpošanas punktā daļējas slodzes apstākļos sadedzina 3–4 litrus stundā, emitē 2,5–3 kg CO2 uz litru un prasa degvielas loģistiku. Saules+BESS centrs ar 150–400 kWp fotoelektrisko jaudu un 500 kWh–2 MWh uzglabāšanas jaudu nodrošina tādu pašu uzlādes pakalpojumu bez emisijām uz vietas, klusu darbību un robežizmaksām, kas pēc uzstādīšanas ir gandrīz nulles.

Darbības centri ziņo par trim izmērāmiem rezultātiem:

• Degvielas un loģistikas ietaupījums 15 000–60 000 ASV dolāru apmērā gadāsalīdzinājumā ar līdzvērtīgu dīzeļdegvielas darbību;
• Oglekļa emisiju samazināšana par 40–120 tonnām CO2 gadākatrā objektā, kas dažos tirgos atbilst arī oglekļa kredītu programmām;
• Darbības laiks virs 95%dienasgaismas dominētiem uzlādes grafikiem, ar elektrotīklu vai rezerves ģeneratoru, kas sedz dziļās vakara slodzes maksimumus.

[500 kWh konteineru BESS uzlādes stacijas](https://www.midapower.com/news/500kwh-containerized-bess-charging-station-for-grid-constrained-areas/) arhitektūra — konteineru akumulators ar integrētu saules enerģijas ievadi — ir standarta pamatelements šādām vietām, jo ​​tā tiek piegādāta kā viena vienība un nodota ekspluatācijā bez būvdarbiem.

Secinājums

Saules enerģija un uzglabāšana nav papildu uzlabojumi uzlādes punktā; tās ir savienota sistēma, kuras kopējā efektivitāte pārsniedz tās daļu summu. Līdzstrāvas savienojums novērš konversijas zudumus, MPPT atgūst ēnojuma zudumus, un akumulators pusdienas saules enerģijas pārpalikumu pārveido vakara uzlādes ieņēmumos. Pareizi izvēlēts — PV 40–80% no vietas enerģijas, BESS cikls reizi dienā, plaša diapazona MPPT moduļi —, ar saules enerģiju darbināms BESS centrmezgls samazina tīkla iepirkumus par 40–70%, aizstāj dīzeļdegvielu attālās vietās un nodrošina nulles emisiju uzlādi tur, kur tas ir visvairāk nepieciešams. Operatoriem efektivitātes jautājums vairs nav "vai saules enerģija darbojas ar uzkrāšanu?", bet gan "kura savienojuma arhitektūra maksimāli izmanto katru kilovatstundu?".

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāda ir atšķirība starp maiņstrāvas un līdzstrāvas savienojumu saules enerģijas + BESS gadījumā?Maiņstrāvas savienojumā gan fotoelektriskajam (PV), gan akumulatoram ir savs invertors maiņstrāvas kopnē, tādējādi zaudējot 2–4 punktus no turp un atpakaļ efektivitātes. Līdzstrāvas savienojumā saules enerģija baro akumulatora līdzstrāvas kopni caur MPPT pārveidotāju, tādējādi izvairoties no dubultas konversijas un uzlabojot efektivitāti līdz 90–93 %.

2. Cik daudz saules paneļu man vajadzētu pieslēgt BESS uzlādes stacijai?Fotoelektrisko paneļu jauda jāsedz 40–80 % apmērā no objekta gada enerģijas patēriņa. Pilnīga pārklājuma nodrošināšana liek palielināt akumulatoru jaudas patēriņu; daļēja pārklājuma nodrošināšana palielina saules enerģijas vērtību uz vienu uzstādīto vatu, vienlaikus nodrošinot akumulatora efektīvu ciklu.

3. Cik ciklus dienā vajadzētu sasniegt savienotajam BESS?Apmēram viens pilns cikls dienā ar 80% izlādes dziļumu. Šāds ātrums sasniedz akumulatora nominālo cikla kalpošanas laiku un uztur ekonomisko stabilitāti; pārmērīga ciklēšana nolieto akumulatoru, bet nepietiekama ciklēšana izšķiež kapitālu.

4. Vai ar saules enerģiju darbināms BESS objekts var darboties pilnībā bezsaistē ar elektrotīklu?Jā, ar pietiekamu FV jaudu, uzkrāšanas jaudu un dienas laikā svērto pieprasījumu. Hibrīdās vietas saglabā tīkla pieslēgumu noturībai un dziļām vakara maksimuma vērtībām; tīras salas parasti pievieno rezerves ģeneratoru ārkārtas gadījumiem.

5. Cik liela nozīme MPPT patiesībā ir savienotā sistēmā?Noēnotos vai nesaskaņotos masīvos neatkarīgs katras virknes MPPT atgūst 5–10 % no gada PV ražas — enerģijas, kas citādi tiktu zaudēta. Tīros, nenoēnotos masīvos ieguvums sarūk, tāpēc ir svarīgi veikt vietas apsekojumus.

6. Kādu efektivitāti man vajadzētu sagaidīt no modernas saules enerģijas BESS uzlādes stacijas?Ar līdzstrāvas savienojumu, ar šķidrumu dzesējamiem akumulatoru blokiem un zema gaidīšanas režīma PCS ir sasniedzama darbības efektivitāte turp un atpakaļ 93–96 % apmērā, salīdzinot ar 85–88 % pamata maiņstrāvas savienotiem steks.

7. Vai saules enerģijas pieslēgšana samazina objekta pieprasījuma izmaksas?Jā. Saules enerģijas ražošana samazina tīkla importu maksimālās cenu noteikšanas logos, un BESS izlīdzina atlikušo 15 minūšu maksimumu, vienlaikus ietekmējot gan rēķina enerģijas, gan pieprasījuma komponentus.