Thiết bị cốt lõi của hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời bao gồm toàn bộ quá trình chuyển đổi năng lượng, lưu trữ, giám sát, quản lý và bảo vệ an toàn. Nó chủ yếu được phân loại thành năm thành phần: Hệ thống chuyển đổi năng lượng (PCS), hệ thống pin lưu trữ năng lượng, Hệ thống quản lý pin (BMS), Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) và thiết bị phụ trợ.
Hệ thống chuyển đổi năng lượng (PCS)
Đây là thiết bị cốt lõi để chuyển đổi hai chiều giữa dòng điện một chiều (DC) và dòng điện xoay chiều (AC), cho phép vận hành cả hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời và nối lưới:
(i) PCS nối lưới: Kết nối mảng quang điện (PV) và pin lưu trữ năng lượng với lưới điện công cộng. Nó cho phép năng lượng mặt trời dư thừa được tạo ra và không tiêu thụ tại chỗ được đưa vào lưới điện hoặc cho phép lưu trữ điện trong pin trong thời gian thấp điểm. Nó hỗ trợ các chức năng như cạo đỉnh/lấp đầy thung lũng (chênh lệch giá) và điều phối lưới điện. Công suất định mức chính dao động từ 3 kW đến 100 MW.
(ii) PCS không nối lưới: Được thiết kế cho các kịch bản lưới điện siêu nhỏ độc lập, hệ thống này hoạt động mà không phụ thuộc vào lưới điện công cộng. Nó cung cấp năng lượng mặt trời trực tiếp cho các tải đồng thời lưu trữ năng lượng dư thừa, đảm bảo cung cấp điện ổn định trong quá trình hoạt động “đảo” (độc lập).
Hệ thống pin lưu trữ năng lượng
Đây đóng vai trò là phương tiện chính để lưu trữ năng lượng mặt trời. Pin lithium sắt photphat (LiFePO4) hiện là lựa chọn chủ đạo cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng mặt trời, được ưa chuộng vì tuổi thọ dài và độ ổn định nhiệt tuyệt vời:
(i) Các tế bào và mô-đun pin: Các tế bào pin riêng lẻ được lắp ráp theo cấu hình nối tiếp và/hoặc song song thành các mô-đun được tiêu chuẩn hóa, được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu về công suất và công suất cụ thể.
(ii) Cụm pin và tủ lưu trữ: Nhiều mô-đun được lắp ráp thành cụm pin, tích hợp giao diện quản lý nhiệt và ngăn cháy và được đặt trong tủ. Các nhà máy điện cấp tiện ích quy mô lớn thường sử dụng các bộ lưu trữ dạng container, trong khi các ứng dụng dân dụng thường sử dụng các tủ nhỏ hơn, gắn trên tường hoặc đặt trên sàn.
Hệ thống quản lý pin (BMS)
Chịu trách nhiệm giám sát toàn bộ vòng đời và bảo vệ an toàn cho pin lưu trữ năng lượng:
1. Thu thập dữ liệu theo thời gian thực - bao gồm điện áp, nhiệt độ và dòng điện sạc/xả - từ từng tế bào pin riêng lẻ, với thông tin này được truyền đến Hệ thống quản lý năng lượng (EMS).
2. Cân bằng trạng thái sạc giữa các mô-đun pin để tránh sạc quá mức hoặc xả quá mức, từ đó kéo dài tuổi thọ tổng thể của pin. 3. Kích hoạt các cơ chế bảo vệ an toàn-chẳng hạn như cơ chế bảo vệ quá nhiệt, ngắn mạch hoặc cách điện-để nhanh chóng ngắt kết nối mạch bị ảnh hưởng và giảm thiểu rủi ro về an toàn.
Hệ thống quản lý năng lượng (EMS)
Đóng vai trò là cốt lõi cho việc lập kế hoạch và kiểm soát, EMS điều phối hoạt động của toàn bộ hệ thống lưu trữ năng lượng:
1. Thu thập dữ liệu về đầu ra của mảng quang điện (PV), giá điện lưới và mức tiêu thụ tải để tạo ra các chiến lược sạc/xả tối ưu.
2. Phối hợp với bộ biến tần lưu trữ năng lượng và Hệ thống quản lý pin (BMS) để tự động hóa việc sạc và xả, hỗ trợ các chế độ vận hành khác nhau như tự tiêu thụ, chênh lệch đỉnh-thung lũng và điều chỉnh tần số lưới.
3. Quản lý điều độ điện năng khi nối lưới, đáp ứng các lệnh điều tiết điện năng từ phía lưới điện để đảm bảo ổn định lưới điện.
Thiết bị phụ trợ
1. Thiết bị an ninh và an toàn phòng cháy chữa cháy: Tủ lưu trữ năng lượng được trang bị đầu báo khói và cảm biến nhiệt độ tích hợp. Các nhà máy điện quy mô lớn được trang bị hệ thống chữa cháy - chẳng hạn như những hệ thống sử dụng heptafluoropropane (HFC-227ea) hoặc chất khí phun - phải được lắp đặt bởi nhân viên có trình độ tuân thủ tiêu chuẩn quốc gia GB 55015, "Quy tắc chung về phòng cháy chữa cháy trong các tòa nhà".
2. Hệ thống quản lý nhiệt: Hệ thống dân dụng thường sử dụng hệ thống làm mát bằng không khí, trong khi các nhà máy điện quy mô lớn thường sử dụng hệ thống làm mát bằng chất lỏng. Chúng duy trì nhiệt độ hoạt động của pin trong phạm vi tối ưu từ 25 độ đến 35 độ, do đó kéo dài tuổi thọ của pin.
3. Phân phối nguồn AC/DC và chống sét: Bao gồm thiết bị chuyển mạch hạ thế, tủ phân phối DC, máy biến áp tăng áp (dành cho các nhà máy điện quy mô lớn) và thiết bị chống sét/nối đất. Các bộ phận này đảm bảo an toàn điện và tuân thủ tiêu chuẩn quốc gia GB 50054, "Quy tắc thiết kế lắp đặt điện hạ thế".
4. Thiết bị đầu cuối giám sát từ xa: Cho phép xem trạng thái thiết bị từ xa và đưa ra cảnh báo lỗi, cho phép nhân viên vận hành và bảo trì (O&M) phản ứng nhanh chóng với bất kỳ sự bất thường nào.