Man mano che sempre più paesi adottano politiche ambientali e pongono maggior enfasi sulla stabilità delle reti, le tecnologie relative alle energie rinnovabili e all’accumulo di energia sono destinate a fiorire nel prossimo decennio. Secondo le ultime previsioni di Bloomberg New Energy Finance (BNEF), la capacità mondiale di accumulo di energia raggiungerà il picco di 411 GW/1, 194 GWh la fine del 2030, oltre 20 volte la capacità e la generazione di energia registrata alla fine del 2020. Le applicazioni di accumulo dell’energia includono principalmente sistemi di immagazzinamento dell’energia (ESS) integrate con energie rinnovabili (solare/eolica) e sistemi di piccole-medie dimensioni per uso residenziale, commerciale e industriale. Tra questi, lo sviluppo di ESS per uso residenziale e commerciale/industriale è al momento il più attivo. La previsione del BNEF afferma che i dispositivi di accumulo dell'energia di piccole-medie dimensioni rappresenteranno un quarto della capacità totale degli ESS e si prevede che raccoglieranno consensi globalmente nel prossimo futuro.
La generazione di energia solare ed eolica è soggetta a fluttuazioni dovute al cambio del tempo, il motivo principale per cui spesso vengono affiancati da sistema di accumulo dell’energia a batteria (BESS) per garantire che l’erogazione dell’energia sia ben regolata. Le specifiche di tensione dei BESS spaziano da tensioni minori di 1000 V fino a 1500 V e oltre, con la potenza nominale fino al livello di megawatt. Le comuni applicazioni viste in tali sistemi di accumulo ad alta capacità impiegate dalle aziende energetico sono Controllo automatico della frequenza (AFC) e risorsa di alleggerimento del carico a risposta rapida (FRR). Allo stesso tempo, a causa dei prezzi dell’energia elevati e volatili, sempre più persone si interessano all’installazione di BESS a casa. I sistema di accumulo dell’energia solare fotovoltaici residenziali consistono principalmente in una combinazione di pannelli solari, inverter fotovoltaici ibridi (potenza nominale pari a 10 kW o inferiore) e batterie di accumulo dell'energia (capacità compresa tra 5 kWh e 15 kWh). Queste installazioni svolgono un ruolo fondamentale negli sforzi di transizione energetica.
▲ Architettura BESS residenziale e commerciale
Chroma fornisce soluzioni di test per sistemi di energie rinnovabili e di accumulo di batterie
La piattaforma software multifunzionale di Chroma consente a questi dispositivi l’integrazione in un sistema di test automatizzato. Ciascuna soluzione è descritta nei dettagli di seguito.
Simulatore di rete rigenerativa 2 in 1 + carico CA rigenerativo: con soluzione di risparmio energetico e riduzione delle emissioni di carbonio per test di inverter ibridi
Il simulatore di rete Chroma 61815 presenta capacità di output a quattro quadranti. È in grado di simulare diverse tensioni e frequenze in uscita per inverter collegati alla rete e fungere da carico CA a quattro quadranti per i test di inverter autonomi. Fin dal lancio, lo strumento è stato adottato da diverse aziende leader del settore dell’accumulo dell’energia, che hanno consentito di guadagnare una notevole esperienza nel test degli inverter ibridi. La funzionalità di feedback energetico ad alta efficienza del simulatore di rete consente di ridurre significativamente il consumo energetico durante la simulazione della rete a scopo di test. Inoltre dispone di funzioni programmabili avanzate come List, Pulse e Step per la simulazione di vari tipi di disturbi della linea elettrica (PLD). Inoltre, nella modalità di carico CA rigenerativo opzionale, il dispositivo è in grado di reinserire l’energia nella rete consentendo ai produttori di soddisfare le esigenze di risparmio energetico e riduzione delle emissioni. È anche in grado di simulare vari tipi di carichi raddrizzato e non raddrizzato con modalità di carico specifiche come le modalità di sicurezza Raddrizzato, Anticipo/Latenza e Raddrizzato a mezza onda e Standby istantaneo. Con Chroma 61815, è possibile effettuare test completi di inverter ibridi con un dispositivo singolo che fornisce sia capacità di test di alimentazione CA che di carico CA, ottenendo una soluzione per test di accumulo di energia ad alta efficienza e conveniente.
▲ Chroma 61815 può soddisfare da solo i requisiti di test della sorgente CA e di carico CA degli inverter ibridi
Alimentatore CC bidirezionale 3 in 1 + carico rigenerativo + simulatore fotovoltaico/di batteria per test completi degli inverter fotovoltaici
La serie Chroma 62000D adotta una topologia di alimentazione bidirezionale. Con la sua elevata densità di potenza di 18 kW in una singola unità 3U, questa serie è adatta per testare sia i sistemi di accumulo di energia domestici (<10 kW) sia i sistemi di accumulo di energia industriale (50~150 kW). Chroma 62000D offre una soluzione tre in uno, composta da un alimentatore CC bidirezionale, un simulatore di pannelli solari e una modalità di carico rigenerativo che restituisce energia alla rete, allineandosi con le tendenze di risparmio energetico e riduzione delle emissioni di carbonio, soddisfacendo al tempo stesso tutte le esigenze di test dei produttori di inverter PCS/PV. Questi strumenti possono essere facilmente combinati e utilizzati in parallelo come sorgenti energetiche multiple per l’implementazione flessibile nelle configurazioni di sistemi di test di ricerca e sviluppo e produzione.
Il simulatore di pannelli solari opzionale Chroma 62000D presenta modelli matematici IV integrati per gli standard europei EN50530 e americani Sandia, oltre a un manuale e un telecomando di facile utilizzo. Lo strumento è in grado di simulare curve d’ombra dinamiche e fluttuazioni della curva I-V in base a scenari meteo del tempo reale. Ciò lo rende l’ideale per la verificare le prestazioni di inverter fotovoltaici con sistemi di accumulo a batteria durante il calcolo della capacità di immagazzinamento a batteria rispetto a simulazioni I-V di varie condizioni meteo locali.
Inoltre, lo strumento può essere utilizzato con il software Battery Simulator Soft-Panel per fungere come simulatore di batteria. È in grado di simulare il funzionamento in diverse condizioni di stato di carica (SOC) o caricare curve caratteristiche V-I specifiche della batteria, oltre a simulare la carica/scarica delle batterie per testare e valutare i dispositivi di conversione dell’energia utilizzati negli inverter ibridi e nei sistemi di conversione di potenza (PCS).
Tester per batterie a doppia modalità e simulatore di batterie Chroma 17040/17040E
Il sistema Chroma 17040E è in grado di fornire 200 kW/1700 V per unità ed è adatto a testare sistemi collegati alla rete elettrica (FOM). Il sistema 17040, con un singolo dispositivo in grado di erogare 60 kW/1.000 V, è adatto a testare applicazioni in sistemi residenziali e commerciali (C&I). Entrambi i sistemi sono dotati di funzionalità di carica/scarica e simulazione della batteria per testare rack per l’alloggiamento di batterie e prodotti correlati.
Chroma 17040(E) è dotato di una funzione di commutazione automatica dell'intervallo di tensione/corrente che regola automaticamente l'intervallo man mano che la corrente cambia dinamicamente, il che, insieme alla tecnologia di campionamento ad alta frequenza, garantisce misurazioni dinamiche molto precise e risultati delle misurazioni ottimizzati. La modalità corrente/potenza dinamica del simulatore di forma d'onda presenta un tempo di salita della corrente di 1 ms (10~90%). Simula il comportamento di carica/scarica del sistema di conversione dell’energia (PCS) quando il sistema di accumulo dell’energia sta regolando la frequenza. Il tempo di risposta rapido della corrente del tester consente la commutazione ottimale tra carica e scarica; la corrente risulta uniforme e senza sbalzi, evitando danni alla batteria. L'architettura del circuito bidirezionale consente un recupero energetico ad alta efficienza durante la scarica, un controllo accurato del flusso alternato di corrente CA e la conformità ai requisiti della rete senza contaminare altre apparecchiature collegate alla rete. In caso di disturbi della rete, l'alimentazione del circuito principale verrà automaticamente interrotta per proteggere la sicurezza dell'operatore e dell'apparecchiatura.
Questi sistemi di test sono supportati dalle potenti piattaforme software proprietarie di Chroma. Il software BatteryPro consente l'integrazione di hardware di terze parti come dispositivi di comunicazione BMS, registratori di dati e camere termiche. Può quindi utilizzare i dati raccolti per il controllo del processo di test, rilevando le variazioni di tensione di ciascuna cella della batteria nel sistema batteria durante la modulazione di frequenza e identificando i difetti di qualità nel sistema batteria. Tramite il software Battery Simulator Soft-Panel, è possibile controllare e programmare diverse condizioni dello stato di carica (SOC) della batteria per eseguire test di carica-scarica oltre a test e valutazioni delle combinazioni inverter/batteria.
Sistema di Test automatizzato Chroma 8000
Per costruire una piattaforma di test completa per l'energia solare e le apparecchiature di accumulo dell'energia, è necessario integrare con successo più dispositivi. Tra questi una fonte di alimentazione CA e un carico per simulare la rete elettrica, una fonte di alimentazione per simulare la serie di pannelli solari e un simulatore di batteria.
Per soddisfare queste esigenze, Chroma ha lanciato recentemente il sistema di Test automatizzato Chroma 8000. Questa soluzione soddisfa tutti i requisiti integrando sia un alimentatore CC bidirezionale Chroma 62000D o il simulatore di batteria 17040E con il simulatore di rete elettrica 61800, raggruppando cinque funzioni delle apparecchiature in un unico sistema: una sorgente di alimentazione CC bidirezionale, carico rigenerativo e simulazione di batteria/PV oltre a una fonte di alimentazione per la simulazione della rete e un carico CA rigenerativo. Durante la procedura di test, l'energia prodotta dal DUT viene reimmessa nella rete elettrica, riducendo i costi delle apparecchiature e i requisiti di spazio e promuovendo al contempo gli obiettivi di efficienza energetica e riduzione delle emissioni di carbonio.
▲ Configurazione di test dell'inverter fotovoltaico/accumulo di energia con architettura del sistema di recupero dell'energia