Фотоволтаиците разчитат на слънчева светлина. Системите за съхранение на енергия в батерии разчитат на абсорбиране и освобождаване на енергия точно когато електропреносната мрежа се нуждае от нея. Двете звучат като идеална комбинация за горещите летни дни: изобилие от слънце, високо производство, повишено търсене на електроенергия поради охлаждане и по-голяма гъвкавост на мрежата. На практика е по-сложно.
Топлинните вълни не са нещо необичайно за лятото. Силната слънчева светлина не е проблемът. Критичният фактор е температурата. Слънчевите модули се оценяват при стандартни тестови условия: 1000 вата на квадратен метър облъчване и температура на клетката от 25 градуса по Целзий. В полеви условия обаче температурите на клетките в горещите дни стават значително по-високи. Модулите могат да станат значително по-горещи от температурата на околния въздух.
В кристалните слънчеви клетки изходната мощност обикновено намалява с повишаване на температурата. Ако температурата на клетката не е 25 градуса по Целзий, а 65 градуса по Целзий, това съответства на загуба на мощност от приблизително 16 процента в сравнение със стандартните условия, приемайки температурен коефициент от минус 0,4 процента на градус.
За операторите подобна разлика е от решаващо значение. Тези, които гледат само суровите данни за добив, не могат да видят по-голямата картина. По-важният въпрос е: дали фотоволтаичната система е произвеждала както трябва при действителните условия на облъчване и температура?
Екстремните температури рядко са единствената причина за проблем. Често те разкриват съществуващи слабости. Те включват, наред с други неща, замърсени модули, частично засенчване, растителност и повредени клетъчни зони. При силно облъчване токовете и термичните напрежения се увеличават. Следователно малките дисбаланси могат да станат по-очевидни.
Типичен пример са горещите точки. Те възникват, когато отделни клетъчни зони са подложени на по-високи натоварвания от останалата част на модула. При силно облъчване локалният електрически ефект може да се превърне в термичен проблем.
Съхранението на батерии прави системния въпрос по-сложен
С батерийното съхранение въпросът за топлината става още по-актуален, тъй като променя логиката на работа на цялата система.
Системата за съхранение може да абсорбира излишната слънчева енергия, да изглажда пиковете на захранване, да намалява ограничаването на потреблението, да пренасочва електричеството към по-ценни часове, да предоставя мрежови услуги и да стабилизира профилите на натоварване. Именно поради тази причина съхранението на енергия става все по-важно на пазарите с висок дял на фотоволтаиците.
Но устройствата за съхранение на енергия имат своя собствена физика: литиево-йонните батерии стареят чрез календарно стареене и циклично стареене. Температурата, състоянието на заряд, дълбочината на разреждане, времето на престой и оперативната стратегия влияят върху това колко бързо намаляват капацитетът и производителността. Проучванията ясно показват, че високите температури, високите състояния на зареденост и дълбоките цикли могат да ускорят стареенето.
Освен това топлината върху системите за съхранение на няколко нива. Охлаждащите системи трябва да работят по-усилено, собствената консумация се увеличава и топлинните резерви намаляват. Батерийните системи могат да намалят производителността си, когато температурите на клетките, стелажите или контейнерите достигнат критични граници.
В същото време продължителните периоди на висока температура и високо състояние на заряд могат да ускорят календарното стареене. Това е особено важно при фотоволтаични приложения, където системите за съхранение се зареждат бързо по обяд и след това остават с високо състояние на заряд и висока околна температура в продължение на доста часове.
Безопасността също е ключов въпрос. Съвременните батерийни системи разполагат със системи за управление на клетките, температурни сензори, концепции за противопожарна защита и логика за изключване. Въпреки това термичният теч си остава значителен риск.
Проучванията показват, че вътрешен дефект на клетката след напускане на производствения процес не може да бъде напълно изключен от оперативната технология. Следователно е изключително важно да се предотврати разпространението му, да се измерят отделяните газове и да се проектират и експлоатират системи по такъв начин, че единична повреда да не се превърне в системно събитие.
Мониторингът на различни ключови показатели за ефективност на батерията става все по-важен.
Тандемна конфигурация за наблюдение
Фотоволтаиката и съхранението на енергия трябва да се разглеждат заедно.
В хибридните системи се сливат два ефекта: фотоволтаичната система произвежда значителна енергия при висока радиация, но губи част от потенциалната си мощност поради високите температури на клетките. Системата за съхранение е предназначена да абсорбира излишната енергия, да измества пиковите натоварвания и да стабилизира електропреносната мрежа, но и тя е подложена на по-голямо натоварване поради високите температури.
Това създава доста нехомогенна картина. Системата за съхранение може да бъде напълно заредена по обяд, въпреки че температурата на околната среда е висока. Тя може да остане на високо ниво на заряд в продължение на часове. Може да бъде силно разредена вечер, докато охлаждането, натоварването на мрежата и ценовите сигнали са в действие.
Следователно това, което е важно, не е един-единствен режим на работа, а непрекъснатата оценка на начините на употреба. Потенциалните печалби от продажбата на електроенергия, търговията, оптимизирането на собственото потребление или мрежовите услуги трябва постоянно да се преценяват спрямо загубите на ефективност, термичното натоварване и допълнителното стареене.
Съвременните системи за управление на енергията изпълняват тази задача и непрекъснато преоценяват техническите условия, пазарните и мрежовите сигнали и извеждат подходяща оперативна стратегия от този анализ. Ето на какво е добре да обърнат внимание операторите:
1. Управлението на топлината започва с проектирането на инсталацията
Засенчването обикновено е вредно за слънчевите панели, защото намалява добива, изостря ефектите на несъответствие и може да доведе до образуването на горещи точки. Целенасоченото засенчване обаче може да бъде полезно за системите за съхранение на батерии, защото намалява термичното напрежение и облекчава натоварването на охладителната система.
Това звучи тривиално, но на практика бързо се превръща в истински конфликт на цели. Това, което дава максимална мощност за фотоволтаичната зона, не е автоматично най-доброто решение за контейнери за съхранение, инвертори, трансформаторни станции или разпределителни шкафове.
Следователно проектирането на системата трябва да вземе предвид и как тя се държи в горещи дни. Къде се натрупва топлина? Кои компоненти са постоянно изложени на пряка слънчева светлина? Колко добре са вентилирани или засенчени системите за съхранение, инверторите и електрическата инфраструктура? Колко лесно достъпни са критичните компоненти за поддръжка, инспекция и достъп на пожарната?
2. Тестване на регулаторния капацитет при стресови условия
За фотоволтаични системи плюс системи за съхранение не е достатъчно просто да се провери дали отделните компоненти функционират.
Решаващият фактор е дали системата като цяло остава управляема, когато едновременно са налице множество изисквания: висока радиация, високи температури, изисквания към мрежата, стратегия за съхранение, ограничения на инвертора и икономични графици за работа.
Операторите трябва не само да оценят концепцията за управление на хартия, но и да я валидират в експлоатация.
3. Качеството на данните е основата на всяка оценка
Следващата стъпка е чиста база данни. Радиацията, околната температура, температурата на модула, вятърът, данните за инвертора, данните за низовете, температурите на батерията, състоянието на зареждане и условията на работа трябва да бъдат правдоподобни.
Дефектните сензори водят до неправилни диагнози. Неправилните диагнози водят или до ненужни аларми или до пренебрегвани проблеми. И двете са еднакво нежелателни.
4. Производителността трябва да се оцени с температурна корекция
Операторите също трябва да използват логика на сравнение. Отделните низове, инвертори, тракерни секции, подсистеми или контейнери за съхранение трябва да се сравняват с подобни устройства за един и същ период.
Ако всички зони реагират сходно на топлината, това предполага общ температурен ефект. Ако отделните зони се различават значително, това показва локален проблем.
5. Последователно приоритизиране на локалните рискове
Горещите точки, засенчването и замърсяването трябва да бъдат последователно приоритизирани. Особено при силно слънчево облъчване локалните ефекти могат да имат по-голямо въздействие.
Следователно контролът на растителността, стратегиите за почистване, термографията и визуалната инспекция не трябва да се разглеждат изолирано, а по-скоро като част от цялостна стратегия за управление на риска.
Електрическата инфраструктура също заслужава повече внимание: конектори, кабели, разпределителни кутии, разпределителни кутии, разпределителни шкафове и трансформатори са подложени на напрежение по време на периоди на топлина.
6. Устройствата за съхранение се нуждаят от термична прозрачност
За системите за съхранение чрез батерии добрата работа започва с термична прозрачност. Температурите на клетките, модулите, стелажите и контейнерите трябва не само да се измерват, но и да се оценяват в контекст.
Не само абсолютната максимална температура е от значение, но и разпределението на температурата. Големите температурни колебания в системата могат да показват проблеми с охлаждането, проблеми с въздушния поток, неизправности на сензорите или неравномерно разпределение на натоварването.
7. Съзнателен контрол на нивото на заряд и стареенето
Прозорците за състояние на заряда (SOC) трябва да бъдат внимателно избрани. Системата за съхранение не е необходимо постоянно да се поддържа близо до 100 процента SOC само защото е налична много фотоволтаична енергия. Особено при високи температури на околната среда може да е полезно да се проектират оперативни стратегии, така че високите SOC да не се поддържат ненужно дълго.
Охлаждащата система също трябва да се третира като критичен компонент. HVAC или течните охладителни системи не са второстепенни компоненти. Те гарантират производителност, живот и безопасност. Филтри, въздуховоди, хладилни агенти, компресори, помпи, сензори и резервни части трябва да бъдат включени в плановете за поддръжка.
8. Сериозно отношение към ранните индикатори и аларми
Важните ранни индикатори включват също: нарастващи температурни разлики между стелажите, забележими отклонения в напрежението на клетките, нарастващо вътрешно съпротивление, намаляваща ефективност на двупосочно предаване, по-често намаляване на мощността, неочаквани отклонения на SOC, комуникационни грешки или необичайно време на работа на ОВК.
Единичен сигнал не представлява извънредна ситуация. Заедно те могат да образуват модел.
9. Систематично проследяване на топлинни вълни
След топлинна вълна системата не би трябвало автоматично да се връща към нормална работа. Горещите дни предоставят ценни данни: кои инвертори са намалили мощността си първи, кои низове са показали отклонения, кои зони за съхранение са показали необичайна термична активност и др. Анализите водят до подобрена работа.
Какво може да научи индустрията
Следователно топлинните вълни са нещо повече от просто сезонен екстрем. Те са практически тест за това дали фотоволтаичните, акумулаторните и хибридните системи могат да бъдат разбрани и управлявани през целия им жизнен цикъл. Систематичната оценка на такива фази предоставя информация не само за отделните компоненти, но и за качеството на цялостния оперативен модел.
