Saulės fotovoltinės sistemos priklauso nuo saulės šviesos. Akumuliatoriaus energijos kaupimo sistemos yra sukurtos taip, kad energija būtų absorbuojama ir išleista reikiamu laiku. Kaip karštos vasaros dienos pavyzdys, atrodo, jis puikiai tinka, nes joje daug saulės, daug generuojamos energijos ir didelis vėsinimo poreikis, tačiau realybė yra daug sudėtingesnė. Dėl didėjančių karščio bangų ekstremalios temperatūros pradėjo veikti kaip bandymas, kuris atskleidžia trūkumus, pagreitina degradacijos procesą ir verčia suabejoti, ar iš tikrųjų yra saugios PV ir saugojimo sistemos.
Saulės paradoksas: daugiau saulės, mažiau energijos?
Skamba priešingai: PV plokštės saulės šviesą paverčia elektra, tad kodėl karštesnis oras sumažina jų našumą? Atsakymas slypitemperatūros koeficientasfotovoltinių elementų.
Standartinės bandymo sąlygos vertina PV modulius esant 25 laipsnių elementų temperatūrai su 1000 W/m² apšvita. Tačiau lauke modulių temperatūra karštomis, saulėtomis dienomis paprastai pakyla gerokai virš aplinkos oro temperatūros. Kristaliniai silicio saulės elementai, -šiandien dominuojanti technologija-turi neigiamą galios temperatūros koeficientą, paprastai nuo –0,38 % iki –0,44 % vienam Celsijaus laipsniui. Tai reiškia, kad kas 1 laipsniu pakilus elementų temperatūrai, modulio elektros galia sumažėja maždaug 0,38–0,44%.
Apsvarstykite praktinį pavyzdį: jei kameros temperatūra pakyla nuo 25 laipsnių iki 65 laipsnių -dažnas scenarijus vasaros popietę-, energijos nuostoliai siekia apie 16 % (darant prielaidą –0,4 %/laipsniui ). Esant ekstremalioms karščio bangoms, elementų temperatūra gali viršyti 70 laipsnių, todėl bendras nuvertėjimas gali viršyti 17%. Lauko tyrimai parodė, kad per užsitęsusias karščio bangas PV ūkiai gali prarasti iki 90% savo valandinio generavimo potencialo ne dėl debesuotumo, o vien dėl šiluminio poveikio.
Tačiau reikia pažymėti, kad temperatūra retai būna vienintelis veiksnys. Karštis vaidina apsunkinantį vaidmenį, kai jau yra kitų problemų. Nešvarūs moduliai, dalinis šešėliavimas, augalų išaugos ir bet kokios pažeistos modulių dalys tampa ypač svarbūs esant didelei apšvitai ir temperatūrai. Tipiškas pavyzdys gali būti „karštojo taško“ reiškinys, kai užtemęs arba pažeistas modulis sunaudoja energiją, o ne ją generuoja, todėl temperatūra tam tikroje vietoje pakyla. Be to, PV keitikliai yra elektroniniai prietaisai, kurių veikimo diapazonas yra ribotas. Taigi, kylant aplinkos temperatūrai, inverterio aušinimo efektyvumo laipsnis sumažėja, o tai sukelia perkaitimą inverterio viduje ir gali išprovokuoti sistemos nuvertėjimą ar net išjungti, taip pasunkindamas modulio senėjimą ir apskritai sumažindamas saulės elektrinės efektyvumą.
Baterijos po ugnimi: dvigubas šilumos smūgis
Ličio jonų akumuliatoriams karštis yra dar problemiškesnis. Šios elektrocheminės sistemos degraduoja dėl dviejų pagrindinių mechanizmų: kalendorinio senėjimo (priklauso nuo laiko{1}}nepriklausomai nuo naudojimo) ir ciklo senėjimo (sukeliamas įkrovimas-). Abiem atvejais didelę įtaką daro temperatūra, įkrovimo būsena (SoC), iškrovos gylis ir įkrovimo / iškrovimo greitis.
Tyrimai nuosekliai rodo, kad aukšta temperatūra, kartu su aukštu SoC ir giliu važiavimu dviračiu, labai pagreitina pajėgumų nykimą. Su PV prijungtose programose baterijos dažnai įkraunamos greitai per vidurdienį saulės piko metu, tada kelias valandas palaikomos aukštoje SoC temperatūroje, o aplinkos temperatūra išlieka aukšta. Šis veikimo būdas -greitasis įkrovimas, po kurio ilgai mirksta aukštoje soC temperatūroje-ypač žalingas. Kaskart padidėjus vidutinei darbinei temperatūrai 10 laipsnių, kalendoriaus senėjimo greitis gali padvigubėti, atsižvelgiant į Arrhenius tipo elgesį, pastebėtą daugelyje ličio jonų chemijos.
Be vidinių veikimo problemų, dar vienas svarbus veiksnys yra saugumas. Ličio-jonų akumuliatoriai gali susidurti su įvairiomis problemomis, pvz., perkrauti arba sugadinti dėl mechaninės jėgos arba trumpų jų komponentų. Dėl to šaltinio temperatūra pakyla iki 130 laipsnių ir daugiau; šis smūgis-pradeda akumuliatoriaus viduje vykstančių reakcijų seriją, įskaitant SEI gedimą ir elektrolito išgaravimą. Jei temperatūra nuolat kyla, ląstelė gali pakelti paviršiaus temperatūrą iki 1200 laipsnių ir daugiau, o aukštesnėje nei 600 laipsnių temperatūroje išleisti degiąsias dujas. Didelių baterijų, plačiai naudojamų šiandien pramoniniuose sprendimuose, temperatūra pabėgimo metu gali siekti daugiau nei 800 laipsnių.
Šiluminio valdymo sistemos -aušinimo oru, aušinimo skysčiu, fazių keitimo medžiagos-turi veikti stipriau karštomis sąlygomis, vartodamos parazitinę energiją ir mažindamos bendrą sistemos efektyvumą. Kai elemento, stovo ar kito konteinerio temperatūra priartėja prie tam tikrų ribų, akumuliatoriaus valdymo sistema (BMS) automatiškai sumažins našumą ir apribos funkcionalumą. Nors dabartinėse baterijų energijos kaupimo sistemose (BESS) yra atsarginių jutiklių, gaisro gesinimo sistemų ir aušinimo sistemų, vis dar išlieka šiluminio pabėgimo pavojus, nes atskirų elementų gamybos defektai gali likti nepastebėti tol, kol juos veikia ekstremalios temperatūros. Todėl labai svarbu suprojektuoti šias sistemas taip, kad būtų išvengta gedimų paaštrėjimo, būtų galima tiksliai nustatyti problemas, dėl kurių gali atsirasti dujų, ir neleisti vietiniams incidentams tapti nelaimėmis.
Sistemos lygio iššūkiai: PV-Storage Tango
Hibridinėse saulės plius-akumuliacinėse jėgainėse šiluminis poveikis susilieja ir sąveikauja. PV matrica sukuria didžiausią energiją didžiausios apšvitos metu, tačiau praranda dalį dėl šilumos. Saugojimo sistema, kurios užduotis yra sugerti vidurdienio energijos perteklių, tuo pačiu metu patiria didžiausią įkrovimo įtampą karščiausiomis valandomis. Tai sukuria veikimo paradoksą: žvelgiant iš tinklo optimizavimo perspektyvos, prasminga visiškai įkrauti akumuliatorių vidurdienį ir palaikyti aukštoje SoC temperatūroje, kad vakare būtų didžiausias iškrovimas; tačiau, žvelgiant iš ilgaamžiškumo ir saugos perspektyvos, ta pati strategija pagreitina degradaciją ir padidina šiluminę riziką.
Taigi galima sakyti, kad universalaus „geriausio“ veikimo režimo nėra. Būtina subalansuoti galimas pajamas iš prekybos energija, optimizuojant savarankišką-suvartojimą, dažnio atsaką atsižvelgiant į efektyvumo sumažėjimą, aušinimo energiją, spartesnį baterijų nusidėvėjimą ir didesnę neplanuotų išjungimų riziką. Šiuolaikinės energijos valdymo sistemos (EMS) kuriamos siekiant valdyti šį sudėtingumą-EMS sistemos stebi modulių ir elementų temperatūras, orų prognozes, rinkos kainas ir tinklo signalus bei sukuria tinkamas veiklos strategijas. Pavyzdžiui, akumuliatoriaus šaldymas naktį, įkrovimo greičio reguliavimas per karščius ar net sąmoningas elektros gamybos ribojimas gali būti pateisinamas ir ekonomiškai.
Išvada: inžinerinis atsparumas karštesnei ateičiai
Intensyvus karštis dabar yra įprastas reiškinys, o ne išimtis; tai tampa nuolatiniu atsinaujinančios energijos technologijų išbandymu. Sėkmingai išlaikius testą, reikia apgalvoti-visą sistemą, o ne tik pasirinkti modulius su pagerintu temperatūros koeficientu ar įdiegti didesnius aušinimo įrenginius. Vietoj to reikia veiksmingo šiluminio projektavimo, konkrečios vietos modeliavimo (atsižvelgiant į mikroklimatą ir vėdinimą), tinkamos priežiūros (įskaitant infraraudonųjų spindulių patikrinimus ir{4}}realaus laiko duomenų analizę) ir protingų eksploatacinių sprendimų, kurie turėtų būti priimami subalansuojant trumpalaikę -finansinę naudą ir ilgalaikę- turto būklę.
Spartėjant energijos perėjimui, o karštose, sausose ir atogrąžų zonose plėtojant daugiau saulės energijos ir saugojimo pajėgumų, gebėjimas suprasti ir susidoroti su šiluminiu stresu bus būtinas visiems kūrėjams, operatoriams ir investuotojams. Norėdami susidoroti su karščiu, turime jį traktuoti ne kaip pasekmes, o kaip pagrindinį dizaino parametrą nuo pat projekto pradžios.
