Pil enerji depolama sistemi (BESS) mimarisini ve pil türlerini tartışmadan önce öncelikle bu alanda kullanılan en yaygın terminolojiye odaklanmalıyız. Batarya enerji depolama sistemlerinin davranışlarını birçok önemli parametre tanımlar.
Kapasite [Ah]: Sistemin bağlı yüke makul bir voltajda sağlayabileceği maksimum elektrik yükü. Batarya teknolojisinin, değeri belirli bir deşarj akımı ve sıcaklığına göre ayarlanan bu parametre üzerinde önemli bir etkisi vardır.
Nominal Enerji [Wh]:Bu, tam şarj ve tam deşarj durumları arasında üretilen toplam enerjidir. Akü voltajının kapasitesinin çarpımına eşdeğerdir. Sıcaklık ve akımın da etkisi vardır, çünkü kapasite bunu belirler.
Güç [W]:BESS'in çıkış gücünü tanımlamak zordur çünkü bağlı yüke bağlıdır. Bununla birlikte nominal güç, en tipik deşarj senaryosundaki gücü temsil eder.
Özgül Enerji [Wh/kg]:Bu, pilin kütleye göre enerji depolama kapasitesini gösterir.
Şarj ve deşarj sürelerini belirlemek için kullanılan ölçeğe denir.C Oranı. Deşarj akımı aküyü 1°C'de bir saat içinde tamamen boşaltacaktır.
Şarj/deşarj/şarjdöngü. Döngünün ne olduğuna dair üzerinde uzlaşılan bir tanım yoktur.
Bir pilhayat döngüsüüretebileceği toplam döngü sayısıdır.
Savunma Bakanlığı: Deşarj derinliği. Tam deşarj %100'dür;
Şarj durumu (SoC,%):Pilin şarj düzeyi bu sayıyla gösterilir.
Dönem "kulomb verimliliği", akünün şarjı verimli bir şekilde iletme yeteneğini ifade eder. Orijinal şarj durumuna dönmek için gereken şarjın, deşarj aşamasında salınan şarj miktarına (Ah) oranıdır. Kurşun-asit teknolojisi hariç, en sıradan piller bununla karşılaştırılabilecek bir verime sahiptir.
Elektrokimyasal Enerji Depolama Sistemlerinin Ana Türleri
Her biri kimyasal bileşenlerin ve süreçlerin benzersiz bir kombinasyonuna dayanan çok sayıda pil sistemi mevcuttur. Kurşun-asit ve Li-ion piller şu anda en yaygın kullanılan türlerdir ancak akışlı, nikel ve kükürt bazlı pillerin de bu pazarda yeri vardır. En popüler pil teknolojilerinin temel faydalarını hızla gözden geçireceğiz.
Bu pilleri düzenli olarak kullanıyoruz. Bu pilin taban hücresi bir bi-oksit veya kurşun pozitif elektrot ve bir negatif kurşun elektrottan oluşur. Elektrolit sudaki sülfürik asit çözeltisidir.
Bu pillerin başlıca avantajları uygun fiyatlı olmaları ve ileri teknolojik olmalarıdır.
Nikel-Kadmiyum (Ni-Cd) Piller
Lityum pil teknolojisi yaygın olarak kullanılmadan önce, bu tür piller birkaç yıl boyunca taşınabilir cihazlar için birincil güç kaynağı olarak hizmet ediyordu.
Bu piller yüksek güç çıkışı ve hızlı şarj süresi sağlar.
Bu pillerdeki bir gelişme, standart NiCd'den yaklaşık %40 daha yüksek spesifik enerji sağlayabilen Nikel-metal-hidrit (NiMH) teknolojisiyle temsil edilmektedir.
Lityum İyon (Li-İyon) Piller
Tüm metaller arasında lityum en yüksek özgül enerjiye sahiptir ve en hafifidir. Lityum metal anotlu şarj edilebilir piller inanılmaz derecede yüksek enerji yoğunlukları sağlama kapasitesine sahiptir.
Başka kısıtlamalar da var. Örneğin, döngü sırasında anot üzerindeki dendritlerin gelişimi ilgili bir kısıtlamadır. Bu, sıcaklığı yükseltebilecek ve aküye zarar verebilecek bir elektrik kesintisine neden olabilir.
BESS'in Bileşimi
Hem mantıksal hem de fiziksel farklı "seviyeler" bir BESS'i oluşturur. Her benzersiz fiziksel parçanın kendi kontrol sistemine ihtiyacı vardır.
İşte bu önemli aşamaların özeti:
Akü sistemi, istenilen voltaj ve akım seviyelerini elde etmek için birbirine bağlanan çeşitli akü paketlerinden ve çok sayıda aküden oluşur.
Pil yönetim sistemi, sistemin bir bütün olarak sistem yerine pillerin mükemmel sağlığı için güvenli olan bir voltaj, akım ve sıcaklık aralığında çalışmasını sağlamak için her bir hücrenin uygun işleyişini düzenler. Ayrıca bu sayede her hücredeki şarj durumu ayarlanır ve dengelenir.
Gücü AC'ye dönüştürmek için invertörler akü sistemine bağlanır. Her BESS'te PCS (güç dönüştürme sistemi) olarak bilinen özel bir güç elektroniği seviyesi mevcuttur. Genellikle uygun izleme için gereken tüm yardımcı hizmetlerle birlikte bir dönüştürme biriminde gruplandırılır.
Sistem ve enerji akışının izlenmesi ve kontrolü (enerji yönetim sistemi) aşağıdaki adımlardan oluşur. Denetleyici kontrol ve veri toplama sistemi veya SCADA sistemi genellikle genel izleme ve kontrol fonksiyonlarını içerir. Öte yandan enerji yönetim sistemi, uygulama gereksinimlerine uygun olarak güç akışını izlemek için özel olarak tasarlanmıştır.
Orta gerilim/alçak gerilim trafo bağlantısı ve sistemin boyutuna bağlı olarak özel bir trafo merkezindeki yüksek gerilim/orta gerilim trafosu son bağlantılar olacaktır.
PV Modülü ve BESS Entegrasyonu
Bu serinin ilk bölümünde tartışıldığı gibi, yenilenebilir enerji kaynaklarının gelecekte elektrik sistemleri üzerinde önemli bir etkisi olması bekleniyor. Hem elektrik sistemi hem de yenilenebilir enerji santrali, BESS'in yenilenebilir bir enerji kaynağıyla entegrasyonundan faydalanabilir.
Aşağıda BESS'in bir elektrik santraline yardımcı olabileceği çeşitli yollar açıklanmaktadır:
Daha istikrarlı ve öngörülebilir bir üretim eğrisi elde etmek için bu, bulut örtüsü veya güçteki ani artışlar altında üretim profilinin "değişkenliğini" dengeleyecektir. Bulutlu bir günde bir PV santralinin üretim eğrisi ile gökyüzünün açık olduğu bir gün arasındaki kontrast Şekil 4'te gösterilmektedir. Bir BESS'in entegrasyonuyla üretim daha az "titreşim" sergileyecek ve daha düzenli bir eğri elde edilecektir.
Üretim eğrisi, zirve tıraşlamanın bir sonucu olarak "pürüzsüzleşecektir" (pik tıraşlama hakkında daha fazla bilgi için önceki makaleyi okuyun).
Şebeke desteği ve yan hizmetler açısından BESS, elektrik sistemi üzerinde önemli ölçüde daha az etkiyle frekans regülasyonu ve voltaj yönetimi (reaktif güç kompanzasyonuyla birlikte) sunarak enerji santralinin elektrik şebekesine entegrasyonunda önemli bir rol oynayabilir.
Yukarıda belirtilen hizmetlerin dışında, fotovoltaik modüller ve batarya enerji depolama sistemleri arasında bağlantı noktası değişiminden (POC) başlayarak daha fazla potansiyel işbirliği mevcuttur. PV modülünü "tamamlamak" için sıklıkla bir BESS kurulduğundan, varlığı POC'de ekstra güç gerektiremez.
Ek potansiyel işbirlikleri, PV modüllerinin bir BESS'e nasıl bağlanacağına ilişkin mimaride alınan kararlardan kaynaklanmaktadır. En az üç ana seçenek mevcuttur:
DC Kaplin: Bu seçenekte, voltajı dengelemek amacıyla pillerin ve PV modüllerinin DC tarafındaki BESS ve PV'yi bağlamak için özel bir DC/DC dönüştürücü kullanılır. Bu yöntemle tesisin tüm AC tarafı invertörleri PV modülü ile BESS arasında paylaşacaktır (bu senaryodaki invertör PQ diyagramının 4 çeyreğinde de çalışabilecektir). Bu seçim konutlar için oldukça yaygındır. uygulamalarda veya küçük bir tesis durumunda (kW). Büyük ölçekli bir tesis olması durumunda BESS saha boyunca dağıtılacaktır. Ancak DC voltajını ve her bir pil paketinin şarjını kontrol etmek özel ve pahalı bir mantık gerektirecektir.
İnvertörden Sonra AC Kaplini: Bu yöntem öncekiyle karşılaştırılabilir ancak BESS ve PV modülü bağlantı noktasını invertörlerden sonra yerleştirir. Bu durumda BESS ve PV modülünün her birinin kendine özel invertörü olacaktır. DC bağlantısı için ek kontrol mantığına ihtiyaç olmadığından bu yöntem konut uygulamaları için de popülerdir ve büyük tesislerde dağıtılmış bir BESS oluşturmak için kullanılabilir.
POC'de AC Bağlantısı:Bu çözümde PV modülü ve BESS yalnızca ara bağlantı olanağını paylaşırken, tesis düzeyinde tamamen ayrılmış bölümlere sahiptir.