Desenvolupament accelerat de sistemes de càrrega-d'emmagatzematge- solar integrat: integració de sistemes d'emmagatzematge d'energia i aplicacions multi-escenaris entren en una fase d'implementació aprofundida

Impulsada per l'augment de la demanda de càrrega de vehicles elèctrics (EV), la creixent penetració de la fotovoltaica distribuïda (PV) i la contínua expansió d'aplicacions d'emmagatzematge d'energia industrials i comercials, la sinergia entre la fotovoltaica, l'emmagatzematge d'energia i la infraestructura de càrrega s'està reforçant. En els darrers anys, els sistemes de càrrega d'-emmagatzematge-FV han passat de combinacions simples de dispositius individuals a sistemes d'energia integrats; els seus escenaris d'aplicació s'han ampliat més enllà de les estacions de recàrrega tradicionals per incloure parcs industrials, complexos comercials, centres de transport, centres logístics i àrees-desconnectades de la xarxa.

 

Tecnològicament, el nucli d'un sistema de càrrega d'-emmagatzematge- FV no rau només en la co-ubicació de mòduls fotovoltaics, bateries d'emmagatzematge d'energia i equips de càrrega en un sol lloc, sinó en aconseguir un funcionament coordinat entre aquests diferents actius energètics mitjançant busos de corrent continu, convertidors d'emmagatzematge d'energia, sistemes de gestió d'energia i unitats de control d'energia.

 

El sistema ajusta dinàmicament els fluxos d'energia en funció de factors com ara la producció de generació fotovoltaica, l'estat de càrrega{0}}-de l'emmagatzematge d'energia (SoC), la càrrega de càrrega, la capacitat de la xarxa i els preus de l'electricitat-en temps real. Això optimitza la utilització d'energia renovable i mitiga l'impacte instantani de la càrrega d'alta-potència en el sistema de distribució d'energia.

 

 

 

La primera infraestructura de càrrega de vehicles elèctrics es basava principalment en l'energia directa de la xarxa, amb equips de càrrega que funcionaven independentment dels sistemes fotovoltaics i d'emmagatzematge d'energia. A mesura que augmentaven els nivells de potència de càrrega, els models tradicionals de distribució d'energia es van enfrontar a limitacions relacionades amb la capacitat del transformador, les línies de distribució i les demandes de càrrega màxima. En conseqüència, la integració de l'emmagatzematge d'energia per amortitzar l'energia-combinada amb la generació fotovoltaica per subministrar electricitat verda-ha emergit com una arquitectura de sistema vital, especialment en escenaris amb una capacitat de distribució existent limitada.

 

En aquesta configuració, el sistema d'emmagatzematge d'energia actua com a amortidor d'energia i regulador de potència. Pot satisfer les demandes d'energia instantània quan les càrregues de càrrega augmenten i emmagatzemar l'energia excedent durant períodes de baixa càrrega o alta generació fotovoltaica. A les regions amb preus de l'electricitat en temps-d-ús (ToU), els sistemes d'emmagatzematge d'energia també poden coordinar els horaris de càrrega i descàrrega en funció d'estratègies de gestió de l'energia.

 

Pel que fa a l'estructura del producte, els sistemes de càrrega d'-emmagatzematge-FV que es troben actualment al mercat generalment es divideixen en dues categories: productes "tot-en{-un" altament integrats i solucions que comprenen components modulars separats. Les solucions integrades solen incloure un alt nivell d'integració entre les bateries d'emmagatzematge d'energia, les unitats de conversió d'energia, la distribució d'energia, la infraestructura de càrrega i els mòduls de control, reduint així el nombre de components i punts de connexió-in situ.

 

En canvi, les solucions de sistemes dividits- impliquen la configuració d'equips fotovoltaics, d'emmagatzematge d'energia, de càrrega i de distribució d'energia per separat en funció de l'escala del projecte i les condicions del lloc, basant-se en una plataforma de gestió d'energia per coordinar les operacions del sistema.

 

Aquesta evolució en la forma del producte ha impulsat el desenvolupament de components auxiliars-com ara armaris d'emmagatzematge, connectors d'alimentació, sistemes de barres, estructures d'aïllament i conjunts de gestió tèrmica-cap a la modularitat, l'estandardització i una major integració.

 

Els sistemes d'emmagatzematge d'energia serveixen com a base crucial per al funcionament coordinat dels sistemes de càrrega solar-plus-emmagatzematge-i-.

 

En els sistemes solars-més-emmagatzematge-més-de càrrega, els equips d'emmagatzematge d'energia no només emmagatzemen energia elèctrica, sinó que també influeixen directament en les capacitats de resposta d'energia del sistema i en l'estabilitat operativa. A mesura que augmenten la capacitat d'emmagatzematge d'energia i les classificacions de potència, aquests sistemes evolucionen de simples armaris de bateries a unitats completes que coordinen múltiples subsistemes, incloses bateries, PCS (Power Conversion Systems), distribució d'energia, extinció d'incendis, gestió tèrmica i EMS (Energy Management Systems).

 

Els sistemes típics d'emmagatzematge d'energia de la bateria LiFePO4 utilitzen unitats de bateries modulars, connectant diversos mòduls en sèrie i paral·lel per aconseguir la tensió i la capacitat del sistema requerides. Aquesta estructura modular facilita el transport, la instal·lació i el manteniment, alhora que permet l'ampliació de la capacitat del sistema en funció dels requisits del projecte.

 

Per a aplicacions en sales d'equips, parcs industrials i instal·lacions industrials, els sistemes modulars d'emmagatzematge d'energia de la bateria es poden configurar de manera flexible per adaptar-se a les demandes d'espai i càrrega disponibles. El disseny del sistema ha de tenir en compte factors com la capacitat de la bateria, la potència màxima de càrrega/descàrrega, la vida útil del cicle, la temperatura ambient i l'autorització de manteniment, en lloc de determinar les especificacions de l'equip basant-se únicament en la capacitat de la bateria.

 

Amb més avenços en la integració del sistema, algunes unitats alberguen bateries, PCS, sistemes de distribució d'energia, gestió tèrmica i sistemes d'extinció d'incendis dins d'un únic armari. Aquests armaris d'emmagatzematge d'energia comercials i industrials integrats són adequats per a parcs industrials, edificis comercials i nous llocs d'energia-{-mitjans-de mida petita i mitjana, ja que redueixen la feina d'instal·lació-in situ i escurcen els terminis de desplegament.

 

 

A mesura que augmenta la potència i la capacitat dels sistemes d'emmagatzematge d'energia, l'armari d'emmagatzematge ha evolucionat des d'una estructura de muntatge senzilla per a bateries a un conjunt complet que admet connexions elèctriques, gestió tèrmica i funcions de protecció de seguretat.

 

L'interior d'un armari d'emmagatzematge d'energia normalment allotja mòduls de bateries, barres de distribució, disjuntors, fusibles, contactors, sistemes d'adquisició de dades i components de connexió d'alta/baixa tensió-. S'ha de mantenir un aïllament adequat i distàncies de fuga entre els diversos mòduls elèctrics; a més, s'han de tenir en compte factors com ara l'encaminament del cablejat, l'espai de manteniment i les rutes de transferència de calor.

 

Per a aplicacions a l'aire lliure, el recinte ha de suportar factors ambientals com la pluja, la pols, l'esprai de sal, la radiació solar i les fluctuacions de temperatura. En conseqüència, els sistemes d'emmagatzematge d'energia de tipus armari-exterior requereixen normalment dissenys que incorporin estructures de segellat, tractaments anticorrosió, sistemes de gestió tèrmica i classificacions específiques de protecció d'entrada (IP).

 

En entorns industrials costaners, d'-alta humitat o molt contaminats, l'elecció dels materials de tancament i els tractaments superficials és fonamental.

 

Els tancaments d'emmagatzematge d'energia exterior d'acer inoxidable aprofiten la resistència a la corrosió inherent del material per mitigar els riscos estructurals associats amb l'exposició ambiental a llarg termini-; no obstant això, la selecció de material específic encara requereix una avaluació exhaustiva basada en la resistència, el cost, el pes, els processos de fabricació i les condicions del lloc.

 

 

 

Durant el funcionament dels sistemes d'emmagatzematge d'energia, la calor és generada per les cèl·lules de la bateria, el sistema de conversió d'energia (PCS) i altres components d'energia. A mesura que augmenta la densitat d'energia del sistema, la gestió tèrmica s'ha convertit en un factor crucial que influeix en el funcionament-a llarg termini dels equips d'emmagatzematge d'energia.

 

Les unitats d'emmagatzematge d'energia de mida petita-{-mitjana-sovint utilitzen solucions de refrigeració d'aire-, dissipant la calor mitjançant conductes d'aire, ventiladors i estructures d'intercanvi de calor. Aquest enfocament ofereix una estructura relativament senzilla i una facilitat de manteniment, el que el fa-adequat per a determinades aplicacions comercials i industrials d'emmagatzematge d'energia. Per exemple, un armari d'emmagatzematge d'energia refrigerat per aire-personalitzat de 215 kWh permet el disseny integrat de mòduls de bateries, conductes d'aire i components de distribució d'energia adaptats a les capacitats específiques del projecte i a les limitacions del lloc.

 

Per als sistemes d'emmagatzematge d'energia d'alta-energia-densitat i-potència alta, les solucions de refrigeració líquida ofereixen avantatges en la uniformitat de la temperatura i l'eficiència de la gestió tèrmica mitjançant l'ús de refrigerant per eliminar directament la calor generada per les cèl·lules de la bateria i els components d'alimentació. Els productes com ara els armaris d'emmagatzematge d'energia integrats refrigerats per líquid-per a aplicacions d'energia eòlica estan dissenyats principalment per a escenaris d'emmagatzematge d'energia eòlic, solar i-nous a gran escala.

 

Independentment de si s'utilitza refrigeració per aire o refrigeració líquida, el disseny de la gestió tèrmica s'ha de considerar conjuntament amb la disposició de la bateria, les connexions elèctriques i l'estructura del recinte. Els punts d'accés localitzats poden afectar el rendiment de la bateria i accelerar la degradació del material; per tant, el control de la temperatura, l'equilibri tèrmic i els mecanismes d'avís d'avaria s'han d'integrar en el disseny global del sistema.

 

 

Una altra tendència significativa en el desenvolupament de sistemes de càrrega-d'emmagatzematge-solar és l'acoblament lateral de CC-. En els sistemes tradicionals, l'energia fotovoltaica (PV) ha de passar per un inversor per connectar-se a la xarxa de CA abans de sotmetre's a una conversió d'energia addicional mitjançant equips de càrrega o sistemes d'emmagatzematge d'energia; aquest procés sovint implica múltiples etapes de conversió d'energia.

 

En canvi, les arquitectures acoblades de CC-permeten la coordinació energètica entre la generació fotovoltaica, l'emmagatzematge d'energia i les càrregues de càrrega directament al costat de CC, eliminant així certs passos de conversió. Per a aplicacions de càrrega de corrent continu i emmagatzematge d'energia d'alta-potència, aquesta arquitectura ajuda a escurçar els camins de transmissió d'energia i millora l'eficiència general de la gestió de l'energia del sistema.

 

Els armaris del sistema de càrrega d'emmagatzematge-tot{{-un{-- fotovoltaic solen incloure un disseny integrat que combina entrades fotovoltaiques, unitats d'emmagatzematge d'energia, conversió d'energia i funcions de gestió d'energia, cosa que permet que l'equip distribueixi dinàmicament energia entre diferents fonts en funció dels-requisits del lloc.

 

Al mateix temps, les connexions d'energia entre els costats fotovoltaics i d'emmagatzematge d'energia exigeixen més components com ara barres, connectors i materials d'aïllament. En condicions de funcionament actuals-eleves, factors com ara l'àrea de la secció transversal-del conductor, la resistència de contacte, l'augment de temperatura i l'espai lliure d'aïllament afecten directament l'estabilitat operativa-del sistema a llarg termini.

 

 

A mesura que els sistemes d'emmagatzematge d'energia s'expandeixen des de sales d'equipaments interiors fins a llocs exteriors, l'adaptabilitat ambiental s'ha convertit en una mètrica crítica en el disseny del producte. Els equips d'emmagatzematge d'energia a l'aire lliure han de suportar l'exposició-a llarg termini a factors com ara temperatures altes i baixes, humitat, pluja, pols, polvorització de sal i radiació ultraviolada (UV).

 

El disseny estructural dels armaris d'emmagatzematge d'energia a l'aire lliure requereix un enfocament integral que equilibri les classificacions de protecció d'entrada, les capacitats de dissipació de calor, la seguretat elèctrica i els requisits de manteniment. L'armari no només ha de protegir la bateria interna i els components elèctrics, sinó que també ha de proporcionar un espai adequat per als sistemes d'extinció d'incendis, gestió tèrmica i manteniment.

 

Per a projectes combinats amb energia eòlica o solar, els equips d'emmagatzematge d'energia s'instal·len sovint en zones remotes allunyades de la infraestructura urbana, cosa que fa que la fiabilitat dels equips i les capacitats d'operació i manteniment remots (O&M) siguin especialment importants. Els sistemes han d'utilitzar sensors, sistemes de gestió de bateries (BMS) i sistemes de gestió d'energia (EMS) per controlar contínuament l'estat de la bateria, la temperatura, la tensió, el corrent i les anomalies operatives, alhora que transmeten dades operatives a una plataforma central de control mitjançant sistemes de comunicació.

 

Aquesta evolució està transformant els equips d'emmagatzematge d'energia de simples "armaris de bateries" a nodes d'energia intel·ligents capaços de detectar, controlar, comunicar i gestionar l'energia.

 

 

A mesura que l'escala dels sistemes d'emmagatzematge d'energia creix, la importància de les estratègies de control del sistema continua augmentant. Tot i que els sistemes d'emmagatzematge d'energia tradicionals es carreguen i descarreguen principalment en funció de programes fixos o nivells de potència preestablerts, els sistemes de gestió d'energia de la propera{{1}generació han de tenir en compte simultàniament les previsions meteorològiques, la producció fotovoltaica (PV), els perfils de càrrega, les fluctuacions del preu de l'electricitat i l'estat de la bateria.

 

Quan la demanda de càrrega és baixa i la sortida fotovoltaica és alta, el sistema pot prioritzar l'ús d'energia solar mentre emmagatzema l'excedent; quan es carrega la demanda, el sistema d'emmagatzematge pot subministrar energia suplementària per reduir la càrrega instantània a la xarxa; i durant els períodes de baix preu de l'electricitat, el sistema es pot recarregar en funció d'estratègies operatives.

 

Aquest enfocament de programació dinàmica significa que el valor dels sistemes d'emmagatzematge d'energia ha evolucionat des del simple emmagatzematge d'electricitat fins a incloure la gestió de l'energia i l'optimització de l'energia.

 

Al mateix temps, l'arquitectura d'interconnexió d'energia interna dels equips d'emmagatzematge d'energia s'ha d'alinear amb aquests modes de funcionament dinàmics. Els cicles de càrrega/descàrrega d'alta-freqüència i el funcionament d'alta-intensitat augmenten l'estrès del cicle tèrmic a les barres, connectors i terminals; per tant, el disseny estructural no només ha de complir els requisits actuals nominals, sinó que també ha de tenir en compte el cicle tèrmic a llarg termini, la vibració mecànica i la fiabilitat de la connexió.

 

 

Els projectes d'emmagatzematge d'energia varien significativament segons l'escenari d'aplicació, amb diferents clients que tenen requisits diferents quant a capacitat, potència, nivells de tensió, espai d'instal·lació i mètodes de refrigeració. En conseqüència, el disseny modular s'està convertint en una direcció crucial per al desenvolupament de productes en aquest sector.

 

Els sistemes de bateries modulars permeten escalar les unitats de bateries en funció de la capacitat del projecte; Els sistemes modulars de conversió d'energia (PCS) es poden configurar segons els requisits d'energia de càrrega; i els dissenys d'armaris modulars redueixen la complexitat de producció i instal·lació mitjançant estructures estandarditzades.

 

Per als sistemes d'emmagatzematge d'energia a gran-escala, el disseny modular també facilita el transport d'equips i el manteniment-in situ. Si un mòdul de bateria específic o una unitat elèctrica no funciona correctament, el servei a nivell de mòdul-podrà minimitzar l'impacte en el funcionament general del sistema.

 

Des d'una perspectiva estructural, el disseny modular requereix una gran coherència de la interfície entre armaris, barres, arnes de cablejat, connectors i components d'aïllament. Les interfícies estandarditzades redueixen les toleràncies de muntatge entre mòduls i simplifiquen els procediments operatius durant el manteniment posterior.

 

 

Actualment, l'aplicació dels sistemes de càrrega d'-emmagatzematge-FV integrats s'està expandint més enllà de les estacions de recàrrega públiques tradicionals a una gamma més àmplia d'escenaris. En els complexos comercials, els sistemes poden utilitzar l'energia solar del terrat combinada amb l'emmagatzematge d'energia per reduir la càrrega de la xarxa durant les hores punta; als parcs industrials, l'emmagatzematge d'energia pot equilibrar la demanda màxima i baixa-en relació amb les càrregues de producció; i en parcs logístics i estacions de recàrrega de camions-pesants-on la càrrega d'alta-potència requereix grans exigències de capacitat de distribució-l'emmagatzematge d'energia serveix com a amortidor d'energia.

 

A zones remotes o regions amb una cobertura insuficient de la xarxa, l'emmagatzematge d'energia es pot combinar amb fonts renovables com el solar i el vent per formar sistemes d'energia relativament independents. Els armaris d'emmagatzematge d'energia fotovoltaica són molt adequats-per a aquestes aplicacions integrades, ja que utilitzen unitats d'emmagatzematge per suavitzar la producció d'energia solar i millorar la flexibilitat d'utilització d'energia renovable.

 

Mentrestant, la tecnologia de connexió d'alta -tensió dins dels sistemes elèctrics de vehicles d'energia nova (NEV) també està evolucionant. A mesura que augmenten les tensions de la plataforma dels vehicles elèctrics i augmenta la potència de càrrega, els sistemes de distribució d'energia d'alta tensió -demanen estàndards més alts per a barres, estructures d'aïllament, terminals i components de connexió. En conseqüència, els límits tecnològics entre l'emmagatzematge d'energia i els NEV s'estan difuminant, la qual cosa permet que certes tecnologies de connexió elèctrica d'alta tensió -s'apliquin a diferents tipus d'equips d'energia.
 

 

 

Tenint en compte l'evolució recent dels productes de càrrega d'-emmagatzematge- solar, la competència del mercat ja no es limita a mètriques com la capacitat d'emmagatzematge, la potència de càrrega o les especificacions d'equips individuals; en canvi, l'enfocament s'ha desplaçat cap a les capacitats d'integració del sistema, la gestió de l'energia, la fiabilitat operativa i els costos totals del cicle de vida.

 

Els productes integrats redueixen-els requisits d'instal·lació al lloc, però augmenten la complexitat del disseny del sistema intern; Els sistemes dividits ofereixen una major flexibilitat, però requereixen una gestió energètica més sofisticada i una coordinació a nivell de sistema-. Per tant, no hi ha un únic "millor" enfocament; l'elecció depèn de factors com l'escala del projecte, les condicions de distribució d'energia, l'entorn del lloc i els modes operatius.

 

En el futur, els sistemes de càrrega d'-emmagatzematge- solar es poden integrar encara més amb les centrals elèctriques virtuals, els mecanismes de resposta-de la demanda, les microxarxes i els mercats comercials d'electricitat. Aquesta transformació farà evolucionar les unitats d'emmagatzematge d'energia de simples dispositius d'emmagatzematge a nodes d'energia distribuïda capaços de participar en la regulació de la xarxa.

 

Simultàniament, els components interns dels armaris d'emmagatzematge d'energia-inclosos la distribució d'alta-tensió, els sistemes de barres, l'aïllament, les estructures de gestió tèrmica i els dissenys de protecció de seguretat-continuaran actualitzant-se. Per a les unitats d'emmagatzematge d'energia d'alta-capacitat, l'equilibri de la densitat de potència, el rendiment tèrmic, la seguretat elèctrica, la facilitat de manteniment i la coherència de fabricació dins d'un espai limitat d'armari serà un focus clau del disseny d'enginyeria estructural.

 

 

En general, la indústria de la càrrega d'-emmagatzematge-solar està evolucionant des de combinacions simples d'equips fins a sistemes integrats, des d'operacions d'una-funció fins a l'enviament intel·ligent, i d'aplicacions-vinculades a la xarxa a operacions coordinades a-la xarxa-a la xarxa. Els sistemes d'emmagatzematge d'energia tenen múltiples funcions-incloent-hi l'amortització d'energia, la regulació de l'energia i la seguretat del sistema-mentre els armaris d'emmagatzematge d'energia es transformen de simples tancaments de bateries a unitats completes que integren sistemes elèctrics, gestió tèrmica, protecció contra incendis, mecanismes de control i capacitats de comunicació.

 

Els futurs projectes de càrrega d'-emmagatzematge- solar requeriran més que centrar-se en la capacitat de la bateria i la potència de càrrega; exigiran un disseny col·laboratiu en múltiples dimensions-com ara l'arquitectura del sistema, l'estructura de l'armari, les connexions elèctriques, la gestió tèrmica, l'aïllament, les estratègies de control i els sistemes d'O&M-per satisfer les demandes cada cop més creixents de densitat de potència i fiabilitat operativa en diversos escenaris d'aplicació.

 

Pel que fa a la contractació d'enginyeria, la selecció dearmaris d'emmagatzematge d'energiai els seus components elèctrics interns s'han de basar en una avaluació exhaustiva dels nivells de tensió, corrent nominal, capacitat, mètodes de refrigeració, condicions ambientals, estructures d'instal·lació i requisits de manteniment, donant prioritat a verificar la compatibilitat de la interfície entre els components clau i el sistema global.