Соларни фотонапонски системи се ослањају на сунчеву светлост. Батеријски системи за складиштење енергије су направљени за апсорпцију и ослобађање енергије у право време. Као пример врелог летњег дана, чини се да се савршено уклапа, јер има много сунца, много произведене енергије и велике потражње за хлађењем, али стварност је много компликованија. Као резултат пораста топлотних таласа, екстремне температуре су почеле да делују као испитивање које открива недостатке, убрзава процес деградације и доводи у питање колико су ПВ и системи за складиштење заправо безбедни.
Соларни парадокс: више сунца, мање енергије?
Звучи контраинтуитивно: ПВ панели претварају сунчеву светлост у електричну енергију, па зашто топлије време смањује њихов излаз? Одговор лежи утемпературни коефицијентфотонапонских ћелија.
Стандардни услови тестирања раде на фотонапонским модулима на температури ћелије од 25 степени са зрачењем од 1000 В/м². На терену, међутим, температуре модула рутински расту знатно изнад температуре амбијенталног ваздуха током топлих, сунчаних дана. Соларне ћелије од кристалног силикона-доминантна технологија данас-показују негативан температурни коефицијент снаге, обично између –0,38% и –0,44% по степену Целзијуса. То значи да за сваки пораст температуре ћелије за 1 степен, електрични излаз модула опада за отприлике 0,38% до 0,44%.
Размотрите практичан пример: ако се температура ћелије попне са 25 степени на 65 степени -уобичајен сценарио током летњег поподнева-, губитак енергије достиже око 16% (под претпоставком –0,4%/степен). У условима екстремних топлотних таласа, температуре ћелија могу да пређу 70 степени, што доводи до смањења укупне вредности преко 17%. Теренске студије су показале да током продужених топлотних таласа, фотонапонске фарме могу изгубити до 90% свог потенцијала производње по сату, не због облачности, већ искључиво због топлотних ефеката.
Међутим, мора се напоменути да је температура ретко једини фактор који је укључен. Топлота игра отежавајућу улогу када други проблеми већ постоје. Прљави модули, делимично сенчење, израслине биљака и сви оштећени делови модула постају посебно важни у условима високог зрачења и температуре. Типичан пример може бити феномен „вруће тачке“, када засенчени или оштећени модул троши енергију уместо да је производи, па се температура на датом месту повећава. Штавише, ПВ инвертори су електронски уређаји са ограниченим опсегом рада. Дакле, када температура околине порасте, степен ефикасности хлађења инвертора се смањује, што доводи до прегревања унутар инвертора и што може изазвати смањење рада или чак гашење-система, чиме се погоршава старење модула и смањује ефикасност соларне електране уопште.
Батерије под ватром: Двоструки удар врућине
За литијум-јонске батерије, топлота је још проблематичнија. Ови електрохемијски системи деградирају кроз два примарна механизма: календарско старење (зависно од времена-без обзира на употребу) и циклусно старење (индуковано пражњењем-). Оба су под јаким утицајем температуре, стања напуњености (СоЦ), дубине пражњења и брзине пуњења/пражњења.
Истраживања доследно показују да висока температура, у комбинацији са високим СоЦ-ом и дубоким циклусом, драматично убрзава смањење капацитета. У ПВ-спојеним апликацијама, батерије се често брзо пуне током подневних соларних врхова, а затим држе на високом СоЦ неколико сати док температуре околине остају повишене. Овај радни образац-брзо пуњење праћено продуженим загријавањем са високим СоЦ-ом-је посебно штетан. За сваких 10 степени повећања просечне радне температуре, стопа календарског старења може се отприлике удвостручити, у складу са понашањем Аррхениусовог типа примећеним у многим литијум-јонским хемијама.
Поред унутрашњих проблема са перформансама, још један критичан фактор је безбедност. Литијум{1}}јонске батерије могу да се суоче са низом проблема, као што су прекомерно пуњење или оштећење због механичке силе или кратких спојева унутар компоненти. Као резултат, температура извора се подиже на и изнад 130 степени; овај ударац-покреће серију реакција унутар батерије укључујући разградњу СЕИ и испаравање електролита. Ако температура настави да расте, ћелија може подићи температуру своје површине на и изнад 1200 степени и ослободити запаљиви гас на температурама изнад 600 степени. За велике батерије које се данас широко користе у индустријским решењима, температура током бекства може да достигне нивое преко 800 степени.
Системи за управљање топлотом -ваздушно хлађење, течно хлађење, материјали за промену фазе{1}}морају да раде јаче у врућим условима, трошећи паразитску енергију и смањујући укупну ефикасност система. Када се температура ћелије, сталка или другог контејнера приближи одређеним границама, систем управљања батеријом (БМС) ће аутоматски смањити излаз и ограничити функционалност. Док тренутни системи за складиштење енергије батерија (БЕСС) садрже резервне сензоре, системе за сузбијање пожара и системе за хлађење, и даље постоје ризици од топлотног одласка јер дефекти у производњи појединачних ћелија могу остати неоткривени све док се не изложе екстремним температурама. Због тога је од кључног значаја да се дизајнирају ови системи на начин који ће спречити ескалацију кварова, да се прецизирају проблеми који могу довести до -испуштања гаса и да се спречи да локални инциденти постану катастрофа.
Изазови на нивоу система: ПВ-Стораге Танго
У хибридним постројењима соларне плус-акумулације, термални ефекти се спајају и међусобно делују. ПВ низ производи максималну енергију током вршног зрачења, али губи део због топлоте. Систем за складиштење, који има задатак да апсорбује вишак подневне енергије, истовремено трпи највећи стрес при пуњењу у најтоплијим сатима. Ово ствара оперативни парадокс: из перспективе оптимизације мреже, има смисла потпуно напунити батерију током поднева и држати је на високом СоЦ-у за вечерње вршно пражњење; међутим, из перспективе дуговечности и безбедности, та иста стратегија убрзава деградацију и повећава топлотни ризик.
Дакле, може се рећи да не постоји универзални „најбољи“ начин рада. Неопходно је уравнотежити могуће приходе од трговине енергијом, оптимизујући сопствену{1}}потрошку, фреквентни одзив у односу на губитак ефикасности, енергију хлађења, убрзано трошење батерија и већи ризик од непланираних искључивања. Модерни системи за управљање енергијом (ЕМС) се развијају да би управљали овом сложеношћу-ЕМС системи прате температуре модула и ћелија, временске прогнозе, тржишне цене и сигнале мреже и генеришу одговарајуће оперативне стратегије. На пример, замрзавање батерије ноћу, контролисање брзине пуњења током врућине, или чак намерно ограничавање производње електричне енергије може бити оправдано и економски.
Закључак: Инжењерска отпорност за топлију будућност
Интензивна врућина је сада уобичајена појава, а не изузетак; постаје редовни тест за технологију обновљиве енергије. Успешно полагање теста захтева промишљање-цео системског приступа, а не само избор модула са побољшаним температурним коефицијентом или инсталирање већих расхладних уређаја. Уместо тога, потребан је ефикасан термички дизајн, моделовање-специфично за локацију (узимајући у обзир микроклиму и вентилацију), правилно одржавање (укључујући инфрацрвене инспекције и коришћење анализе података у-реалном времену) и паметне оперативне одлуке које би требало донети балансирајући краткорочне-финансијске користи и дугорочне-корисности као што су дугорочно здравље.
Са убрзавањем енергетске транзиције и развојем више соларних и складишних капацитета у топлим, сувим и тропским областима, способност разумевања и суочавања са топлотним стресом биће од суштинског значаја за све програмере, оператере и инвеститоре. Да бисмо се изборили са топлотом, морамо је третирати не као накнадну мисао, већ као основни параметар дизајна од самог почетка пројекта.
