Paderborn University, Energies, Creative Commons License 4.0 đã dịch

Image: , Paderborn University, Energies, Creative Commons License 4.0

Researchers from Paderborn University in Germany have developed a model to
deploy residential rooftop PV in combination with batteries for short-term storage
and hydrogen for long-term storage.
“The system design has modeled on a residential building but it can also be used
for other buildings if the load curves for electricity and heating are known,”
researcher Stefan Krauter told pv magazine.”It can provide autonomy
for electricity over the whole year.”
The decentralized energy system is designed to cover a household's main power
demand via photovoltaics, even during winter, by including sufficient storage
capacity.
“The aim is to minimize the grid load by achieving low or even zero grid
interaction, which is realized by the use of decentralized long-term energy
storage,” the scientists explained.
The system utilizes a 6.8kW PV array and a 5kW electrolyzer powered by surplus
solar power to produce hydrogen, which is then stored in a hydrogen tank via a
compressor. In periods of high energy demand, when PV generation is not
sufficient, the green fuel is used to produce electricity via a 1.24kW fuel
cell system. Lithium-ion batteries are part of the proposed system configuration in
order to react to too rapid load changes, which the hydrogen system would not be
able
to
handle.


The heat waste generated by the fuel cell and the electrolyzer is transferred via heat
exchangers to a hot water tank, which supplies hot water to the household. The
remaining demand is covered by a heat pump.
The academics tried to identify the kind and size of components required under
different scenarios. They also aimed to assess the conditions under which a system

could compete with conventional power systems in terms of price and costs. The
model was simulated in Simulink (MATLAB) to analyze when and how the PV
system is fully able to cover the energy needs of a household.
The scientists also used HOMER software, which was developed by the US
National Renewable Energy Laboratory (NREL), in order to verify the results.
Measurements were taken with a time resolution of 15 minutes and a total
time frame of one year.
The German group estimated that the electrolyzer used 4283.55kWh of surplus
solar power to produce 80.50 kg of hydrogen in one year, while the fuel cell was
able to return 1009.86kWh energy by burning 73.52 kg of hydrogen.
“The compression of hydrogen required a yearly energy demand of 268.14kWh,
while the heating demand was 1208.66kWh,” the scientists explained. “The
heating
demand was
reduced
by 643.69kWh by using
the waste
heat produced within the electrolyzer and the fuel cell.”
They said their simulation via Simulink showed that household heating demand
expands the required amount of decentralized stored hydrogen when aiming for
energy-independent operations.
“Future research has to focus on optimizing the control system and on analyzing
which component dimensioning under which scenarios is preferable in terms of
energy and resource efficiency and in terms of lifetime increase,” they said.
The scientists described the system design in “Hybrid Energy System Model in
Matlab/Simulink Based on Solar Energy, Lithium-Ion Battery and Hydrogen,”
which was recently published in Energies.


Specification

Product Name
Power Storage Brick
Total Energy (kWh)
5.12
7.68
10.24
12.58
15.36
17.92
Nominal Capacity (Ah)
50Ah
Nominal Voltage (V)
102.4
153.6
204.8
256
307.2
358.4
Voltage Range (V)
86.4 - 116.8 129.6 - 175.2 172.8 - 233.6
216 - 292
259.2-350.4 302.4 - 408.8
Weight(kgs)
58
81
104
127
150
173
Dimension(W*D*H)mm 500*258*683 500*258*898 500*258*1113 500*258*1328 500*258*1543 500*258*1758

Normal
Charge/Discharge
10
Current(A)
Max .Charge/Discharge
50
Current(A)
Expected Lifetime
10 years
Charge Temperature
0 ~ +55 ( 0℃) ~ 15℃) will be derating)
Range(℃))
Discharge Temperature
-20 ~ + 60
Range(℃))
Communication
RS485 / CAN
Enclosure Protection
IP65
Rating


Certification Standard

IEC62619 /TUV / UN38.3 / UL /CE / ISO90001

Higher Voltage Less Losses
This Home Power Storage Brick Battery uses the latest HVLL( High Voltage
Less Loss) technology to efficiently utilize the electricity stored in lithium
batteries by reducing normal consumption in power transmission. The higher

voltage, the lower current and the less losses of the internal resistance, so the
battery generates less heat at high power than at low power. Home Power
Storage Brick Battery the effective utilization rate of ordinary transmission
at 0.2Am 98%. Nice performance!

Contact Details


Image: , Đại học Paderborn, Energies, Giấy phép Creative Commons 4.0

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Paderborn ở Đức đã phát triển một mơ hình để triển
khai PV trên mái nhà dân cư kết hợp với pin để lưu trữ ngắn hạn và hydrogen để lưu
trữ dài hạn.
“Thiết kế hệ thống đã được mơ phỏng trên một tịa nhà dân cư nhưng nó cũng có thể
được sử dụng cho các tòa nhà khác nếu biết được đường cong tải điện và sưởi ấm,”
nhà nghiên cứu Stefan Krauter cho biết với pv magazine. “Nó có thể cung cấp tự chủ
về điện suốt cả năm.”
Hệ thống năng lượng phân cấp được thiết kế để đáp ứng nhu cầu điện chính của một
hộ gia đình thơng qua năng lượng mặt trời, ngay cả trong mùa đông, bằng cách bao
gồm dung lượng lưu trữ đủ.
“Mục tiêu là giảm thiểu tải lưới bằng cách đạt được sự tương tác lưới thấp hoặc thậm
chí là khơng có, điều này được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống lưu trữ năng
lượng dài hạn phân cấp,” các nhà khoa học giải thích.
Hệ thống sử dụng một mảng PV 6.8kW và một máy phân giải nước 5kW được cung
cấp năng lượng bởi năng lượng mặt trời dư thừa để sản xuất hydro, sau đó được lưu
trữ trong một bình hydro thơng qua máy nén. Trong các giai đoạn có nhu cầu năng
lượng cao, khi sản lượng PV không đủ, nhiên liệu xanh được sử dụng để sản xuất điện
thông qua hệ thống pin nhiên liệu 1.24kW. Pin lithium-ion là một phần của cấu hình
hệ thống được đề xuất để phản ứng với những thay đổi tải quá nhanh, mà hệ thống
hydro không thể xử lý.

Hơi nhiệt thải ra được tạo ra bởi pin nhiên liệu và máy phân giải nước được chuyển
qua bộ trao đổi nhiệt đến một bình nước nóng, cung cấp nước nóng cho hộ gia đình.
Nhu cầu cịn lại được đáp ứng bởi một máy bơm nhiệt.
Các học giả đã cố gắng xác định loại và kích thước của các thành phần cần thiết trong
các tình huống khác nhau. Họ cũng nhằm đánh giá các điều kiện mà hệ thống có thể
cạnh tranh với các hệ thống điện truyền thống về giá cả và chi phí. Mơ hình được mơ
phỏng trong Simulink (MATLAB) để phân tích khi nào và làm thế nào hệ thống PV
hồn tồn có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của một hộ gia đình.
Các nhà khoa học cũng đã sử dụng phần mềm HOMER, được phát triển bởi Viện
Năng lượng tái tạo quốc gia Hoa Kỳ (NREL), để xác minh kết quả. Các phép đo được
thực hiện với độ phân giải thời gian là 15 phút và khung thời gian tổng cộng là một
năm.
Nhóm từ Đức ước tính rằng máy phân giải nước đã sử dụng 4283.55kWh năng lượng
mặt trời dư thừa để sản xuất 80.50 kg hydro trong một năm, trong khi pin nhiên liệu
đã có thể trả lại 1009.86kWh năng lượng bằng cách đốt 73.52 kg hydro.
“Việc nén hydrogen yêu cầu một nhu cầu năng lượng hàng năm là 268.14kWh, trong
khi nhu cầu sưởi ấm là 1208.66kWh,” các nhà khoa học giải thích. “Nhu cầu sưởi ấm
đã được giảm 643.69kWh bằng cách sử dụng hơi nhiệt thải ra từ máy phân giải nước
và pin nhiên liệu.”
Họ nói rằng mơ phỏng của họ thơng qua Simulink cho thấy nhu cầu sưởi ấm của hộ
gia đình mở rộng số lượng hydro được lưu trữ phân cấp cần thiết khi nhắm đến hoạt
động độc lập về năng lượng.
“Họ nói rằng nghiên cứu trong tương lai phải tập trung vào việc tối ưu hóa hệ thống
kiểm sốt và phân tích xem kích thước thành phần nào dưới các kịch bản nào là ưu
tiên về hiệu quả năng lượng và tài nguyên cũng như về việc gia tăng tuổi thọ,” họ nói.
Các nhà khoa học đã mơ tả thiết kế hệ thống trong “Mơ hình Hệ thống Năng lượng
Hybrid trong Matlab/Simulink Dựa trên Năng lượng Mặt trời, Pin Lithium-Ion và
Hydro,” đã được công bố gần đây trong Energies.

Thông số kỹ thuật
Gạch lưu trữ năng lượng

Tên sản phẩm
Tổng năng lượng
(kWh)
Dung lượng danh
định (Ah)
Điện áp danh định (V)

5.12

7.68

10.24

12.58

15.36

17.92

50Ah

102.4
153.6
204.8
256

307.2
358.4
86.4 129.6 172.8 302.4 Phạm vi điện áp (V)
216 - 292 259.2-350.4
116.8
175.2
233.6
408.8
Trọng lượng (kgs)
58
81
104
127
150
173
Kích thước
500*258*6 500*258*8 500*258*11 500*258*13 500*258*15 500*258*17
(W*D*H)mm
83
98
13
28
43
58
Dịng sạc/xả bình
thường (A)
Dòng sạc/xả tối đa
(A)
Tuổi thọ dự kiến

10
50
10 years

Phạm vi nhiệt độ sạc
0 ~ +55 ( 0℃ ~ 15℃ sẽ giảm công suất)
(℃)
Phạm vi nhiệt độ xả

-20 ~ + 60


(℃)
Giao tiếp
Đánh giá bảo vệ vỏ
Tiêu chuẩn chứng
nhận

RS485 / CAN
IP65
IEC62619 /TUV / UN38.3 / UL /CE / ISO90001


Điện áp cao hơn, mất mát ít hơn
Pin lưu trữ năng lượng cho nhà này sử dụng công nghệ HVLL (Điện áp cao, mất mát
ít) mới nhất để sử dụng hiệu quả điện năng được lưu trữ trong pin lithium bằng cách
giảm tiêu thụ bình thường trong truyền tải điện. Điện áp càng cao, dòng điện càng
thấp và mất mát của điện trở nội tại càng ít, vì vậy pin phát ra ít hơn nhiệt ở cơng suất
cao so với công suất thấp. Pin lưu trữ năng lượng cho nhà có tỷ lệ sử dụng hiệu quả
của truyền tải thơng thường ở 0.2Am là 98%. Hiệu suất tốt!

Chi tiết liên hệ