Společnost Huawei uspořádala konferenci Top 10 Trends of Smart PV (10 hlavních trendů chytré fotovoltaiky) s podtitulem „Urychlení rozvoje solární energie jako významného energetického zdroje". Chen Guoguang, prezident divize Huawei Smart PV+ESS Business, na konferenci představil postřehy společnosti Huawei k desítce trendů v oblasti chytré fotovoltaiky z hlediska spolupráce v různých scénářích, digitální transformace a posílení bezpečnosti.
S rostoucím podílem obnovitelné energie zaznamenává fotovoltaické odvětví prudký růst, ale stále čelí mnoha výzvám, včetně toho, jak pokračovat ve snižování sdružené ceny energie (levelized cost of energy, LCOE), jak zlepšit účinnost provozu a údržby, jak udržet stabilitu elektrické sítě při větších dodávkách obnovitelné energie, a jak zajistit bezpečnost celého systému.
„V době rychlého růstu fotovoltaického průmyslu přinášejí tyto výzvy také příležitosti," řekl Chen Guoguang. Jako podnik orientovaný na budoucnost se společnost Huawei ráda podělí o své poznatky a myšlenky se svými partnery, stejně jako s organizacemi a jednotlivci, kteří se zajímají o ekologický a udržitelný rozvoj.
Trend č. 1: Generátory PV+ESS
S rostoucím přílivem energie z obnovitelných zdrojů do rozvodných sítí vzniká řada komplexních technických problémů souvisejících se stabilitou systému, rovnováhou výkonu a kvalitou energie.
Proto je zapotřebí nový režim řízení, který by zvýšil schopnost regulace a odezvy aktivního/reaktivního řízení výkonu a aktivně zmírní kolísání frekvence a napětí. Díky integraci fotovoltaiky (PV) a systémů skladování energie (ESS) s Grid Forming technologií dokážeme vytvořit „inteligentní generátory PV+ESS", které místo regulace proudového zdroje využívají regulaci zdroje napětí, poskytují silnou podporu setrvačnosti, přechodnou stabilizaci napětí a schopnost překonávat výpadky. Tím se fotovoltaika změní ze zařízení sledujících síť (grid-following) na zařízení tvořící síť (grid-forming), což pomůže zvýšit její podíl v elektrizační soustavě.
Milníkem v uplatňování těchto technologií v praxi byl tzv. Red Sea project v Saúdské Arábii, kde společnost Huawei jako jeden z hlavních partnerů projektu poskytla kompletní řešení včetně inteligentního fotovoltaického regulátoru a systému ukládání energie do lithiových baterií (battery energy storage system, BESS). Tento projekt využívá 400 MW fotovoltaiky a 1,3 GWh ESS k podpoře elektrické sítě, která nahrazuje tradiční dieselové generátory a poskytuje čistou a stabilní energii pro 1 milion lidí, čímž pomáhá vybudovat první světové město poháněné ze 100 % obnovitelnou energií.
Trend č. 2: Vysoká hustota a spolehlivost
Dalším trendem bude vysoký výkon a spolehlivost zařízení fotovoltaických elektráren. Příkladem mohou být fotovoltaické střídače. V současné době se stejnosměrné napětí střídačů zvyšuje z 1100 V na 1500 V. S použitím nových materiálů, jako je karbid křemíku (SiC) a nitrid galia (GaN), a také s plnou integrací digitálních technologií, technologií výkonové elektroniky a tepelného řízení se odhaduje, že hustota výkonu střídačů se v příštích pěti letech zvýší přibližně o 50 % a vysokou spolehlivost bude možné zachovat.
Fotovoltaická elektrárna o výkonu 2,2 GW v čínském Čching-chaji se nachází v nadmořské výšce 3100 m a je vybavena 9216 inteligentními fotovoltaickými řídicími jednotkami (střídači) Huawei, které i v tomto drsném prostředí pracují stabilně. Celkový počet hodin dostupnosti střídačů Huawei přesahuje 20 milionů, přičemž dostupnost dosahuje 99,999 %.
Trend č. 3: Modulární výkonová elektronika (MLPE)
Distribuovaná fotovoltaika se v posledních letech díky průmyslovým politikám a technologickému pokroku intenzivně rozvíjí. Čelíme však výzvám, jak zlepšit využití střešních zdrojů, dosáhnout vysokého energetického výnosu a jak zajistit bezpečnost PV+ESS systémů. Z těchto důvodů je třeba zdokonalené řízení.
Ve fotovoltaickém systému se výkonovou elektronikou na úrovni modulu (MLPE) rozumí výkonová elektronická zařízení, která mohou provádět sofistikované řízení jednoho nebo více fotovoltaických modulů, včetně mikrostřídačů, optimalizátorů výkonu a odpojovačů. MLPE přináší jedinečné funkce, jako je generování výkonu, monitorování a bezpečné vypnutí na úrovni modulu. S tím, jak se fotovoltaické systémy stávají bezpečnějšími a inteligentnějšími, se očekává, že míra rozšíření MLPE na trhu distribuovaných fotovoltaických systémů dosáhne do roku 2027 20 % až 30 %.
Trend č. 4: Stringové skladování energie
Ve srovnání s tradičními centralizovanými řešeními pro skladování energie využívá řešení Smart String ESS distribuovanou architekturu a modulární konstrukci. Uplatňuje inovativní technologie a digitální inteligentní řízení k optimalizaci energie na úrovni bateriových bloků a řízení energie na úrovni racků. Výsledkem je větší výdej energie, optimalizace investic, jednoduchá údržba a provoz a také bezpečnost a spolehlivost po celou dobu životnosti ESS.
V roce 2022 zavádí systém Smart String ESS v projektu 200 MW/200 MWh ESS v Singapuru, největším projektu BESS v jihovýchodní Asii pro účely regulace frekvence a točivé rezervy zdokonalené řízení nabíjení a vybíjení pro zajištění konstantního výkonu po delší dobu a výhod regulace frekvence. Funkce automatické kalibrace SOC na úrovni bateriového bloku navíc snižuje náklady na pracovní sílu a výrazně zlepšuje efektivitu provozu a údržby.
Trend č. 5: Zdokonalené řízení na úrovni článků
Podobně jako u fotovoltaických systémů, které se posouvají směrem k MLPE, i lithiové BESS se budou vyvíjet směrem k řízení na nižší úrovni. Pouze přesnější řízení na úrovni bateriových článků se dokáže lépe vypořádat s problémy účinnosti a bezpečnosti. V současné době dokáže tradiční systém správy baterií (battery management system, BMS) shrnout a analyzovat pouze omezené množství dat a je téměř nemožné odhalit poruchy a generovat varování v rané fázi. Systém BMS se tedy musí stát citlivějším, inteligentnějším a dokonce prediktivním. Toto fungování závisí na sběru, výpočtu a zpracování velkého množství dat a na technologiích umělé inteligence, které umožňují najít optimální provozní režim a vytvářet předpovědi.
Trend č. 6: Integrace fotovoltaiky+ESS+sítě
Na straně výroby elektřiny se stále častěji setkáváme s budováním PV+ESS zdrojů čisté energie, které dodávají elektřinu do zátěžových center prostřednictvím přenosových vedení UHV. Na straně spotřeby energie jsou v mnoha zemích stále populárnější virtuální elektrárny (virtual power plants, VPP). VPP kombinují masivní distribuované fotovoltaické systémy, ESS a regulovatelné zátěže a zavádějí flexibilní plánování pro výrobní jednotky a skladovací jednotky s cílem dosáhnout mj. úspory energie ve špičkách.
Vybudování stabilního energetického systému, který integruje fotovoltaiku, ESS a síť pro podporu dodávek a zastoupení fotovoltaické energie se proto stane klíčovým opatřením k zajištění energetické bezpečnosti. Pro dosažení komplementace více zdrojů energie lze integrovat digitální technologie, technologie výkonové elektroniky a skladování energie. Virtuální elektrárny (VPP) mohou inteligentně řídit, provozovat a obchodovat s výkonem masivních distribuovaných systémů PV+ESS prostřednictvím více technologií včetně 5G, AI a cloudových technologií, které se v praxi uplatní ve více zemích.
Trend č. 7: Modernizace bezpečnosti
Bezpečnost je základním kamenem rozvoje odvětví fotovoltaiky a ESS. Z tohoto důvodu musíme systematicky zvažovat všechny scénáře a vazby a plně integrovat výkonovou elektroniku, elektrochemii, tepelný management a digitální technologie pro zvýšení bezpečnosti systému. Ve fotovoltaické elektrárně představují poruchy způsobené stejnosměrnou stranou více než 70 % všech poruch. Střídač proto musí podporovat inteligentní odpojování řetězců a automatickou detekci konektorů. V distribuovaném fotovoltaickém scénáři bude funkce obloukového přerušovače obvodů (Arc Fault Circuit Breaker, AFCI) standardní konfigurací a funkce rychlého vypnutí na úrovni modulu zajistí bezpečnost pracovníků údržby a hasičů. Ve scénáři ESS je třeba využít více technologií, jako je výkonová elektronika, cloud a umělá inteligence, k zavedení sofistikovaného řízení ESS od bateriových článků až po celý systém. Tradiční způsob ochrany založený na pasivní odezvě a fyzické izolaci se změní v aktivní automatickou ochranu, která implementuje vícerozměrný bezpečnostní design od hardwaru po software a od struktury po algoritmus.
Trend č. 8: Bezpečnost a důvěryhodnost
Fotovoltaické systémy přinášejí kromě výhod také řadu rizik včetně bezpečnosti zařízení a zabezpečení informací. Bezpečnostní rizika zařízení se týkají především vypnutí způsobeného poruchami. Rizika informační bezpečnosti souvisí s vnějšími síťovými útoky. Aby se podniky a organizace s těmito výzvami a hrozbami vyrovnaly, musí zavést kompletní soubor mechanismů řízení „bezpečnosti a důvěryhodnosti", včetně spolehlivosti, dostupnosti, bezpečnosti a odolnosti systémů a zařízení. Rovněž je třeba zavést ochranu osobní bezpečnosti a životního prostředí či ochranu důvěrnosti dat.
Trend č. 9: Digitalizace
Konvenční fotovoltaické elektrárny mají velké množství zařízení a chybí jim kanály pro sběr informací a jejich hlášení. Většina zařízení spolu nedokáže „komunikovat", což velmi ztěžuje zavedení zdokonaleného řízení.
Se zavedením pokročilých digitálních technologií, jako je 5G, internet věcí (IoT), cloud computing, senzorické technologie a big data, mohou fotovoltaické elektrárny odesílat a přijímat informace a využívat „bity" (informační toky) k řízení „wattů" (toků energie). Celý řetězec výroba-přenos-ukládání-distribuce-spotřeba je tak viditelný, spravovatelný a kontrolovatelný.
Trend č. 10: Využití umělé inteligence
S přechodem energetiky do datové éry se lepší shromažďování, využívání a maximalizace hodnoty dat stává jednou z hlavních otázek celého odvětví.
Technologie umělé inteligence se mohou v oblasti obnovitelných zdrojů energie široce uplatnit a hrát nezastupitelnou roli v celém životním cyklu PV+ESS, včetně výroby, výstavby, provozu a údržby, optimalizace a obsluhy. Konvergence AI a technologií, jako jsou cloud computing a big data, se prohlubuje a řetězec nástrojů zaměřený na zpracování dat, trénování modelů, nasazení a provoz a monitorování bezpečnosti se bude dále obohacovat. V oblasti obnovitelných zdrojů energie se stane AI, stejně jako výkonová elektronika a digitální technologie, hnací silou hluboké transformace celého odvětví.
Na závěr Chen Guoguang poznamenal, že konvergované aplikace 5G, cloudu a AI utvářejí svět, kde všechny věci mohou vnímat, všechny věci jsou propojené a také inteligentní. A to vše přichází rychleji, než bychom očekávali. Společnost Huawei identifikovala 10 hlavních trendů fotovoltaického průmyslu a přibližuje zelený a inteligentní svět, který nás čeká v blízké budoucnosti. Doufáme, že lidé ze všech společenských vrstev dokáží spojit své síly, aby dosáhli cílů uhlíkové neutrality a vybudovali zelenější a lepší budoucnost. (27.12.2022)
