كيفية تصميم نظام تخزين الطاقة المنزلي ثلاثي الطور لشحن السيارات الكهربائية ومضخات الحرارة: مثال عملي

المنزل يحتوي على شاحن سيارة كهربائية بقدرة 22 كيلو وات. لا تحتاج البطارية إلى أن تكون بقدرة 22 كيلو وات.

يجب أن يتم تحديد حجم نظام تخزين الطاقة المنزلية ثلاثي الطور بناءً على الأحمال التي تتداخل فعليًا، وليس من خلال إضافة تصنيفات كل جهاز. بالنسبة لمنزل يحتوي على شاحن سيارة كهربائية ومضخة حرارة، يجب أن يحدد التصميم حد استيراد الشبكة، وتكوين الطور، وقوة شحن السيارة الكهربائية القابلة للتحكم، وطلب مضخة الحرارة، وقوة البطارية/المحول، والطاقة القابلة للاستخدام من البطارية، ومساهمة الطاقة الشمسية، ونطاق النسخ الاحتياطي. عادةً ما يكون شحن السيارة الكهربائية هو الحمل الكبير الأكثر مرونة؛ بينما عادةً ما تتلقى الأحمال الحرارية والأحمال الأساسية أولوية أعلى.

يستخدم هذا المثال العملي أرقام توضيحية بدلاً من تمثيل مشروع محدد لعميل Ruibit/Dawnice.

الهدف هو رؤية كيفية تفاعل قرارات التصميم.

المنزل

افترض وجود منزل ثلاثي الطور على الطراز الأوروبي مع:

إمداد الشبكة:3 × 25 A
الطاقة الشمسية على السطح:12 kWp
شاحن السيارة الكهربائية:11 kW، ثلاثي الطور
مضخة الحرارة:3.5 kW مدخل كهربائي نموذجي
أحمال منزلية أخرى:1.5 kW حمل مسائي نموذجي
البطارية المقترحة:فئة 20 kWh
محوّل نظام تخزين الطاقة المنزلية:ثلاثي الطور

السعة النظرية للشبكة ثلاثية الطور عند 400 فولت تقريبًا:

√3 × 400 × 25 ≈ 17.3 kW

هذا الرقم مهم على الفور.

إذا كان شاحن السيارة الكهربائية يستهلك 11 kW بينما تتطلب مضخة الحرارة والأسرة في الوقت نفسه 5 kW أخرى، فإن المنزل قريب بالفعل من حد الاتصال قبل أن يبدأ جهاز رئيسي آخر.

يمكن أن تساعد البطارية.

لكن التحكم في الحمل قد يكون أرخص من تصميم البطارية لحل كل مصادفة ممكنة.

18:10 — السيارة تتصل بالشاحن

يصل صاحب المنزل إلى المنزل.

في تلك اللحظة:

طلبات شحن السيارات الكهربائية: 11.0 كيلووات

مضخة الحرارة: 3.5 كيلووات

الأحمال المنزلية: 1.5 كيلووات

المجموع:

16.0 كيلووات

لا تحتاج البطارية إلى تزويد 16 كيلووات.

الشبكة لا تزال متاحة.

افترض أن استراتيجية إدارة الطاقة تحد من استيراد الشبكة إلى:

12 كيلووات

تساهم البطارية المطلوبة بـ:

16 − 12 = 4 كيلووات

يمكن أن تقوم بطارية المنزل المناسبة بتفريغ حوالي 4 كيلووات للحفاظ على الشبكة بالقرب من الحد المحدد.

لكن هناك خيار آخر.

تقليل شحن السيارة الكهربائية من 11 كيلووات إلى 7 كيلووات.

الآن:

7 + 3.5 + 1.5 = 12 كيلووات

التفريغ المطلوب من البطارية:

0 كيلووات

لهذا السبب سأدمج إدارة أحمال السيارات الكهربائية قبل شراء عاكس بطارية أكبر.

يمكن أن تبقى السيارة الكهربائية متصلة لمدة ثماني ساعات.

عادةً لا تحتاج إلى أقصى طاقة شحن كل دقيقة.

19:30 — الطهي يغير المعادلة

الآن أضف:

الطهي بالحث: 3 كيلووات

إذا كانت السيارة الكهربائية لا تزال تشحن عند 7 كيلووات:

السيارة الكهربائية: 7.0 كيلووات
مضخة الحرارة: 3.5 كيلووات
الطهي: 3.0 كيلووات
أحمال أخرى: 1.5 كيلووات

المجموع:

15 كيلووات

لدى نظام إدارة الطاقة خيارات.

يمكنه تفريغ البطارية بمقدار 3 كيلووات.

أو تقليل شحن السيارة الكهربائية بمقدار 3 كيلووات أخرى.

أو دمج كلاهما.

بالنسبة لهذا المنزل، سأعطي على الأرجح أولوية الحمل تقريبًا كما يلي:

الأحمال المنزلية الأساسية

→ مضخة الحرارة

→ الطهي

→ شحن EV

تصبح السيارة الكهربائية الحمل القابل للتعديل.

هذا يمنع نظام تخزين الطاقة المنزلي من إهدار دورات البطارية المكلفة ببساطة لأن السيارة لم تستطع الانتظار عشرين دقيقة عند طاقة الشحن الكاملة.

الآن قم بحساب حجم عاكس البطارية

لا تزال البطارية بحاجة إلى قدرة طاقة ذات معنى.

افترض أن أهداف التصميم هي:

تحديد استيراد الشبكة العادي

زيادة استهلاك الطاقة الشمسية الذاتي

تحويل الطاقة المسائية

توفير احتياطي مختار

بعد نمذجة ملف الحمل، افترض أننا نحدد أن8-10 كيلووات من طاقة العاكس ثلاثي الطوريتعامل مع واجبات البطارية المفيدة دون محاولة تزويد كل جهاز متصل بشكل مستقل.

هذا لا يعني أن أي عاكس بقدرة 10 كيلووات مناسب.

سأتحقق من:

بنية الخرج ثلاثية الطور

القيود لكل طور

نطاق جهد البطارية

تيار شحن/تفريغ البطارية

حدود مدخل الطاقة الشمسية

متطلبات الشبكة

سلوك الاحتياطي/نظام الطاقة الاحتياطية

اتصال نظام إدارة البطارية

وكيف ينسق نظام إدارة الطاقة شاحن السيارة الكهربائية.

بالنسبة لعرض أسعار نظام تخزين الطاقة المنزلي من Ruibit/Dawnice، يجب التعامل مع البطارية، العاكس، العداد/محول التيار والأحمال القابلة للتحكم كأنها نظام تشغيل واحد.

كم من طاقة البطارية؟

الآن انتقل من كيلووات إلى كيلووات ساعة.

افترض أن الوظيفة الرئيسية اليومية للبطارية هي تغطية الطلب على الطاقة المنزلية والتدفئة المسائية بعد انخفاض إنتاج الطاقة الشمسية.

من 17:00 إلى 23:00، افترض أن المنزل يستهلك:

مضخة حرارية: 9 كيلو واط ساعة

أحمال منزلية أخرى: 6 كيلو واط ساعة

طاقة السيارة الكهربائية الموردة من البطارية: 2 كيلو واط ساعة

إجمالي الطلب المدعوم من البطارية:

17 كيلو واط ساعة

أبطارية من فئة 20 كيلو واط ساعةيبدو الآن معقولاً.

لكن لا أفترض أن جميع الـ 20 كيلو واط ساعة تصل إلى أحمال التكييف.

نطاق حالة الشحن القابلة للاستخدام، خسائر العاكس، حدود البطارية واحتياطي النسخ الاحتياطي تقلل من الطاقة المتاحة للتوزيع اليومي.

إذا احتفظ صاحب المنزل بـ 20% للطوارئ، يجب على نظام إدارة الطاقة ألا ينفق نفس الطاقة على شحن السيارة الكهربائية فقط لأن تعرفة المساء مرتفعة.

تغير الطاقة الشمسية في منتصف النهار طاقة السيارة الكهربائية غدًا

في اليوم التالي، تنتج مجموعة الألواح الشمسية بقدرة 12 كيلو واط ذروة قوية في منتصف النهار.

بدلاً من تصدير كل شيء، يتم شحن البطارية.

إذا كانت السيارة الكهربائية متوقفة في المنزل، تظهر خيار آخر:

الألواح الشمسية → السيارة الكهربائية مباشرة

يمكن أن تكون هذه الطريقة أكثر كفاءة من:

الألواح الشمسية → البطارية → السيارة الكهربائية لاحقاً

عندما يسمح جدول السيارة بذلك.

لذا يجب أن تأخذ هرم التحكم في الاعتبار:

أحمال المنزل أولاً

طلب المضخة الحرارية

شحن البطارية / هدف الاحتياطي

شحن السيارة الكهربائية المرن

تصدير الشبكة

تتوقف الأولوية الدقيقة على التعريفات وأهداف صاحب المنزل.

لا توجد تسلسل عالمي.

ماذا يحدث أثناء انقطاع التيار الكهربائي؟

هنا سأقوم بتغيير القواعد عن عمد.

قد يرغب صاحب المنزل في:

التبريد

الإضاءة

الإنترنت

مضخة حرارية

مقابس مختارة

لكن ليس:

شحن EV بقدرة 11 كيلو واط

فرن كهربائي

أحمال كهربائية عالية أخرى اختيارية

هذا يعني أن الحمل الاحتياطي قد يكون فقط:

4-6 كيلو واط

بدلاً من 15-20 كيلو واط التي قد تحتاجها المنزل أحيانًا أثناء التشغيل العادي.

يمكن أن يقلل هذا التمييز بشكل كبير من سعة العاكس والبطارية المطلوبة لتحقيق المرونة المفيدة.

إذا كان شحن EV أثناء انقطاع التيار الكهربائي مطلوبًا حقًا، يجب تحديده بشكل صريح وتحديد حجم النظام وفقًا لذلك.

لا تدع "نسخة احتياطية للمنزل بالكامل" تتحول عن غير قصد إلى "كل الحمل يعمل بشكل طبيعي إلى الأبد."

التصميم النهائي هو استراتيجية تحكم

قد يبدو نظامنا الأولي على النحو التالي:

هذه افتراضات عمل، وليست توصية منتج عالمية.

قد يحتاج منزل مختلف إلى 15 كيلو واط ساعة.

قد يحتاج آخر إلى 30 كيلو واط ساعة.

يمكن أن يغير مضخة الحرارة الأكبر، وشاحن 22 كيلو واط، وثلاث سيارات كهربائية، والتدفئة الكهربائية المقاومة، واتصال الشبكة المختلف، أو التعريفة المختلفة التصميم تمامًا.

الدرس المهم هو تسلسل الحجم:

قيود الشبكة → تزامن الأحمال → الأحمال المرنة → كيلو واط العاكس → كيلو واط ساعة البطارية → حدود الاحتياطي → استراتيجية التحكم

ليس:

شاحن EV بقدرة 11 كيلو واط + مضخة حرارة بقدرة 8 كيلو واط = شراء عاكس بطارية بقدرة 19 كيلو واط.

في منزل ثلاثي الطور، غالبًا ما يأتي أفضل تصميم للبطارية من تحديد أي الأحماللا تحتاج إلى العمل بكامل الطاقة في نفس الوقت.

هذا صحيح بشكل خاص لشحن EV.

استخدم نظام تخزين الطاقة المنزلي للطاقة التي تحتاج إلى الانتقال عبر الزمن. استخدم إدارة الأحمال للطاقة التي يمكن ببساطة الانتظار.

الأسئلة الشائعة

1. هل يحتاج شاحن السيارة الكهربائية بقدرة 11 كيلو وات إلى عاكس بطارية منزلية بقدرة 11 كيلو وات؟

ليس بالضرورة. شحن EV عادة ما يكون حملًا مرنًا. يمكن أن تقلل إدارة الأحمال الديناميكية من قدرة الشحن عندما تعمل مضخة الحرارة، أو معدات الطهي، أو أحمال منزلية أخرى، مما يقلل من الطاقة المطلوبة من البطارية.

2. كيف يجب أن يتم تحديد حجم نظام تخزين الطاقة المنزلي ثلاثي الطور لشاحن السيارة الكهربائية ومضخة الحرارة؟

ابدأ بـحد اتصال الشبكة والأحمال المنزلية المتزامنة، ثم حدد أي الأحمال يمكن التحكم فيها. حدد كيلو واط العاكس لمساهمة البطارية المفيدة في الذروة وكيلو واط ساعة البطارية للطاقة المطلوبة لنقل الطاقة ومدة الاحتياطي.

3. هل يجب أن يعمل شاحن السيارة الكهربائية من البطارية المنزلية أثناء انقطاع التيار الكهربائي؟

عادة ما يكون من الأكثر عملية إعطاء الأولوية لـالأحمال المنزلية الأساسية والتدفئةمع تعطيل أو تحديد شحن EV. إذا كان شحن EV أثناء انقطاع التيار الكهربائي مطلوبًا، يجب تحديد حجم البطارية والعاكس بشكل خاص لهذا الحمل الإضافي.

4. لماذا يعتبر الشحن الديناميكي للسيارات الكهربائية مفيدًا مع نظام تخزين الطاقة المنزلية؟

يمكن أن يقلل الشحن الديناميكي من طاقة السيارة الكهربائية عندما يرتفع الطلب المنزلي ويزيدها عندما تتوفر السعة. يمكن أن يمنع ذلك انتهاكات حدود الشبكة ويتجنب تفريغ البطارية غير الضروري أو زيادة حجم العاكس.