ระบบจัดเก็บพลังงานแรงดันสูงแบบโมดูลาร์ช่วยเพิ่มความจุในการจัดเก็บอย่างไร

ความจำเป็นในการจัดเก็บพลังงานที่สามารถปรับขนาดได้

ความต้องการพลังงานมักไม่คงที่ ครัวเรือนที่เดิมต้องการกำลังสำรอง 10 กิโลวัตต์-ชั่วโมง อาจต้องการถึง 30 กิโลวัตต์-ชั่วโมง หลังติดตั้งที่ชาร์จยานยนต์ไฟฟ้า (EV) ขณะที่สถานประกอบการเชิงพาณิชย์ที่ใช้ระบบลดภาระสูงสุด (peak shaving) ที่ 50 กิโลวัตต์-ชั่วโมง อาจจำเป็นต้องเพิ่มกำลังการผลิตเป็นสองเท่าเมื่อขยายสายการผลิต ระบบจัดเก็บพลังงานแรงดันสูงแบบโมดูลาร์สามารถตอบสนองความต้องการในการเติบโตนี้ได้ โดยอนุญาตให้เพิ่มกำลังการจัดเก็บโดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงระบบที่มีอยู่เดิม คู่มือนี้จะวิเคราะห์กลไกทางวิศวกรรมที่ทำให้สามารถเพิ่มกำลังการจัดเก็บแบบขั้นตอนจาก 10.24 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ไปจนถึง 153.6 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ซึ่งจะช่วยให้ผู้ออกแบบและผู้ซื้อระบบสามารถวางแผนเพื่อรองรับการเติบโตของความต้องการพลังงานในอนาคต

การขยายกำลังการจัดเก็บระดับโมดูล: การเพิ่มกำลังการจัดเก็บภายในแท่นเดียวกัน

ระดับการขยายระบบแรกในระบบจัดเก็บพลังงานแรงดันสูงแบบโมดูลาร์ คือ การเพิ่มโมดูลเข้ากับหอคอยที่มีอยู่แล้ว แต่ละโมดูล LiFePO4 ให้แรงดัน 102.4 โวลต์ และความจุ 50 แอมแปร์-ชั่วโมง ซึ่งให้พลังงานจัดเก็บได้ 5.12 กิโลวัตต์-ชั่วโมง หอคอยที่เริ่มต้นติดตั้งด้วยโมดูล 2 ตัว (ให้พลังงานรวม 10.24 กิโลวัตต์-ชั่วโมง) สามารถขยายเป็น 6 โมดูล (ให้พลังงานรวม 30.72 กิโลวัตต์-ชั่วโมง) ได้โดยการวางโมดูลเพิ่มเติมซ้อนกันขึ้นไปด้านบนอย่างง่ายดาย แรงดันระบบจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนจาก 204.8 โวลต์ เป็น 614.4 โวลต์ เมื่อเชื่อมต่อโมดูลเพิ่มเข้าไปแบบอนุกรม ระบบจัดการแบตเตอรี่อัจฉริยะ (BMS) จะปรับค่าใหม่โดยอัตโนมัติเพื่อตรวจจับจำนวนโมดูลที่เปลี่ยนแปลงไป และปรับขอบเขตแรงดันสูงสุดสำหรับการชาร์จและขอบเขตแรงดันต่ำสุดสำหรับการคายประจุให้เหมาะสม ตัวอย่างเช่น ระบบที่มีโมดูล 2 ตัว จะมีแรงดันสูงสุดในการชาร์จที่ 227.2 โวลต์ และแรงดันต่ำสุดในการคายประจุที่ 182.4 โวลต์ ในขณะที่ระบบที่มีโมดูล 6 ตัว จะมีแรงดันสูงสุดในการชาร์จที่ 681.6 โวลต์ และแรงดันต่ำสุดในการคายประจุที่ 547.2 โวลต์ ค่าอิมพีแดนซ์ภายในยังคงอยู่ที่ 1 โอห์มหรือน้อยกว่า ไม่ว่าจะใช้โมดูลกี่ตัว จึงรับประกันประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ

การขยายระดับหอคอย: การเชื่อมต่อหอคอยหลายหอคอยแบบขนาน

เมื่อหอคอยหนึ่งหอถึงความจุสูงสุดที่ 6 โมดูล หรือ 30.72 กิโลวัตต์ชั่วโมง การขยายระบบต่อไปจำเป็นต้องเพิ่มหอคอยแบบขนานกัน ระบบจัดเก็บพลังงานแรงดันสูงแบบโมดูลาร์สามารถรองรับหอคอยได้สูงสุด 5 หอแบบขนานกัน ซึ่งให้ความจุรวมสูงสุด 153.6 กิโลวัตต์ชั่วโมง ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ทำหน้าที่ประสานงานระหว่างหอคอยทั้งหมดที่เชื่อมต่อกัน โดยควบคุมสมดุลการชาร์จและการคายประจุ เพื่อรักษาภาวะการชาร์จที่สม่ำเสมอทั่วทั้งธนาคารแบตเตอรี่ทั้งระบบ สถาปัตยกรรมแบบขนานนี้หมายความว่าแต่ละหอคอยสามารถบำรุงรักษาหรือแยกออกจากระบบได้อย่างอิสระ โดยไม่จำเป็นต้องหยุดการทำงานของระบบทั้งหมด ซึ่งให้ความสามารถในการสำ dựรองเชิงปฏิบัติการที่สำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ การเชื่อมต่อแบบขนานใช้สายสื่อสารมาตรฐานที่เชื่อมต่อ BMS ของแต่ละหอคอยเข้ากับตัวควบคุมหลัก (master controller) ซึ่งเชื่อมต่อกับอินเวอร์เตอร์ผ่าน CAN bus หรือ RS485 โครงสร้างแบบโมดูลาร์นี้รับประกันว่าหอคอยที่เพิ่มเข้ามาภายหลังการติดตั้งครั้งแรก ไม่ว่าจะเป็นหลังจากผ่านไปหลายเดือนหรือหลายปี ก็สามารถผสานเข้ากับระบบที่มีอยู่ได้อย่างไร้รอยต่อ เนื่องจากโมดูลทั้งหมดมีข้อกำหนดทางเทคนิคและโปรโตคอลการสื่อสารที่เหมือนกันทุกประการ

ความเข้ากันได้ของอินเวอร์เตอร์และการจัดการช่วงแรงดันไฟฟ้า

การขยายความจุในระบบจัดเก็บพลังงานแรงสูงแบบโมดูลาร์ จำเป็นต้องพิจารณาความเข้ากันได้กับอินเวอร์เตอร์อย่างรอบคอบ เมื่อมีการเพิ่มโมดูลและแรงดันระบบสูงขึ้น อินเวอร์เตอร์จะต้องรองรับช่วงแรงดันที่กว้างขึ้นด้วย อินเวอร์เตอร์แบบไฮบริดที่ระบุว่าสามารถรองรับแรงดันกระแสตรง (DC) ได้ตั้งแต่ 150 โวลต์ ถึง 600 โวลต์ สามารถใช้งานได้กับการจัดเรียงโมดูล 2 ถึง 5 โมดูล แต่ไม่สามารถรองรับหอคอยแบบ 6 โมดูลซึ่งให้แรงดันสูงสุดถึง 614.4 โวลต์ได้ ก่อนดำเนินการขยายระบบ ผู้ติดตั้งจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันกระแสตรงสูงสุดที่อินเวอร์เตอร์รองรับนั้นสูงกว่าแรงดันสูงสุดขณะชาร์จของระบบแบตเตอรี่ สำหรับการเชื่อมต่อแบบขนานหลายหอคอย อินเวอร์เตอร์ยังต้องสามารถรองรับกระแสรวมที่ส่งออกจากระบบหอคอยทั้งหมดด้วย ตัวอย่างเช่น ระบบที่มีหอคอย 5 หอคอย ซึ่งแต่ละหอคอยสามารถจ่ายกระแสได้สูงสุด 100 แอมแปร์ จะสามารถจ่ายกระแสรวมสูงสุดได้ถึง 500 แอมแปร์ ซึ่งหมายความว่าอินเวอร์เตอร์และสายเคเบิลต้องมีค่าการจัดอันดับที่เหมาะสมตามความต้องการนี้ ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) จะทำหน้าที่จัดการการจับคู่ช่วงแรงดันโดยการสื่อสารข้อมูลเกี่ยวกับการจัดวางโมดูลแบตเตอรี่ปัจจุบันไปยังอินเวอร์เตอร์ เพื่อให้มั่นใจว่าพารามิเตอร์การชาร์จและการคายประจุอยู่ภายในขอบเขตการใช้งานที่ปลอดภัย

ผลกระทบต่ออายุการใช้งานแบบวงจรและการจัดการการเสื่อมของความจุ

การเพิ่มความจุในระบบจัดเก็บพลังงานแรงดันสูงแบบโมดูลาร์ส่งผลต่อเศรษฐศาสตร์ของอายุการใช้งานแบบวงจร (cycle life) ของระบบโดยรวม เซลล์แบตเตอรี่ชนิด LiFePO4 พื้นฐานมีค่ารับรองให้สามารถใช้งานได้มากกว่า 6,000 รอบ ที่ระดับการปล่อยประจุลึก (depth of discharge: DOD) ร้อยละ 80 ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส ซึ่งเทียบเท่ากับอายุการใช้งาน 15 ถึง 20 ปี เมื่อมีการเพิ่มความจุ ระดับการปล่อยประจุลึกต่อวันมักจะลดลง เนื่องจากความต้องการพลังงานเดียวกันจะถูกกระจายไปยังความจุในการจัดเก็บที่เพิ่มขึ้น เช่น ครัวเรือนหนึ่งแห่งที่ใช้พลังงาน 8 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อวันจากแบตเตอรี่ขนาด 10 กิโลวัตต์-ชั่วโมง จะปล่อยประจุลึกถึงร้อยละ 80 แต่หากใช้พลังงาน 8 กิโลวัตต์-ชั่วโมงเดียวกันนี้จากแบตเตอรี่ที่ขยายความจุเป็น 20 กิโลวัตต์-ชั่วโมง จะปล่อยประจุลึกเพียงร้อยละ 40 การลดระดับการปล่อยประจุลึกนั้นช่วยยืดอายุการใช้งานแบบวงจรได้อย่างมีนัยสำคัญ หมายความว่า การเพิ่มความจุไม่เพียงแต่ทำให้มีพลังงานพร้อมใช้งานมากขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยยืดอายุการใช้งานของระบบแบตเตอรี่ทั้งระบบอีกด้วย ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ทำหน้าที่รับประกันว่าโมดูลและแท่นต่างๆ จะแบ่งรับภาระการปล่อยประจุอย่างเท่าเทียมกัน จึงป้องกันไม่ให้โมดูลใดโมดูลหนึ่งต้องผ่านการปล่อยประจุลึกมากกว่าโมดูลอื่น

ประโยชน์ด้านสินค้าคงคลังและห่วงโซ่อุปทานจากการขยายระบบแบบโมดูลาร์

จากมุมมองของผู้จัดจำหน่ายและช่างติดตั้ง ความสามารถในการขยายระบบแบบโมดูลาร์ของระบบจัดเก็บพลังงานแรงดันสูงแบบโมดูลาร์นั้นสร้างข้อได้เปรียบอย่างมากด้านสินค้าคงคลัง โดยแทนที่จะต้องจัดเก็บสินค้าหลายรุ่นที่มีความจุแตกต่างกัน ผู้จัดจำหน่ายจำเป็นเพียงแค่จัดเก็บโมดูลชนิดเดียวและกล่องควบคุมหนึ่งชุดเท่านั้น เพื่อรองรับโครงการที่มีความจุตั้งแต่ 10 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ถึง 153 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ส่งผลให้จำนวน SKU ในคลังสินค้าลดลง ความเสี่ยงจากสินค้าคงคลังล้าสมัยลดน้อยลง และการจัดการกระบวนการสั่งซื้อทำได้ง่ายขึ้น เมื่อลูกค้าต้องการอัปเกรดความจุ ผู้จัดจำหน่ายสามารถจัดส่งโมดูลเพิ่มเติมจากสต๊อกที่มีอยู่ได้ทันที โดยไม่ต้องรอเวลาจัดหาสินค้าใหม่ทั้งระบบ ส่วนช่างติดตั้งนั้น การออกแบบโมดูลที่เป็นมาตรฐานหมายความว่า ช่างเทคนิคในภาคสนามจำเป็นต้องได้รับการฝึกอบรมเพียงแพลตฟอร์มผลิตภัณฑ์เดียวเท่านั้น และสินค้าอะไหล่ที่ต้องจัดเก็บก็ลดเหลือเพียงโมดูลชนิดเดียว

ตัวอย่างการวางแผนการขยายระบบ: จากการใช้งานระดับครัวเรือนสู่การใช้งานเชิงพาณิชย์

พิจารณาเจ้าของอสังหาริมทรัพย์ที่ติดตั้งระบบเก็บพลังงานแรงดันสูงแบบโมดูลาร์ขนาด 2 โมดูล ความจุ 10.24 กิโลวัตต์-ชั่วโมง สำหรับใช้เป็นแหล่งพลังงานสำรองในบ้านเป็นการเริ่มต้น หลังจากผ่านไปสองปี เจ้าของได้ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์และที่ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (EV charger) ซึ่งทำให้ความต้องการพลังงานรายวันเพิ่มขึ้นเป็น 18 กิโลวัตต์-ชั่วโมง แทนที่จะเปลี่ยนระบบทั้งหมด เจ้าของจึงขยายระบบเป็นแบบ 4 โมดูล ความจุรวม 20.48 กิโลวัตต์-ชั่วโมง โดยการซื้อโมดูลเพิ่มอีก 2 โมดูล ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) จะตรวจจับการจัดวางแบบใหม่นี้โดยอัตโนมัติ และอินเวอร์เตอร์ซึ่งมีค่าแรงดันสูงสุดอยู่แล้วที่ 600 โวลต์ ก็สามารถรองรับระบบแรงดัน 409.6 โวลต์ ที่ขยายขึ้นนี้ได้โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนอุปกรณ์ อีกสามปีต่อมา อสังหาริมทรัพย์แห่งนี้เปลี่ยนไปใช้เพื่อการดำเนินธุรกิจขนาดเล็ก ซึ่งต้องการพลังงาน 60 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ผู้เป็นเจ้าของจึงติดตั้งหอคอยระบบเพิ่มอีกหนึ่งหอคอย ซึ่งประกอบด้วยโมดูล 6 โมดูล ความจุ 30.72 กิโลวัตต์-ชั่วโมง แบบขนานกับหอคอยเดิมที่มี 4 โมดูล ทำให้ได้ความจุรวม 51.2 กิโลวัตต์-ชั่วโมง จากนั้นจึงเพิ่มหอคอยที่สามเพื่อให้ได้ความจุรวม 81.92 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ตลอดระยะเวลา 8 ปีของการขยายระบบ ไม่มีอุปกรณ์ใดที่ติดตั้งไว้ตั้งแต่แรกถูกแทนที่ และการลงทุนครั้งเริ่มต้นยังคงสร้างมูลค่าอย่างต่อเนื่องควบคู่ไปกับแต่ละขั้นตอนของการขยายระบบ

คำถามที่พบบ่อย

คำถาม: ระบบแรงดันสูงแบบโมดูลาร์สามารถเพิ่มโมดูลได้กี่โมดูลต่อหอหนึ่งหอ

หอหนึ่งหอรองรับโมดูล LiFePO4 ได้ 2 ถึง 6 โมดูล ให้พลังงาน 10.24 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ถึง 30.72 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อหอ โดยแต่ละโมดูลเพิ่มแรงดันไฟฟ้า 102.4 โวลต์ และพลังงาน 5.12 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) จะปรับค่าพารามิเตอร์แรงดันใหม่โดยอัตโนมัติเมื่อมีการเพิ่มหรือถอดโมดูลออก

คำถาม: สามารถใช้หอที่มีการจัดวางแบบต่างกันร่วมกันในระบบขนานได้หรือไม่

ได้ หอที่มีจำนวนโมดูลต่างกันสามารถเชื่อมต่อแบบขนานกันได้ เช่น หอที่มี 4 โมดูลซึ่งให้พลังงาน 20.48 กิโลวัตต์-ชั่วโมง สามารถเชื่อมต่อแบบขนานกับหอที่มี 6 โมดูลซึ่งให้พลังงาน 30.72 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ได้ ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) จะประสานการชาร์จและคายประจุระหว่างหอต่าง ๆ เพื่อรักษาสมดุลของระดับการชาร์จ (state of charge) อย่างไรก็ตาม เพื่อประสิทธิภาพสูงสุด หอทั้งหมดควรทำงานอยู่ในช่วงแรงดันเดียวกันที่อินเวอร์เตอร์รองรับ

คำถาม: การเพิ่มความจุส่งผลต่อการรับประกันของโมดูลที่มีอยู่หรือไม่

โดยทั่วไปไม่เป็นการยกเลิกการรับประกัน ซึ่งการเพิ่มโมดูลหรือหอคอยเข้ากับระบบเดิมจะไม่ทำให้การรับประกันของส่วนประกอบที่ติดตั้งไว้ก่อนหน้านี้หมดอายุ ตราบใดที่การขยายระบบดำเนินการตามคู่มือของผู้ผลิต และระบบยังคงอยู่ภายในพารามิเตอร์การใช้งานที่กำหนดไว้ การรับประกัน 10 ปี และอัตราอายุการใช้งานได้มากกว่า 6,000 รอบ ใช้กับแต่ละโมดูลแยกต่างหาก ผู้ซื้อควรยืนยันเงื่อนไขการรับประกันเฉพาะกับผู้ผลิตก่อนดำเนินการขยายระบบ

ตารางเปรียบเทียบ

เส้นทางการขยายความจุ: จากโมดูล → หอคอย → ระดับระบบ