Sólarljósker reiða sig á sólarljósið. Orkugeymslukerfi rafhlöðu eru gerð til að taka upp og losa orku á réttum tíma. Sem dæmi um heitan sumardag virðist hann passa fullkomlega þar sem það er mikil sól, mikil orka sem myndast og mikil eftirspurn eftir kælingu, en raunveruleikinn er miklu flóknari. Sem afleiðing af auknum hitabylgjum byrjaði mikill hiti að virka sem tilraun sem leiðir í ljós gallana, flýtir fyrir niðurbrotsferlinu og dregur í efa hversu örugg PV og geymslukerfi eru í raun og veru.
Sólarþversögnin: meiri sól, minna afl?
Það hljómar öfugsnúið: PV spjöld breyta sólarljósi í rafmagn, svo hvers vegna dregur heitara veður úr framleiðslu þeirra? Svarið liggur íhitastuðullaf ljósafrumum.
Staðlaðar prófunaraðstæður gefa PV einingum einkunn við 25 gráðu frumuhita með 1000 W/m² geislun. Á vettvangi hækkar hitastig eininga venjulega vel yfir umhverfishita á heitum, sólríkum dögum. Kristallaðar sílikon sólarsellur-ríkjandi tækni í dag-sýna neikvæðan aflhitastuðul, venjulega á milli –0,38% og –0,44% á gráðu á Celsíus. Þetta þýðir að fyrir hverja 1 gráðu hækkun á hitastigi frumunnar lækkar rafframleiðsla einingarinnar um u.þ.b. 0,38% til 0,44%.
Lítum á hagnýtt dæmi: ef frumuhiti hækkar úr 25 gráðum í 65 gráður -algeng atburðarás síðdegis á sumrin-nær orkutapið um 16% (miðað við –0,4%/gráðu). Við miklar hitabylgjuaðstæður getur hitastig frumunnar farið yfir 70 gráður og ýtt heildarrýrnuninni yfir 17%. Vettvangsrannsóknir hafa sýnt að meðan á langvarandi hitabylgjum stendur geta PV eldisstöðvar tapað allt að 90% af framleiðslugetu sinni á klukkustund, ekki vegna skýjahulu, heldur eingöngu vegna hitauppstreymisáhrifa.
Hins vegar verður að hafa í huga að hitastig er sjaldan eini þátturinn sem kemur til greina. Hiti gegnir auknu hlutverki þegar önnur vandamál eru þegar fyrir hendi. Óhreinar einingar, skygging að hluta, vöxtur plantna og allir skemmdir hlutar eininganna verða sérstaklega mikilvægir við aðstæður með mikilli geislun og hitastigi. Dæmigerð dæmið getur verið "heitur blettur" fyrirbæri, þegar skyggða eða skemmda einingin eyðir orku í stað þess að framleiða hana og þar með hækkar hitastigið á tilteknum stað. Þar að auki eru PV inverters rafeindatæki með takmarkað notkunarsvið. Þannig, þegar umhverfishiti hækkar, minnkar skilvirkni kælingar inverterans, sem leiðir til ofhitnunar inni í inverterinu og sem getur valdið rýrnun eða jafnvel stöðvun kerfisins, og þannig aukið á öldrun einingarinnar og dregið úr skilvirkni sólarorkuversins almennt.
Rafhlöður undir eldi: The Double Whammy of Heat
Fyrir litíumjónarafhlöður er hitinn enn erfiðari. Þessi rafefnafræðilegu kerfi brotna niður með tveimur aðalaðferðum: dagatalsöldrun (tíma-háð, óháð notkun) og öldrun í hringrás (hleðsla-afhleðsla). Báðir eru undir sterkum áhrifum af hitastigi, hleðsluástandi (SoC), dýpt losunar og hleðslu/hleðsluhraða.
Rannsóknir sýna stöðugt að hár hiti, ásamt mikilli SoC og djúpum hjólreiðum, flýtir fyrir að getu dofnar verulega. Í PV-tengdum forritum eru rafhlöður oft hlaðnar hratt á háum sólarorku um miðjan dag, þeim er síðan haldið á háu SoC í nokkrar klukkustundir á meðan umhverfishiti helst hátt. Þetta rekstrarmynstur-hraðhleðslu sem fylgt er eftir af langvarandi há-SoC í bleyti í hita-er sérstaklega skaðlegt. Fyrir hverja 10 gráðu hækkun á meðalhitastigi getur öldrunarhraði dagatalsins um það bil tvöfaldast, samkvæmt hegðun Arrheniusar sem sést í mörgum litíumjóna efnafræði.
Fyrir utan innri frammistöðuvandamál er annar mikilvægur þáttur öryggi. Lithium-rafhlöður geta lent í ýmsum vandamálum, svo sem ofhleðslu eða skemmdum vegna vélræns álags eða skammhlaups í íhlutum þeirra. Fyrir vikið hækkar hitastigið upp í og yfir 130 gráður; þetta spark-ræsir röð viðbragða inni í rafhlöðunni, þar með talið niðurbrot á SEI og uppgufun raflausnarinnar. Ef hitastigið heldur áfram að hækka gæti fruman hækkað yfirborðshita sinn í og yfir 1200 gráður og losað eldfimt gas við hitastig yfir 600 gráður. Fyrir stórar rafhlöður sem eru mikið notaðar í dag í iðnaðarlausnum getur hitastigið á flóttanum farið yfir 800 gráður.
Hitastjórnunarkerfi-loftkælingar, vökvakælingar, fasaskipta efnis-verða að vinna erfiðara við heitar aðstæður, neyta sníkjudýraafls og draga úr heildarnýtni kerfisins. Þegar hitastig klefi, rekki eða annars íláts nær ákveðnum mörkum mun rafhlöðustjórnunarkerfið (BMS) sjálfkrafa draga úr framleiðslu og takmarka virkni. Þó núverandi rafhlöðuorkugeymslukerfi (BESS) innihaldi varaskynjara, brunavarnakerfi og kælikerfi, þá er enn hætta á hitauppstreymi þar sem gallar í framleiðslu einstakra frumna geta verið ógreindir þar til þær verða fyrir miklum hita. Þess vegna er mikilvægt að hanna þessi kerfi á þann hátt sem kemur í veg fyrir stigmögnun bilana, til að koma auga á vandamál sem gætu leitt til-gátunar og til að koma í veg fyrir að staðbundin atvik verði hamförum.
Áskoranir á kerfisstigi: PV-geymslutangó
Í blendingum sólar-plus-geymslustöðvum renna varmaáhrif saman og hafa samskipti. PV fylkið framleiðir hámarksorku við hámarksgeislun en tapar hluta vegna hita. Geymslukerfið, sem hefur það hlutverk að gleypa afgangsorku á hádegi, verður samtímis fyrir mestu hleðsluálagi á heitustu tímunum. Þetta skapar rekstrarþversögn: frá sjónarhóli hagræðingar á neti er skynsamlegt að hlaða rafhlöðuna að fullu á hádegi og halda henni á háum SoC fyrir hámarksafhleðslu á kvöldin; Hins vegar, frá langlífi og öryggissjónarmiði, flýtir þessi sama aðferð fyrir niðurbroti og eykur hitauppstreymi.
Þannig má segja að það sé enginn alhliða „besti“ rekstrarhamur. Nauðsynlegt er að jafna mögulegar tekjur af orkuviðskiptum, hámarka eigin-notkun, tíðniviðbrögð með tilliti til taps á skilvirkni, kæliorku, hraðari slits á rafhlöðum og meiri hættu á ófyrirséðum stöðvun. Nútíma orkustjórnunarkerfi (EMS) eru að þróast til að stjórna þessum margbreytileika-EMS kerfi fylgjast með hitastigi eininga og frumna, veðurspám, markaðsverði og netmerkjum og búa til viðeigandi rekstraráætlanir. Til dæmis getur verið hagkvæmt réttlætanlegt að frysta rafhlöðuna á nóttunni, stjórna hleðsluhraðanum á meðan hitinn stendur eða jafnvel takmarka vísvitandi raforkuframleiðslu.
Niðurstaða: Verkfræðiþol fyrir heitari framtíð
Mikill hiti er nú algengt fyrirbæri frekar en undantekning; það er að verða reglulegt próf fyrir endurnýjanlega orkutækni. Að standast prófið þarf að hugsa-í gegnum allt kerfið og ekki bara velja einingar með bættum hitastuðli eða setja upp stærri kælitæki. Þess í stað þarf árangursríka varmahönnun, -sérstaka líkangerð (með hliðsjón af örloftslagi og loftræstingu), rétt viðhald (þar á meðal innrauða skoðanir og notkun rauntímagagnagreiningar) og snjallar rekstrarákvarðanir sem ættu að vera teknar í jafnvægi til skamms-fjárhagslegs ávinnings og langtíma-heilsu eignarinnar.
Með því að hraða orkuskiptin og meiri sólar- og geymslugeta þróast á heitum, þurrum og suðrænum svæðum, verður hæfileikinn til að skilja og takast á við hitauppstreymi nauðsynleg fyrir alla þróunaraðila, rekstraraðila og fjárfesta. Til þess að takast á við hita verðum við að meðhöndla hann ekki sem eftiráhugsun heldur sem grunnhönnunarbreytu frá upphafi verkefnisins.
