Como equipo central del sistema de almacenamiento de energía, el convertidor de almacenamiento de energía es una herramienta importante para la conversión de energía, la gestión de energía, la garantía de la estabilidad de la red, la mejora de la eficiencia energética, etc. A medida que la unidad de potencia del convertidor de almacenamiento de energía avanza hacia una alta integración y alta eficiencia, el desarrollo de la frecuencia y la gran capacidad impone requisitos cada vez más altos en la disipación de calor.

1-Cambios en los requerimientos de refrigeración

l A juego con la cabina de CC más grande, la capacidad del convertidor continúa aumentando y la tecnología de disipación de calor eficiente garantiza la confiabilidad del equipo.

A medida que la capacidad de las celdas de almacenamiento de energía se hace cada vez mayor, la capacidad de los sistemas de almacenamiento de energía también se está expandiendo simultáneamente. A principios de 2023, la capacidad estándar de la batería de una sola celda de 20 pies en el mercado era de solo 3,35 MWh. En la segunda mitad del año, muchas empresas de celdas de batería lanzaron productos de almacenamiento de energía de 310+Ah, y la capacidad de la batería de una sola celda de 20 pies también se amplió a 5 MWh. Sin embargo, menos de medio año después de que se actualizara el modelo de 5 MWh, algunos sistemas de almacenamiento de energía líderes lanzaron sistemas de 6 MWh y 8 MWh. Según la experiencia general, el convertidor de almacenamiento de energía está configurado a 1,2 veces la capacidad de carga. La capacidad de una sola unidad de un sistema de almacenamiento de energía de 5 MWh debe ser superior a 2,5 MW. La alta potencia requiere una tecnología de refrigeración más eficiente para garantizar un funcionamiento estable del equipo bajo cargas elevadas sostenidas.

Evolución iterativa del esquema topológico de integración del sistema de almacenamiento de energía

l La aplicación de tecnología de alto voltaje de CC requiere que los dispositivos tengan niveles de voltaje soportado y resistencia de aislamiento más elevados, y la disipación de calor de los dispositivos de potencia es grave.

Para adaptarse al sistema de almacenamiento de energía de gran capacidad, la tecnología de alto voltaje de CC se ha convertido en una tendencia técnica. A través del aumento del nivel de voltaje, se puede lograr ahorro de energía, eficiencia y mejora del rendimiento. La actualización de voltaje de 1500 V se originó a partir de la energía fotovoltaica, y ahora la energía fotovoltaica está involucrada en el almacenamiento de energía. Sin embargo, la evolución de alto voltaje de los PCS de almacenamiento de energía aún tiene un largo camino por recorrer, y algunos fabricantes han comenzado a optimizarlo y llevarlo a 2000 V. La aplicación de la tecnología de alto voltaje de CC obliga a los dispositivos electrónicos de potencia en los convertidores de almacenamiento de energía a tener niveles de voltaje de resistencia más altos y mayor resistencia de aislamiento para adaptarse a entornos de trabajo de alto voltaje. En entornos de alto voltaje, el diseño de disipación de calor de los dispositivos de potencia se vuelve más importante. La temperatura de la unión pn de los dispositivos de potencia generalmente no puede superar los 125 °C, y la temperatura de la carcasa del paquete no supera los 85 °C.

l Los sistemas de almacenamiento de energía en red requieren algoritmos de control complejos, diseños de circuitos y convertidores de almacenamiento de energía de alta densidad de potencia.

A diferencia de las características esenciales de las fuentes de corriente en los sistemas de almacenamiento de energía que forman la red, los sistemas de almacenamiento de energía que forman la red son esencialmente fuentes de voltaje que pueden establecer internamente parámetros de voltaje para generar un voltaje y una frecuencia estables. Por lo tanto, se requiere que los convertidores que forman la red simulen las características de los generadores sincrónicos, proporcionando soporte para el voltaje y la frecuencia para mejorar la estabilidad del sistema de energía. Esta estrategia de control requiere que los convertidores posean una mayor densidad de potencia y algoritmos de control más complejos, así como dispositivos de potencia de mayor rendimiento y diseños de circuitos más intrincados para implementar la estrategia de control. La gestión eficaz del calor generado por la alta densidad de potencia y las estrategias de control complejas, al tiempo que se reduce el tamaño y el costo del sistema de enfriamiento sin comprometer el rendimiento, se ha convertido en un nuevo desafío en el diseño térmico.

2- Comparación de soluciones de refrigeración habituales

La solución de refrigeración para inversores de almacenamiento de energía ha experimentado una importante evolución iterativa en los últimos años, reflejada principalmente en la transición de la tecnología de refrigeración del enfriamiento por aire tradicional a la tecnología de enfriamiento por líquido.

l Solución de refrigeración por aire

El enfriamiento por aire es la forma de control de temperatura utilizada en la etapa inicial de los convertidores de almacenamiento de energía. Utiliza aire como medio y disipa el calor a través de ventiladores y radiadores. La solución de enfriamiento por aire mejora la eficiencia de disipación de calor al reducir continuamente el consumo de energía, optimizar la estructura y mejorar los materiales de disipación de calor. En el nivel de potencia de 2,5 MW, el enfriamiento por aire aún puede cumplir con los requisitos.

l Solución de refrigeración líquida

A medida que la densidad de potencia y la densidad energética de los sistemas de almacenamiento de energía siguen aumentando, los PCS refrigerados por líquido utilizan un refrigerante con alta conductividad térmica como medio. El refrigerante es impulsado por una bomba de agua para circular en la placa fría y no se ve afectado por factores como la altitud y la presión del aire. El sistema de refrigeración por líquido tiene una eficiencia de disipación de calor más eficiente que el sistema de refrigeración por aire. La solución de refrigeración por líquido tiene un mayor grado de coincidencia y ha comenzado a explorarse y popularizarse en los últimos uno o dos años.

Además de la solución de almacenamiento de energía con refrigeración líquida completa, algunos fabricantes han lanzado máquinas de refrigeración directa con almacenamiento de energía, que utilizan refrigeración directa por cambio de fase y sin circulación de agua. Las soluciones de refrigeración directa también están entrando en el campo del almacenamiento de energía.

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