ظرف خنک کننده خورشیدی: زنجیر سرد کارآمد خارج از شبکه

A ظرف خنک کننده خورشیدی بر اساس یک اصل فریبنده ساده عمل می کند: انرژی فتوولتائیک مستقیماً یک چرخه تبرید با فشرده سازی یا جذب بخار با راندمان بالا را تغذیه می کند و لجستیک زنجیره سرد را به طور کامل از شبکه برق و ژنراتورهای دیزل جدا می کند. . دستاوردهای بهره وری سیستم از حذف مراحل تبدیل انرژی چندگانه ناشی می شود که سردخانه های معمولی را آزار می دهد. در یک اتاق سرد معمولی وابسته به شبکه، سوخت در یک نیروگاه سوزانده می‌شود، به برق تبدیل می‌شود، در فواصل طولانی منتقل می‌شود، از طریق ترانسفورماتورها پایین می‌آید و در نهایت به یک کمپرسور تغذیه می‌شود. هر مرحله تبدیل انرژی را به عنوان گرما از دست می دهد. یک ظرف خنک کننده خورشیدی این زنجیره را فرو می ریزد: فوتون ها به آرایه فتوولتائیک برخورد می کنند، جریان مستقیم به یک کمپرسور با سرعت متغیر جریان می یابد و چرخه تبرید آغاز می شود - همه در یک ردپای فیزیکی یکسان. نتیجه یک است 30 تا 40 درصد بهبود در بهره وری کلی انرژی در مقایسه با ذخیره سازی سرمایشی با ظرفیت معادل، و حذف هزینه های سوخت عملیاتی برای طول عمر سیستم.

پیامدهای زیست محیطی و اقتصادی فراتر از خنک سازی خالص است. هنگامی که به عنوان یک کابین شارژ و تعویض باتری ذخیره سازی خورشیدی پیکربندی می شود، همان پلت فرم کانتینری خدمات شارژ سریع را برای وسایل نقلیه الکتریکی ارائه می دهد در حالی که سیستم ذخیره انرژی شبکه را از جهش های بار ناگهانی که در غیر این صورت چندین جلسه شارژ همزمان ایجاد می کرد، بافر می کند. این عملکرد دوگانه - ذخیره سازی سرد و شارژ EV از یک کانتینر با انرژی خورشیدی - باعث می شود این سیستم در مکان های شهری و حومه ای که زمین کمیاب است و نیازهای زیرساختی متعدد همگرا هستند، ارزشمند باشد. پارکینگ‌های عمومی، جوامع مسکونی و مراکز خرید می‌توانند میزبان یک کانتینر خنک‌کننده خورشیدی باشند که کالاهای حساس به دما را حفظ می‌کند و به طور همزمان به عنوان یک مرکز شارژ عمل می‌کند، همگی بدون نیاز به ارتقاء زیرساخت‌های توزیع برق محلی.

معماری تبرید و راندمان حرارتی

سیستم خنک کننده در یک ظرف خنک کننده خورشیدی برای آن طراحی شده است حداکثر ضریب عملکرد در شرایط بار جزئی ، زیرا تابش خورشید به طور مداوم در طول روز تغییر می کند. بر خلاف یک کمپرسور معمولی اتاق سرد که با قدرت کامل روشن و خاموش می شود، ظرف خنک کننده خورشیدی از یک کمپرسور DC با سرعت متغیر استفاده می کند که سرعت چرخش خود را در پاسخ به توان فتوولتائیک موجود تعدیل می کند. هنگامی که تابش خورشیدی در ظهر زیاد است، کمپرسور با سرعت کامل کار می کند و در حال کشیدن است 2 تا 5 کیلو وات بسته به اندازه کانتینر، و دمای داخلی را به خوبی به زیر نقطه تنظیم می کشد، و به طور موثر اینرسی حرارتی را در کالاها و ساختار عایق ذخیره می کند. هنگامی که یک ابر عبور می کند یا زاویه خورشید کاهش می یابد، کمپرسور به جای توقف کامل، به طور متناسب کند می شود. این عملیات مداوم، نوک های جریان هجومی و تنش های چرخه حرارتی را که بخش قابل توجهی از سایش کمپرسور و اتلاف انرژی در سیستم های معمولی را تشکیل می دهند، حذف می کند.

پوشش حرارتی ظرف شریک بی صدا در دستیابی به راندمان بالای سیستم است. مشخصات عایق برای یک کانتینر خنک کننده خورشیدی به طور قابل توجهی بیشتر از بدنه کامیون یخچال دار استاندارد است زیرا کانتینر باید ثبات دما را با ورودی انرژی متغیر حفظ کند. دیوارها، کف و سقف با پانل های فوم پلی اورتان سلول بسته با ضخامت 80 تا 120 میلی متر ، دستیابی به ضریب انتقال حرارت کلی از 0.15 تا 0.22 W/m²·K . این سطح از عایق، بار خنک کننده را تا حدی کاهش می دهد که آرایه فتوولتائیک می تواند دمای مورد نظر را حتی در روزهایی که تنها با 3 تا 4 ساعت اوج آفتاب . جدول زیر عملکرد حرارتی پیکربندی های مختلف عایق و تأثیر آنها بر استقلال انرژی را مقایسه می کند.

انتخاب عایق مستقیماً اندازه آرایه فتوولتائیک مورد نیاز و ظرفیت باتری مورد نیاز برای عملکرد یک شبه را تعیین می کند. یک ظرف با عایق VIP می تواند دما را در طول یک شب کامل روی یک بانک باتری حفظ کند 10 تا 15 کیلووات ساعت ، در حالی که یک ظرف با عایق استاندارد PU 60 میلی متری نیاز دارد 25 تا 30 کیلووات ساعت ذخیره سازی برای همان استقلال. این تفاوت از طریق هزینه سیستم، وزن و ردپای سیستم رخ می‌دهد و مشخصات عایق را به یکی از مهم‌ترین تصمیمات طراحی در مهندسی کانتینر تبدیل می‌کند.

معماری تامین انرژی و اندازه فتوولتائیک

آرایه فتوولتائیک روی یک ظرف خنک کننده خورشیدی باید به گونه ای باشد که هم بار خنک کننده و هم بارهای کمکی را پوشش دهد - روشنایی، کنترل ها، تجهیزات ارتباطی، و در مورد ایستگاه های شارژ ترکیبی، تقاضای شارژ EV. یک ظرف خنک کننده استاندارد 20 فوتی که صرفاً به تبرید اختصاص داده شده است، معمولاً به ظرفیت PV نصب شده نیاز دارد. 5 تا 10 کیلو وات بر ثانیه ، در سرتاسر سقف توزیع شده و آرایه های تاشو قابل استقرار نصب شده در طرفین ظرف. آرایه‌های تاشو که وقتی کانتینر ثابت است به سمت بیرون امتداد می‌یابند، می‌توانند فضای جمع‌آوری موجود را در مقایسه با سقف به تنهایی دو یا سه برابر کنند، و این امکان را به وجود می‌آورند که ردپای ظرف کوچک‌تر برای پاسخگویی به نیاز انرژی بیشتر باشد.

وقتی کانتینر به عنوان یک کابین شارژ و تعویض باتری ذخیره‌سازی خورشیدی پیکربندی می‌شود، معماری تامین انرژی پیچیده‌تر می‌شود. آرایه فتوولتائیک تغذیه می کند باس DC مرکزی که به سه بار موازی خدمت می کند: کمپرسور تبرید، سیستم ذخیره انرژی باتری، و توزیع کننده شارژ EV . یک سیستم مدیریت انرژی هوشمند این بارها را بر اساس شرایط بلادرنگ اولویت بندی می کند. بار خنک کننده برای محافظت از کالاهای حساس به دما اولویت اول را دریافت می کند. هر تولید اضافی، بانک باتری را شارژ می کند. و هنگامی که باتری ها در حالت شارژ کافی هستند، برق برای شارژ EV در دسترس قرار می گیرد. در طول دوره‌هایی که تقاضای شارژ EV زیاد است، سیستم مدیریت انرژی می‌تواند تولید فتوولتائیک را با انرژی ذخیره‌شده باتری تکمیل کند و اطمینان حاصل کند که چندین وسیله نقلیه می‌توانند به طور همزمان بدون تجاوز از ظرفیت خروجی نامی کانتینر شارژ شوند.

متعادل‌سازی شبکه و تراشیدن پیک در برنامه‌های شارژ

ادغام ذخیره انرژی در ظرف خنک کننده خورشیدی، آن را از یک مصرف کننده برق غیرفعال به یک مصرف کننده تبدیل می کند دارایی شبکه فعال با قابلیت تراشیدن پیک و جابجایی بار . در یک پارکینگ عمومی یا برنامه مراکز خرید، شارژ کنترل نشده چندین خودروی برقی در اواخر بعد از ظهر - زمانی که منبع خورشیدی در حال کاهش است و شبکه در حال حاضر تحت فشار تقاضای مسکونی و تجاری قرار دارد - یک افزایش بار مشکل ساز ایجاد می کند. سیستم ذخیره انرژی باتری کانتینر این درگیری را جذب می کند. در پیک خورشیدی ظهر، زمانی که بار خنک کننده برآورده می شود و باتری ها به طور کامل شارژ می شوند، تولید مازاد ذخیره می شود. هنگامی که تقاضای شارژ EV در اواخر بعد از ظهر و عصر افزایش می یابد، سیستم کنترل هوشمند باتری ها را تخلیه می کند تا بار شارژ را برآورده کند. کاهش کشش شبکه 70 تا 90 درصد در مقایسه با نصب شارژ مدیریت نشده .

این قابلیت حداکثر اصلاح مستقیماً به کاهش هزینه های عملیاتی تبدیل می شود. تعرفه های برق تجاری در بسیاری از مناطق شامل هزینه های تقاضا بر اساس بالاترین میانگین مصرف برق 15 دقیقه ای در طول یک دوره صورتحساب است. یک شارژر سریع 50 کیلوواتی DC مدیریت نشده می‌تواند باعث افزایش تقاضای شارژ شود 500 تا 1500 دلار در ماه به قبض برق سایت بافر باتری محفظه خنک‌کننده خورشیدی، نوک شارژ را جذب می‌کند و اوج تقاضای سایت را زیر آستانه‌ای نگه می‌دارد که این هزینه‌های تنبیهی را ایجاد می‌کند. برای جوامع دارایی و مراکز خرید که در آن سهامداران متعددی در هزینه های برق سهیم هستند، این اجتناب از شارژ تقاضا تفاوت بین نصب شارژ EV که بار مالی است و نصبی که درآمد خالص از هزینه شارژ ایجاد می کند، ایجاد می کند.

انعطاف پذیری با کارایی بالا در سناریوهای کاربردی

انعطاف پذیری ظرف خنک کننده خورشیدی از آن ناشی می شود معماری مدولار و مستقل که می تواند برای موارد استفاده مختلف بدون طراحی مجدد سیستم های اصلی پیکربندی مجدد شود. . همان سکوی پایه - یک ظرف 20 فوتی یا 40 فوتی عایق با آرایه سقف فتوولتائیک، بانک باتری و کنترل‌کننده هوشمند - می‌تواند به اتصالات داخلی مختلف برای خدمت به عنوان سردخانه دارویی، واحد نگهداری مواد غذایی، هاب شارژ EV یا ایستگاه تعویض باتری مجهز شود. نقطه تنظیم دمای داخلی توسط نرم افزار در یک محدوده قابل تنظیم است -25 تا 25 درجه سانتی گراد ، به کانتینر اجازه می دهد تا از ذخیره سازی کالاهای یخ زده به عملیات شارژ باتری در دمای محیط در صورت تغییر تقاضای برنامه در طول زمان تغییر کند.

استقرار پارکینگ عمومی و مرکز خرید

در این مکان های شهری پرتردد، کانتینر خنک کننده خورشیدی دو مشکل را به طور همزمان حل می کند. فراهم می کند سردخانه مناسب برای مستاجران خرده فروشی که محموله های حساس به دما را دریافت می کنند در طول روز - فروشگاه‌های گل، فروشندگان مواد غذایی، مکان‌های تحویل دارو - بدون نیاز به نصب و نگهداری از هر یک از مستاجرین خنک‌کننده مخصوص خود. در عین حال، توزیع‌کننده‌های شارژ EV کانتینر به خریدارانی خدمات می‌دهند که می‌توانند خودروی خود را در حین مرور، با مدت زمان جلسه شارژ، شارژ کنند. 30 تا 60 دقیقه به خوبی با بازدید از خرید معمولی مطابقت دارد. ترکیبی از خدمات میزان استفاده از کانتینر را افزایش می دهد و بازگشت سرمایه را در مقایسه با یک سردخانه مستقل یا شارژر مستقل تسریع می کند.

جامعه املاک و ادغام مسکونی

برای جوامع مسکونی، ظرف خنک کننده خورشیدی به عنوان یک دارایی زیرساخت مشترک در مقیاس محله . ساکنانی که فاقد گاراژهای خصوصی برای شارژ خودروهای برقی خانگی هستند، می‌توانند از ایستگاه‌های شارژ کانتینر به صورت برنامه‌ریزی شده یا بر اساس تقاضا استفاده کنند. محفظه ذخیره سازی سرد می تواند به عنوان یک نقطه افت تحویل ایمن و کنترل شده با دما برای سفارشات خواربار فروشی آنلاین باشد و نیاز به تحویل درب منزل را که نیاز به حضور گیرنده در خانه دارد، از بین می برد. سیستم ذخیره انرژی کانتینر مشخصات کلی تقاضای برق جامعه را هموار می کند و به طور بالقوه مدیریت دارایی را برای نرخ پایین تر برق فله واجد شرایط می کند. از آنجایی که سیستم مستقل است و برای استقرار فقط به یک سطح تراز نیاز دارد، می توان آن را در گوشه پارکینگ موجود بدون گودبرداری، ترانشه یا مجوز ساخت سازه های دائمی نصب کرد.

اثرات زیست محیطی و کاهش کربن چرخه زندگی

مزایای زیست محیطی یک ظرف خنک کننده خورشیدی فراتر از حذف آشکار انتشار گازهای گلخانه ای دیزل است. تجزیه و تحلیل کربن چرخه حیات باید برای آن در نظر گرفته شود کربن متشکل از ساختار کانتینر، پانل‌های فتوولتائیک و باتری‌ها، در برابر انتشار گازهای گلخانه‌ای که در طول عمر 20 تا 25 ساله سیستم اجتناب شده است، جبران می‌شود. . یک کانتینر خنک کننده خورشیدی 20 فوتی با آرایه PV 10 کیلووات بر ثانیه و بانک باتری 30 کیلووات ساعت تقریباً تولید می کند. 14000 تا 18000 کیلووات ساعت در سال در یک موقعیت عرض جغرافیایی متوسط بیش از 25 سال، این در مجموع 350 تا 450 مگاوات ساعت الکتریسیته با کربن صفر اگر این تولید برق شبکه را با شدت کربن 0.5 کیلوگرم CO2 بر کیلووات ساعت جابجا کند، ظرف از آن جلوگیری می کند. 175 تا 225 متریک تن انتشار CO2 . ردپای کربن ساخت کانتینر، پانل‌های PV و باتری‌ها معمولاً در محدوده 15 تا 25 متریک تن معادل CO2 ، به این معنی که سیستم بازپرداخت کربن را در داخل به دست می آورد 2 تا 4 سال و به عنوان یک سینک کربن خالص برای دو دهه باقی مانده از عمر خود عمل می کند.

استراتژی پایان عمر معادله محیطی را بیشتر بهبود می بخشد. ساختار ظرف از فولاد کورتن ساخته شده است که به طور کامل از طریق کانال های فلزی ضایعات استاندارد قابل بازیافت است. پانل‌های فتوولتائیک تحت برنامه‌های بازپس‌گیری سازنده قرار دارند که قاب‌های آلومینیومی، شیشه و مواد نیمه‌رسانا را بازیابی می‌کنند. باتری‌های لیتیوم آهن فسفات فاقد کبالت یا نیکل هستند که بازیافت را ساده کرده و خطر سمیت را در پایان عمر کاهش می‌دهد. زمانی که ظرف در نهایت از رده خارج شد، بیش از 90 درصد جرم آن قابل بازیافت و بازیافت است ، بسته شدن حلقه مواد و به حداقل رساندن بار دفن زباله. این رویکرد طراحی دایره‌ای، همراه با صرفه‌جویی در انتشار گازهای گلخانه‌ای، کانتینر خنک‌کننده خورشیدی را به یکی از بی‌خطرترین گزینه‌های زنجیره سرد و زیرساخت شارژ برای محیط‌زیست تبدیل می‌کند که هم برای بازارهای توسعه‌یافته و هم برای بازارهای در حال توسعه موجود است.