In quanto apparecchiatura principale del sistema di accumulo di energia, il convertitore di accumulo di energia è uno strumento importante per la conversione di potenza, la gestione dell'energia, la garanzia della stabilità della rete, il miglioramento dell'efficienza energetica, ecc. Man mano che l'unità di potenza del convertitore di accumulo di energia si sposta verso un'elevata integrazione e un'elevata efficienza, lo sviluppo di frequenza e grande capacità pone requisiti sempre più elevati sulla dissipazione del calore.

1-Cambiamenti nei requisiti di raffreddamento

l Grazie alla cabina CC più grande, la capacità del convertitore continua ad aumentare e l'efficiente tecnologia di dissipazione del calore garantisce l'affidabilità dell'apparecchiatura.

Man mano che la capacità delle celle di accumulo di energia diventa sempre più grande, anche la capacità dei sistemi di accumulo di energia si sta espandendo simultaneamente. All'inizio del 2023, la capacità standard della batteria a cella singola da 20 piedi sul mercato era di soli 3,35 MWh. Nella seconda metà dell'anno, molte aziende di celle per batterie hanno lanciato prodotti di accumulo di energia da 310+Ah e la capacità della batteria a cella singola da 20 piedi è stata ampliata anche a 5 MWh. Tuttavia, meno di sei mesi dopo l'aggiornamento del modello da 5 MWh, alcuni importanti sistemi di accumulo di energia hanno rilasciato sistemi da 6 MWh e 8 MWh. Secondo l'esperienza generale, il convertitore di accumulo di energia è configurato a 1,2 volte la capacità di carico. La capacità della singola unità di un sistema di accumulo di energia da 5 MWh deve essere superiore a 2,5 MW. L'elevata potenza richiede una tecnologia di raffreddamento più efficiente per garantire un funzionamento stabile dell'apparecchiatura sotto carichi elevati sostenuti.

Evoluzione iterativa dello schema di topologia di integrazione del sistema di accumulo di energia

l L'applicazione della tecnologia ad alta tensione CC richiede che i dispositivi abbiano livelli di tensione di tenuta e resistenza dell'isolamento più elevati, inoltre la dissipazione del calore dei dispositivi di potenza è notevole.

Per adattarsi al sistema di accumulo di energia di grande capacità, la tecnologia ad alta tensione CC è diventata una tendenza tecnica. Attraverso l'aumento del livello di tensione, è possibile ottenere risparmio energetico, efficienza e miglioramento delle prestazioni. L'aggiornamento della tensione a 1500 V ha avuto origine dal fotovoltaico e ora il fotovoltaico è coinvolto nell'accumulo di energia. Tuttavia, l'evoluzione ad alta tensione del PCS di accumulo di energia ha ancora molta strada da fare e alcuni produttori hanno iniziato a ottimizzarla e spingerla a 2000 V. L'applicazione della tecnologia ad alta tensione CC costringe i dispositivi elettronici di potenza nei convertitori di accumulo di energia ad avere livelli di tensione di tenuta più elevati e una maggiore resistenza di isolamento per adattarsi agli ambienti di lavoro ad alta tensione. Negli ambienti ad alta tensione, la progettazione della dissipazione del calore dei dispositivi di potenza diventa più importante. La temperatura di giunzione pn dei dispositivi di potenza generalmente non può superare i 125 °C e la temperatura del guscio del pacchetto non supera gli 85 °C.

l I sistemi di accumulo di energia in rete richiedono algoritmi di controllo complessi, progetti di circuiti e convertitori di accumulo di energia ad alta densità di potenza

A differenza delle caratteristiche essenziali delle fonti di corrente nei sistemi di accumulo di energia grid-forming, i sistemi di accumulo di energia grid-forming sono essenzialmente fonti di tensione che possono impostare internamente parametri di tensione per generare tensione e frequenza stabili. Pertanto, è necessario che i convertitori grid-forming simulino le caratteristiche dei generatori sincroni, fornendo supporto per tensione e frequenza per migliorare la stabilità del sistema di alimentazione. Questa strategia di controllo richiede che i convertitori possiedano una maggiore densità di potenza e algoritmi di controllo più complessi, nonché dispositivi di alimentazione ad alte prestazioni e progetti di circuiti più intricati per implementare la strategia di controllo. Gestire efficacemente il calore generato da un'elevata densità di potenza e strategie di controllo complesse, riducendo al contempo le dimensioni e il costo del sistema di raffreddamento senza compromettere le prestazioni, è diventata una nuova sfida nella progettazione termica.

2- Confronto delle soluzioni di raffreddamento comuni

Negli ultimi anni la soluzione di raffreddamento per gli inverter con accumulo di energia ha subito una significativa evoluzione iterativa, che si riflette principalmente nella transizione della tecnologia di raffreddamento dal tradizionale raffreddamento ad aria a quella a liquido.

l Soluzione di raffreddamento ad aria

Il raffreddamento ad aria è la forma di controllo della temperatura utilizzata nella fase iniziale dei convertitori di accumulo di energia. Utilizza l'aria come mezzo e dissipa il calore tramite ventole e radiatori. La soluzione di raffreddamento ad aria migliora l'efficienza di dissipazione del calore riducendo costantemente il consumo di energia, ottimizzando la struttura e migliorando i materiali di dissipazione del calore. Al livello di potenza di 2,5 MW, il raffreddamento ad aria può ancora soddisfare i requisiti.

l Soluzione di raffreddamento a liquido

Poiché la densità di potenza e la densità energetica dei sistemi di accumulo di energia continuano ad aumentare, il PCS raffreddato a liquido utilizza un refrigerante con elevata conduttività termica come mezzo. Il refrigerante è azionato da una pompa dell'acqua per circolare nella piastra fredda e non è influenzato da fattori quali altitudine e pressione dell'aria. Il sistema di raffreddamento a liquido ha un'efficienza di dissipazione del calore più efficiente rispetto al sistema di raffreddamento ad aria. La soluzione di raffreddamento a liquido ha un grado di corrispondenza più elevato e ha iniziato a essere esplorata e resa popolare negli ultimi uno o due anni.

Oltre alla soluzione di accumulo di energia con raffreddamento a liquido completo, alcuni produttori hanno lanciato macchine di raffreddamento diretto con accumulo di energia, che utilizzano il raffreddamento diretto a cambiamento di fase e nessuna circolazione d'acqua. Anche le soluzioni di raffreddamento diretto stanno entrando nel campo dell'accumulo di energia.

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