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Quattro Stoccaggio di energia nella produzione di energia fotovoltaica? | Demuda

Luglio 27, 2023

Con il rapido sviluppo dell'economia, il problema della carenza di energia è diventato sempre più grave. Di fronte alla duplice pressione della domanda energetica e della protezione ambientale, i paesi di tutto il mondo hanno adottato strategie come il miglioramento dell'efficienza nell'utilizzo dell'energia, l'ottimizzazione della struttura energetica e lo sviluppo di energie rinnovabili. Come rappresentante della nuova generazione di energia, l'energia solare fotovoltaica (FV) è stata ampiamente applicata nella produzione pratica. Tuttavia, a differenza delle fonti di energia tradizionali, la potenza di uscita dei sistemi fotovoltaici fluttua in modo significativo con i cambiamenti dei fattori ambientali come l'intensità della luce solare e la temperatura. È anche caratterizzato da incontrollabilità. Pertanto, se l'energia fotovoltaica deve sostituire le fonti energetiche tradizionali e ottenere una generazione di energia connessa alla rete su larga scala, l'impatto sulla rete elettrica non può essere ignorato. Inoltre, poiché la percentuale di sistemi fotovoltaici nella rete elettrica continua ad aumentare, una gestione efficace dell'impatto sulla rete elettrica è essenziale per garantire un'alimentazione elettrica sicura e affidabile. L'applicazione di sistemi di accumulo di energia nei sistemi fotovoltaici può risolvere il problema dello squilibrio di potenza e soddisfare i requisiti per il normale funzionamento. I sistemi di accumulo di energia svolgono un ruolo fondamentale nel garantire il funzionamento stabile delle centrali fotovoltaiche. Non solo garantiscono la stabilità e l'affidabilità del sistema, ma forniscono anche una soluzione efficace ai problemi di qualità dell'alimentazione dinamica, come picchi di tensione, sovratensioni, cadute di tensione e interruzioni momentanee dell'alimentazione. 


Ecco quattro tecnologie comuni di accumulo di energia nei sistemi fotovoltaici:


1. Immagazzinamento dell'energia della batteria:Lo stoccaggio dell'energia della batteria è uno dei metodi di stoccaggio più promettenti. È caratterizzato da elevata affidabilità e modularità, che lo rendono adatto a reti di distribuzione in aree con elevati requisiti di qualità dell'energia. L'accumulo di energia della batteria utilizza le reazioni di riduzione dell'ossido degli elettrodi della batteria per immagazzinare e rilasciare energia. Può soddisfare la domanda di energia durante i picchi di carico del sistema e assistere nella compensazione della potenza reattiva, aiutando a sopprimere le fluttuazioni di tensione e il flicker. I tipi di batterie comuni includono batterie al piombo, batterie agli ioni di litio, batterie sodio-zolfo e batterie a flusso. Uno studio [9] analizza il ruolo delle batterie nei sistemi fotovoltaici, evidenziando le loro capacità di accumulo di energia e la capacità di fornire una grande corrente istantanea per regolare la tensione di lavoro delle celle solari. Un altro studio [10] si concentra su diverse tecnologie comuni di accumulo di energia chimica, selezionando indicatori tecnici chiave e raccogliendo i dati applicativi più recenti fino al 2011. Attraverso il metodo dell'analisi dell'avvolgimento dei dati (DEA), lo studio esplora i vantaggi e gli effetti applicativi di vari sistemi di accumulo di energia chimica tecnologie, fornendo suggerimenti e riferimenti per le future direzioni di ricerca nella tecnologia di stoccaggio dell'energia chimica.


2. Accumulo di energia del supercondensatore: I supercondensatori sono dispositivi di accumulo di energia realizzati con materiali speciali con costante dielettrica più elevata, maggiore densità di energia e rilascio di energia più rapido rispetto ai condensatori convenzionali. I supercondensatori possono essere suddivisi in condensatori a doppio strato e condensatori elettrochimici basati su diversi principi di accumulo di energia. Come componente emergente per lo stoccaggio dell'energia, i supercondensatori presentano molti vantaggi rispetto ad altri metodi di stoccaggio. Hanno un'elevata densità di potenza, una lunga durata dei cicli di carica-scarica, un'elevata efficienza di carica-scarica, un rapido tasso di carica-scarica, buone prestazioni alle alte e basse temperature e una lunga durata di accumulo di energia. Tuttavia, i supercondensatori presentano anche alcuni inconvenienti, come la bassa densità di energia e l'ampio intervallo di fluttuazione della tensione del terminale, nonché il problema dell'equalizzazione della tensione nei condensatori in serie. Considerando le caratteristiche di batterie e supercondensatori, entrambe le tecnologie presentano una forte complementarità in termini di prestazioni tecniche. Combinandoli, le prestazioni dei dispositivi di accumulo dell'energia possono essere notevolmente migliorate. Uno studio [14] ha scoperto che mettendo in parallelo i supercondensatori con le batterie, la capacità di erogazione di potenza del sistema di accumulo di energia ibrido può essere migliorata, le perdite interne possono essere ridotte e il tempo di scarica può essere aumentato. Può anche ridurre il numero di cicli di carica-scarica delle batterie e prolungarne la durata, nonché ridurre le dimensioni dei dispositivi di accumulo dell'energia, migliorare l'affidabilità e l'economia dei sistemi di alimentazione.


3. Immagazzinamento dell'energia del volano:L'accumulo di energia del volano è un metodo di accumulo meccanico che offre vantaggi quali alta efficienza, breve periodo di costruzione, lunga durata, elevata capacità di accumulo di energia, ricarica rapida, scarica rapida, cicli di carica-scarica illimitati e rispetto dell'ambiente. Tuttavia, il costo di manutenzione dello stoccaggio dell'energia del volano è relativamente più elevato rispetto ad altri metodi di stoccaggio. Uno studio [15] ha proposto un controllo del livellamento della potenza attiva basato sul controllo sfocato per i sistemi di accumulo di energia del volano fotovoltaico. Lo studio ha analizzato la velocità del volano, la potenza erogata e il coefficiente di livellamento del sistema di accumulo dell'energia del volano fotovoltaico attraverso la simulazione utilizzando la piattaforma Matlab/Simulink, confrontandolo con altri due dispositivi: senza accumulo dell'energia del volano e semplice accumulo dell'energia del volano. Un altro studio [16] ha introdotto il sistema di accumulo dell'energia del volano nei sistemi fotovoltaici basato sull'inseguimento del punto di massima potenza e sul controllo dell'inverter connesso alla rete per ottenere una potenza stabile alla rete. Per garantire un'uscita di energia elettrica regolabile e stabile dal sistema fotovoltaico, la strategia di controllo ha adottato il controllo dell'anello interno della corrente e il controllo dell'anello esterno della tensione durante la carica e il controllo dell'anello interno della corrente e il controllo dell'anello esterno della tensione durante la scarica. Questo approccio consente l'emissione stabile e controllabile di potenza attiva, sopprimendo efficacemente le fluttuazioni causate dalle variazioni della luce solare e della temperatura ambientale.


4. Accumulo di energia superconduttore:I sistemi di accumulo di energia magnetica superconduttiva (SMES) immagazzinano l'energia del campo magnetico generata dalla rete elettrica in bobine costituite da fili superconduttori e rilasciano l'energia immagazzinata nella rete quando necessario. I componenti tipici di un sistema SMES includono bobine superconduttrici collocate in un contenitore di raffreddamento isolato sotto vuoto, sistemi criogenici e sottovuoto e dispositivi elettronici di potenza per scopi di controllo. La corrente nell'induttore ad anello chiuso formato dalle bobine superconduttrici circola senza alcuna dissipazione. Rispetto ad altre tecnologie di stoccaggio dell'energia, le PMI presentano vantaggi significativi. Grazie alla sua capacità di immagazzinare energia senza perdite per lunghi periodi, SMES raggiunge un'elevata efficienza di ritorno energetico. Ha anche un rapido rilascio di energia, che in genere richiede solo pochi secondi. L'adozione di SMES facilita la regolazione della tensione di rete, della frequenza e della potenza attiva e reattiva. Uno studio [17] ha proposto l'uso di unità SMES per stabilizzare la tensione e la frequenza in uscita dai generatori eolici. L'unità SMES è stata collegata alla sbarra collettrice di un generatore asincrono e il controller attivo di SMES ha adottato la deviazione della velocità del generatore asincrono come segnale di controllo. Un altro studio [18] ha suggerito di utilizzare la deviazione di tensione come segnale di controllo per il controller attivo di SMES per affrontare i frequenti guasti di cortocircuito della linea di contatto e i disturbi della velocità del vento nei parchi eolici. Vari studi hanno dimostrato le eccellenti prestazioni dei dispositivi SMES nel migliorare la stabilità del parco eolico.


Queste tecnologie di accumulo dell'energia svolgono un ruolo cruciale nei sistemi fotovoltaici, garantendone il funzionamento stabile e fornendo un'alimentazione elettrica sicura e affidabile. Con i continui progressi tecnologici e la maturazione, le tecnologie di stoccaggio dell'energia contribuiranno sempre più allo sviluppo delle energie rinnovabili e al raggiungimento degli obiettivi di sviluppo sostenibile.


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