モジュール式商用バッテリーストレージ: 積み重ね可能なアーキテクチャから統合キャビネットシステムまで

モジュール式の商用バッテリー ストレージは、既存のものを取り外すのではなく、ユニットを追加することで容量を追加するという 1 つのアイデアに基づいて構築されています。現在の負荷に合わせてシステムのサイズを設定し、ビジネス ケースが変化したときに拡張することができます。- は、大規模な再配線や機器の交換を行うことなく頻繁に行うことができます。

実際には、そのアイデアは 2 つの形式で現れます。積み重ね可能なバッテリー モジュール - バスバーを介して接続される 5 ～ 10 kWh 範囲の個々の LFP ユニット - は、合計必要量が数百キロワット時未満に収まる小規模な商業施設に適しています。-。統合キャビネット システムは、同様の追加-非置換-ロジックを採用し、バッテリー セル、PCS、BMS、EMS、熱管理、消火器を 1 つの耐候性エンクロージャ内に収め、より高いレベルでパッケージ化します。通常、ユニットあたり約 200 kWh から始まります。どちらも単位を追加することでスケールします。違いは、「ユニット」とは何か、そしてそれがサイトに届くまでにメーカーがどの程度の統合を処理するかです。

スタッカブル モジュールのエントリ ポイント

積み重ね可能なバッテリー モジュールは、市販のストレージとほぼ同じくらいプラグ アンド プレイに近いものです。{0}{1}各ユニット - は通常、5 ～ 10 kWh を保持する 48V または 51.2V LFP ブロック - には、セル電圧、温度、充電状態を監視する独自の BMS があります。積み重ねて、バスバーまたはクイック プラグ コネクタを介して接続し、互換性のあるインバータとペアリングすると、システムは 1 つのバッテリー バンクを認識します。{10}}

この形式が小規模な C&I プロジェクトで普及した理由は実用的だからです。単一モジュールの重量は 45 ～ 55 kg です。設置者2名で持ち運び可能です。 10 kWh の拡張は、電気室の再構成ではなく、ボックス 1 台の追加と 15 分の労力を意味します。また、各モジュールは独立した BMS 障害分離を実行するため、1 つのモジュール内の弱いセルが文字列 - をダウンさせることはなく、BMS はそのモジュールをオフラインにし、残りのモジュールは実行を続けます。これは、請求ピーク時間帯の計画外のダウンタイムがドルの価値を持つ商業施設では重要です。

スタッカブル モジュールに負担がかかり始めるのは、数百キロワット時を超える電力が必要な場合、またはサイクル強度が 1 日に 1 回の緩やかなピークを超えて、積極的なデマンド レスポンスや周波数調整が行われる場合です。--その時点で、モジュール間接続の数、分散型熱管理の限界、および多数の小型 BMS ユニットを並列接続する複雑さが不利になり始めます。-そこで、一体型キャビネットが活躍します。

統合キャビネットの内部: サブシステムがどのように連携するか

高度な統合モジュラー ユニットがどのようなものかを示すために、-商用屋外キャビネット - 内で 6 つのコア サブシステムが、弊社の125kW/241kWhシステムこのクラスの製品が一般的にどのように構築されるかを示す一例です。

• 電力変換システム (PCS) は、バッテリーの DC 側と施設の AC グリッドの間に設置されます。このユニットでは、125 kW 双方向インバータ - グリッド-およびオフグリッド モード、380 V/400 V/415 V 三相、50/60 Hz-} です。双方向とは、料金の安い時間帯にはグリッドまたは太陽光発電から同じハードウェアを充電し、ピーク料金時には蓄えられた電力を施設に押し戻すことを意味します。
• エネルギー管理システム (EMS) がその時期を決定します。ピークカット スケジュール、TOU 裁定取引、太陽光発電の自己消費の最適化、デマンド レスポンス ディスパッチ - EMS は、電池の箱を実際に公共料金の請求書に記載されるものに変えるものです。 SCADA API アクセスを備えたシステムは、より広範なビル管理または産業用制御インフラストラクチャと連携できます。
• BMS はセル レベルで動作します。 240- シリーズ LFP ストリング全体で、セルごとの電圧、電流、温度を監視し、アクティブに充電のバランスをとって弱いセルのドリフトを防ぎ、±2% の精度で充電状態を追跡します。その方法については以前に書きましたBMS の品質が実際の BESS パフォーマンスを決定します。{0}セル グレードよりも頻繁に - これが実行されるレイヤーです。
• 静的転送スイッチ（STS）は、グリッド-から-オフ-へのグリッドの移行を 20 ミリ秒未満で処理します -。サーバー、冷凍、生産制御が中断を記録しないほどの速さです。すべてのキャビネットに UPS が搭載されているわけではありませんが、発電機の起動に 10 秒のギャップが生じると問題となる施設では、別個の UPS の必要がなくなります。
• 熱管理: -空冷バージョンは IP55 の強制換気を使用しており、温帯気候で​​の中程度のサイクリングに適しています。液冷構成ではグリコール コールド プレートを実行し、±2 度のセル-対-セルの均一性を実現します-。高-サイクルまたは高温-気候での展開におけるコストに見合ったものです。
• 消火活動は、煙/ガスの検知、エアロゾルの迅速な対応、熱暴走が伝播した場合のパーフルオロヘキサノンの注入という 3 つの段階で実行されます。残留エージェントがゼロであるため、システムは無効になるのではなく再起動できる可能性があります。

これらのキャビネットはそれぞれ完全なユニットです。拡張とは、別のものを追加することを意味します。これは、スタッカブル モジュールと同じ追加-置換しない-原則ですが、スケールが異なるだけであり、統合はサイトではなく工場ですでに行われています-。

どちらの形式でも中堅企業にとって何が解決できるか-

積み重ね可能なモジュールで構築された場合でも、統合キャビネットとして提供された場合でも、商業的価値は同じです。つまり、現在のサイズに合わせて必要に応じて拡張できます。

ほとんどの C&I ストレージ プロジェクトはピークカットから始まります。 kW あたり 15 ドルのデマンド料金で 150 kW のピーク需要を供給している小規模の製造工場は、通常、午後の 2 時間枠で稼働する 1 台の重機によって駆動されるスパイク - のためだけに、月額 2,250 ドルを支払っていることになります。 100 kWh のモジュラー システムはそのピーク時から 50 kW を削減し、月額 750 ドルを節約し、工場は来年 2 番目の生産ラインが導入されるかどうかを予測する必要がありません。そうなれば、容量が追加されます。そうでない場合は、過剰構築されていません。

太陽光の自己消費-も同じロジックに従います。 50 kW の屋上アレイを備えた倉庫は、余剰を 0.04 ～ 0.08 ドル/kWh で輸出しており、そのエネルギーを 0.20 ～ 0.35 ドルの夜間消費を相殺するために振り向けることができます。適切なストレージ サイズは、ビジネスの変化に応じて変化する負荷プロファイルに依存します。- モジュラー アーキテクチャがそれを吸収します。

バックアップ電源がそれを補います。小売業では、4 時間の停止中に POS、冷蔵、セキュリティのために 30 kWh が必要です。小規模なデータ ルームには 80 kWh が必要です。小規模から始めて、実際の停止経験に基づいて拡張することは、数字を推測して規模が大きすぎるか危険にさらされていることに気づくよりも優れています。

いつどれを使用するか

積み重ね可能なモジュールは、合計ストレージが数百キロワット時間未満に留まり、サイクリングが中程度である小規模な商業展開 - 店舗、小規模倉庫、オフィス ビル - に適している傾向があります。導入コストは低く、インストールは迅速で、後で容量を追加するのも簡単です。

いくつかの要因が、代わりにプロジェクトを統合キャビネットに向けて推進します。

• ストレージは数{0}}数百-kWh 以上の範囲に移行する必要があり、数十の個別モジュールを管理することで接続ポイントが複雑になります。-
• 積極的な毎日のサイクル - ピークカットとデマンド レスポンス、または 1 日あたり複数のサイクル - 工場で統合された熱管理が、個別のモジュール間での分散冷却よりも優れた持続力を発揮します。-
• 敷地面積に制約があり、平方メートルあたりのエネルギー密度が重要となる
• ターンキー納品の優先: 1 つのエンクロージャ、1 つの試運転、1 つの保証保持者

両者の間に明確な境界線はありません。 200 kWh のサイトを穏やかにサイクリングする場合は、どちらの方法でも機能します。毎日のピークカットとデマンド レスポンスを積極的に実行している 200 kWh サイトは、通常、統合システムを使用することでより一貫したパフォーマンスを発揮します。BMS、熱管理、電力変換を統合して設計.

両方のフォーマットで LFP を使用する理由

ほぼすべての市販モジュール式電池 - またはキャビネット - にはリン酸鉄リチウム電池が使用されています。 LFP の熱分解は 270 度であるのに対し、NMC の熱分解は 210 度です。この 60- 度のマージンにより、複雑な抑制インフラストラクチャを使用せずに、屋内定格の商用展開が実用的になります。 NMC はリットルあたりにより多くのエネルギーを詰め込みますが、熱ウィンドウが狭いため、エンクロージャと抑制コストが上昇し、密度の利点が損なわれることがよくあります。

LFP のサイクルも長くなります。放電深度 80% での商用ピークシェービング デューティ-では、通常、バッテリーが元の容量の 80% に達するまでに 5,000 ～ 6,000 サイクルのフル サイクル - 13+ 年間の毎日の使用が可能になります -。サンディア国立研究所のテストでは、制御された条件下で LFP が 10,000 サイクルに達することが実証されました。 NMC の 2,000 ～ 4,000 サイクル範囲に対して、総所有コストの比較に議論の余地はありません。また、LFP はコバルトやニッケルの代わりに鉄とリン酸塩を使用するため、原材料価格はより安定しています - は、現在予測する必要があるコストベースで 4 年目に拡張モジュールを購入する場合に当てはまります。

サイズ: 思っているよりも小さいものから始めてください

商用モジュラー ストレージ プロジェクトで最もよくある間違いは、事前に購入しすぎることです。このアーキテクチャの重要な点は、初日から正しく推測する必要がないことです。

ピークシェービングの場合は、15 分間隔のメーター データを 12 か月分取得します。需要がいつピークに達するか、それがどのくらい続くか、どの程度のシェービング量で下位レベルに落ちるかを調べます。ピークが予測可能な範囲内に集中している場合、1 日あたり 300 kWh の電力を消費する施設では、多くの場合、50 ～ 80 kWh の蓄電だけが必要になります。そこから始めてください。 2 つの請求サイクルにわたって検証します。次に、実際のデータに基づいて、拡大が経済的に意味があるかどうかを判断します。

に関する記事高電圧バッテリーの性能とサイズ電圧クラスの決定について詳しく説明します。-高電圧スタックは、48V システムよりも約 5% 優れた往復効率を実現し、長距離の商用ケーブルの配線コストを削減します。-

繰り返す価値のあるルールが 1 つあります。モジュールのブランドや容量を並行して混合しないでください。 BMS 実装が異なれば、使用する電圧しきい値と電流制限ロジックも異なります。-システムのデフォルトは最も保守的なものであり、容量の不一致によりサイクルが不均一になり、小さいモジュールほど消耗が早くなります。同じメーカー、同じモデル、同様の製造日。

市場がどこに向かっているのか

-高電圧スタッカブル アーキテクチャ - 90スタックあたり V ～ 400 V+- は、商用ストレージ全体で標準になりつつあります。電圧が高いほど、同じ出力で電流が少なくなります。つまり、ケーブルが細くなり、ブレーカーが小さくなり、熱損失が少なくなります。 20+ メートルのケーブル配線を備えた設置では、システム節約額の残高が合計されます。--ほとんど高電圧-スタッカブル構成Deye、Growatt、Goodwe、SMA、および Victron インバーター エコシステムとの互換性をサポートするようになりました。 -無料のクイック接続-バスバーが - と並んで登場しており、工具を使わずに 15 分で 10 kWh を追加できるため、段階的拡張の経済性が変わります。

314Ah セル形式は、積み重ね可能なモジュールと統合キャビネットの両方で 280Ah に取って代わります。モジュールあたりのセルが少ないということは、接続ポイントが減り、電流分配が改善され、BMS 管理が簡素化されることを意味します。これは、両方の製品カテゴリーに等しく利益をもたらす変化です。

よくある質問