Sistemi di accumulo di energia a batteria raffreddati ad aria vs raffreddati a liquido

GUIDA ALLA GESTIONE TERMICA BESS

Il raffreddamento è facile da trascurare quando si confrontano i sistemi di accumulo dell’energia a batteria. Gli acquirenti spesso iniziano con la capacità della batteria, la potenza del PCS e il prezzo, ma il modo in cui un BESS gestisce il calore influisce anche sul modo in cui il sistema funziona in condizioni reali.

Per i progetti commerciali e industriali, due approcci comuni sono il raffreddamento ad aria e il raffreddamento a liquido. Ciascuno presenta vantaggi e nessuno dei due dovrebbe essere selezionato solo perché una tecnologia sembra più avanzata.

Un utileBESS raffreddato ad aria vs. raffreddato a liquidoil confronto dovrebbe considerare il controllo della temperatura, la densità della batteria, le condizioni ambientali, i requisiti di manutenzione, la frequenza dei cicli e la progettazione complessiva del progetto.

Perché un sistema di accumulo dell'energia a batteria necessita di raffreddamento?

Le celle della batteria generano calore durante la carica e la scarica. La quantità di calore dipende dalla potenza operativa, dalla frequenza del ciclo, dal design della batteria e dalle condizioni ambientali.

Senza adattogestione termica della batteria, le temperature possono aumentare in modo non uniforme tra i moduli o tra le diverse aree dell'armadio.

Un sistema di raffreddamento adeguatamente progettato aiuta a:

• Mantenere i moduli batteria entro un intervallo di temperatura operativa adeguato
• Ridurre le grandi differenze di temperatura tra i moduli
• Supporta prestazioni di carica e scarica costanti
• Gestire il calore durante i cicli giornalieri ripetuti
• Supporta il funzionamento della batteria a lungo termine
• Fornire condizioni più prevedibili per il BMS

I requisiti di raffreddamento aumentano quindi con l'aumento della densità della batteria, della potenza operativa, della temperatura ambiente o dell'intensità del ciclo.

Come funziona un BESS raffreddato ad aria?

UNBESS raffreddato ad ariautilizza il flusso d'aria condizionata per rimuovere il calore dai moduli batteria e da altri componenti interni.

Ventole, canali dell'aria o apparecchiature HVAC fanno circolare l'aria attraverso l'armadio o l'armadio. Il calore viene trasferito dai moduli batteria all'aria circostante e l'aria calda viene quindi allontanata o raffreddata prima di circolare nuovamente.

Come funziona un BESS raffreddato a liquido?

UNBESS raffreddato a liquidoutilizza un refrigerante circolante per trasferire il calore lontano dai moduli batteria.

A seconda della versione, vicino ai moduli vengono posizionate piastre di raffreddamento o altri componenti per il trasferimento del calore. Il liquido di raffreddamento assorbe il calore e lo trasporta attraverso il circuito di gestione termica, dove il calore viene rimosso prima che il liquido di raffreddamento ritorni al sistema della batteria.

Poiché il percorso di trasferimento del calore può essere posizionato vicino ai moduli batteria, il raffreddamento a liquido è particolarmente adatto ai sistemi compatti in cui molte celle sono installate all'interno di un involucro relativamente piccolo.

BESS raffreddato ad aria e BESS raffreddato a liquido: differenze chiave

La differenza non si limita al modo in cui il calore viene rimosso. La tecnologia di raffreddamento influisce anche sulla progettazione dell'armadio, sull'uniformità della temperatura, sulla manutenzione e sui tipi di progetti che BESS può supportare comodamente.

Quale metodo di raffreddamento offre una migliore uniformità della temperatura?

L'uniformità della temperatura è importante perché i moduli batteria che funzionano a temperature diverse possono sperimentare condizioni operative diverse nel tempo.

Il raffreddamento dell'aria dipende da come l'aria condizionata si muove attraverso l'armadio. I moduli vicini al flusso d'aria in entrata potrebbero presentare condizioni termiche diverse rispetto ai moduli posizionati più lontano lungo il percorso del flusso d'aria.

Un'attenta progettazione dei condotti e una gestione del flusso d'aria possono ridurre queste differenze, ma la sfida diventa maggiore quando più moduli batteria vengono posizionati all'interno di un armadio compatto.

Il raffreddamento a liquido avvicina il percorso di trasferimento del calore ai moduli batteria. Ciò può rendere più semplice mantenere una differenza di temperatura più ridotta in un sistema di batterie ad alta densità.

Tuttavia, la sola tecnologia di raffreddamento non determina le prestazioni del sistema. Un sistema raffreddato ad aria ben progettato può funzionare meglio di un sistema raffreddato a liquido mal progettato.

In che modo il raffreddamento influisce sull'impronta BESS?

Lo spazio di installazione è un fattore importante per molti progetti di stoccaggio dell'energia commerciale.

Gli armadi raffreddati ad aria necessitano di spazio interno sufficiente per i canali e la circolazione dell'aria. Con l'aumento della capacità della batteria, il mantenimento di un flusso d'aria adeguato in tutto l'armadio può richiedere spazio aggiuntivo.

Il raffreddamento a liquido può trasferire il calore senza fare affidamento su ampi percorsi del flusso d'aria attorno a ciascun modulo. Ciò supporta configurazioni di batterie più compatte e può aumentare la quantità di energia che può essere installata all'interno di un determinato ingombro dell'armadio.

Per i progetti in cui lo spazio per le apparecchiature è limitato, questa può diventare una considerazione importante quando si confrontano le configurazioni BESS.

Quale metodo di raffreddamento è migliore per i climi caldi?

I climi caldi impongono una domanda aggiuntiva a qualsiasi sistema di raffreddamento della batteria perché il BESS deve rimuovere il calore generato internamente mentre funziona a temperatura ambiente elevata.

Gli sviluppatori del progetto dovrebbero rivedere:

• Temperatura ambiente massima prevista
• Esposizione solare diretta
• Installazione esterna o interna
• Sgombero del gabinetto
• Frequenza giornaliera di carica e scarica
• Massima potenza della batteria
• Capacità del sistema di raffreddamento
• Allarmi termici e strategia di protezione

Il raffreddamento a liquido può essere interessante per i sistemi ad alta densità che operano in ambienti termici esigenti, ma la decisione dovrebbe comunque basarsi sulle condizioni effettive del sito piuttosto che sul solo clima.

In che modo il ciclismo quotidiano influisce sui requisiti di raffreddamento?

Una batteria di backup che funziona solo durante guasti occasionali alla rete ha un profilo termico diverso da un BESS utilizzato ogni giorno.

I sistemi di accumulo commerciali utilizzati per il peak shaving, lo spostamento dell’energia solare o la carica e scarica programmata possono eseguire cicli regolari.

Ogni ciclo di carica e scarica produce calore. Quando questi cicli si verificano quotidianamente, il sistema di gestione termica deve rimuovere ripetutamente quel calore mantenendo la temperatura della batteria adeguata.

Questo è uno dei motivi per cui il raffreddamento a liquido viene sempre più utilizzato nei sistemi commerciali progettati per un funzionamento frequente.

Il raffreddamento a liquido prolunga la durata della batteria?

È meglio evitare di considerare la tecnologia di raffreddamento come l’unico fattore che determina la durata della batteria.

La durata della batteria dipende anche da:

• Chimica cellulare e qualità cellulare
• Temperatura operativa
• Profondità di scarico
• Velocità di carica e scarica
• Frequenza del ciclo
• Impostazioni BMS
• Strategia dello stato di carica
• Manutenzione

Una buona gestione termica aiuta a mantenere un ambiente operativo più controllato e può ridurre lo stress termico non necessario.

Il raffreddamento a liquido può quindi essere utile nei sistemi commerciali ad alta densità in cui le temperature costanti della batteria sono importanti, ma dovrebbe essere visto come una parte del progetto BESS completo.

Il raffreddamento ad aria è più facile da mantenere?

Il raffreddamento ad aria normalmente ha un'architettura meccanica più semplice perché non utilizza un circuito di circolazione del liquido.

La manutenzione ordinaria può comportare:

• Controllo dei tifosi
• Pulizia o sostituzione dei filtri
• Ispezione dei percorsi del flusso d'aria
• Controllo del funzionamento HVAC
• Monitoraggio dei sensori di temperatura

Un sistema raffreddato a liquido aggiunge componenti come pompe, circuiti di raffreddamento, tubazioni, raccordi e scambiatori di calore.

Per gli acquirenti, le domande importanti non sono semplicemente se il sistema utilizza aria o liquidi, ma come viene effettuata la manutenzione del sistema di raffreddamento.

• Con quale frequenza è necessario ispezionare il sistema di raffreddamento?
• Il liquido refrigerante richiede un controllo periodico?
• Le pompe o i componenti di raffreddamento sono sostituibili in loco?
• Come vengono rilevati i guasti di raffreddamento?
• Quali allarmi sono disponibili?
• Quale supporto per la manutenzione è disponibile dopo l'installazione?

Raffreddamento ad aria vs raffreddamento a liquido: qual è il costo?

Un sistema di raffreddamento ad aria solitamente ha meno componenti legati al raffreddamento, mentre il raffreddamento a liquido richiede pompe, circuiti di raffreddamento e apparecchiature aggiuntive per il trasferimento di calore.

Ciò può rendere più complessa l’architettura iniziale di gestione termica del raffreddamento a liquido.

Tuttavia, il prezzo delle apparecchiature non dovrebbe essere l’unico paragone.

Per i progetti commerciali, le considerazioni sul ciclo di vita possono includere:

• Impronta di installazione
• Consumo energetico per il raffreddamento
• Requisiti di manutenzione
• Frequenza del ciclo prevista
• Temperatura ambiente
• Condizioni di funzionamento della batteria
• Tempi di inattività
• Vita prevista del progetto

Il costo iniziale di raffreddamento più basso non è necessariamente il costo complessivo più basso per tutta la durata del progetto.

Quando un BESS raffreddato ad aria è una buona scelta?

Il raffreddamento ad aria può essere un'opzione pratica quando il sistema ha requisiti termici moderati e non necessita di una densità della batteria estremamente elevata.

Quando è più adatto un BESS raffreddato a liquido?

Il raffreddamento a liquido è sempre più utilizzato nello stoccaggio commerciale e industriale ad alta densità dove è richiesto un trasferimento di calore più controllato.

Opzioni BESS commerciali raffreddate a liquido di Voltertech

Per i progetti C&I in cui si preferisce la gestione termica dei liquidi, Voltertech offre configurazioni di stoccaggio di batterie commerciali con diverse capacità e livelli di potenza della batteria.

Confronto rapido delle opzioni BESS raffreddate a liquido Voltertech

Per altre configurazioni di capacità e potenza, sfoglia ilGamma di sistemi di accumulo di energia commerciale Voltertech.

Come scegliere tra BESS raffreddato ad aria e raffreddato a liquido

Non è necessario selezionare un metodo di raffreddamento prima di aver compreso il resto del progetto.

Prima di confrontare le opzioni di gestione termica, raccogliere le seguenti informazioni:

• Capacità della batteria richiesta in kWh
• Potenza richiesta del PCS in kW
• Frequenza giornaliera prevista del ciclismo
• Durata tipica di carica e scarica
• Temperatura ambiente massima
• Installazione interna o esterna
• Spazio disponibile per le attrezzature
• Capacità di manutenzione
• Requisiti di espansione futura
• Vita operativa prevista

Questi fattori forniscono una base molto migliore per la scelta del sistema di raffreddamento rispetto al semplice confronto del raffreddamento ad aria e del raffreddamento a liquido come tecnologie isolate.

Errori comuni nel confronto dei sistemi di raffreddamento BESS

Supponendo che il raffreddamento a liquido sia sempre migliore

Il raffreddamento a liquido offre importanti vantaggi in molti sistemi ad alta densità, ma non tutti i progetti richiedono la stessa capacità di gestione termica.

Confronto solo del prezzo iniziale

Il costo iniziale dell'attrezzatura è solo una parte del progetto. Dovrebbero essere considerati anche l'ingombro dell'installazione, la manutenzione, l'energia di raffreddamento e le condizioni operative.

Ignorare la temperatura ambiente

Lo stesso BESS può far fronte a requisiti di raffreddamento molto diversi in un ambiente interno mite e in un'installazione esterna ad alta temperatura.

Ignorare il ciclo di lavoro

Una batteria utilizzata occasionalmente per il backup non ha lo stesso fabbisogno di raffreddamento di un sistema che si carica e scarica ogni giorno.

Scelta del metodo di raffreddamento prima di dimensionare il BESS

La capacità della batteria, la potenza del PCS e il profilo operativo previsto devono essere stabiliti prima di finalizzare i requisiti di gestione termica.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra BESS raffreddato ad aria e BESS raffreddato a liquido?

Un BESS raffreddato ad aria utilizza un flusso d'aria condizionata per rimuovere il calore dai moduli batteria, mentre un BESS raffreddato a liquido utilizza un refrigerante circolante e componenti di trasferimento del calore situati più vicini ai moduli batteria. Il raffreddamento a liquido può supportare un controllo termico più diretto e disposizioni compatte della batteria.

Il raffreddamento a liquido è migliore per lo stoccaggio di batterie commerciali?

Il raffreddamento a liquido può essere una valida opzione per sistemi ad alta capacità, cicli frequenti, installazioni compatte e ambienti termici esigenti. Il miglior metodo di raffreddamento dipende ancora dalle condizioni operative del progetto.

Il raffreddamento ad aria è più semplice del raffreddamento a liquido?

Il raffreddamento ad aria generalmente utilizza un'architettura termica più semplice perché non è presente un circuito di circolazione del liquido. Tuttavia, ventilatori, filtri, percorsi del flusso d'aria e apparecchiature HVAC richiedono ancora ispezione e manutenzione.

Il raffreddamento a liquido rende più sicuro un sistema di accumulo dell’energia a batteria?

Il raffreddamento è solo una parte della sicurezza BESS. La gestione termica può aiutare a mantenere temperature adeguate della batteria, ma la sicurezza generale dipende anche dalla chimica della batteria, dalla protezione BMS, dalla protezione elettrica, dalla protezione antincendio, dal monitoraggio, dalla progettazione dell'installazione e dalle procedure operative.

Un BESS raffreddato a liquido richiede manutenzione?

SÌ. Le condizioni del refrigerante, le pompe, le tubazioni, i raccordi, i sensori e gli altri componenti di gestione termica dovrebbero essere inclusi nel piano di ispezione e manutenzione del sistema.

Quale metodo di raffreddamento è migliore per i climi caldi?

Le elevate temperature ambientali aumentano il fabbisogno di raffreddamento di qualsiasi sistema di accumulo a batteria. Il raffreddamento a liquido può essere utile per i sistemi ad alta densità che richiedono una gestione più rigorosa della temperatura, ma la scelta finale dovrebbe considerare la temperatura del sito, la potenza del sistema, la frequenza del ciclo e il design dell'armadio.

È necessario il raffreddamento a liquido per ogni BESS commerciale?

No. Il raffreddamento ad aria può comunque essere adatto a molte applicazioni di storage commerciale. La tecnologia di raffreddamento deve essere selezionata in base alla densità della batteria, al profilo operativo, alle condizioni di installazione e ai requisiti termici.

Scegli il sistema di raffreddamento attorno al progetto

Non esiste una risposta universale alla domanda se sia migliore il raffreddamento ad aria o il raffreddamento a liquido.

Il raffreddamento ad aria offre un approccio relativamente semplice e rimane adatto a molte applicazioni di stoccaggio delle batterie. Il raffreddamento a liquido fornisce un trasferimento di calore più diretto ed è sempre più utilizzato in sistemi commerciali e industriali compatti e di maggiore capacità.

Per gli appaltatori EPC, gli installatori e gli sviluppatori di progetti, la domanda importante è se il BESS completo può mantenere condizioni operative adeguate in base ai requisiti effettivi di carico, temperatura, ciclo e installazione del sito.