Päikeseenergia linnatöönteknoloogiate jaoks: Insenerin nägemus koostööst päikese- ja akupaneelide kasutamisel

Nõudluse nägemus koos reaalse arvuga

IEA raport „Electricity 2024“ hinnangul tarbisid andmekeskused, töönteknoloogiad ning krüptovaluutade kaevandamine 2022. aastal umbes 460 teravattit tundi (TWh) energiat, mis moodustab ligikaudu 2% maailma koguenergiatarbimisest. Raport ennustab, et see summa võib 2026. aastaks ületada 1000 teravattit tundi – see on tase, mis võrdub Jaapani aastase energiatarbimisega. Viitame just sellele raportile, mitte allikateta kasvuprotsentidele, sest allikad on olulised selleks, et arv oleks usaldusväärne.

Klass 1: Andmekeskused – missä päikesepaneelid ning energiasalvestus aitavad, ja missä ei

Andmekeskuse puhul täidavad päikesepaneelid koos energiasalvestusseadmetega kolme olulist funktsiooni:

1. Tippnäitajate vähendamine : Akku tühjendatakse nõudlus- ning laadimisajavahemikel, et vähendada arvutatavaid tippnäitajaid.
2. Nõudluse tasakaalustamine : Akku laaditakse päikesepaneelide abil keskpäeval, kui energiatöötlemise hinnad on madalad.
3. Vajalik toitevaru tagamine : See tagab, et olulised süsteemid jääksid toimima ka elektrivõrgu katkestuste ajal.

Päikesepaneelid ning energiasalvestusseadmed ei asenda aga püsivat, varuhoidvat energiatöötlemisvõimsust. Näiteks 1 MW püsivat energiatöötlemisvõimsust tagamine päikesepaneelide ning neljatunnise energiasalvestuse abil nõuab suuremahulisi päikesepaneelisüsteeme ning energiasalvestusseadmeid; praktiliselt jääb elektrivõrk või püsiv energiatarneettevõte peamiseks energiallikaks. Kui projektikirjelduses öeldakse, et „päikesepaneelid toidavad andmekeskust“, küsige enne lepingu sõlmimist täpseid arvutusi selle energiatöötlemisvõimsuse kohta.

Klass 2: Linnapiirkonnad – missä iseseisvad päikesepaneelisüsteemid on loogiline lahendus

Linnapiirkondades on iseseisvad päikesepaneelisüsteemid loogiline ning tõhus energiatarneviis.

Kõige suurem energiatarve on just neil seadmetel, mida kasutame. Liikluskaamera tarbib mõned wattid energiat; tark valgustuspost tarbib öösel 10–60 wattit. Andurite sõlmed tarbivad vähem kui ühe watti energiat. Need seadmed asuvad paikades, kus kaevamistööd on kulukad ning võrguühenduse saamine nõuab mitme kuud kestvaid lubade hankimist – neile piisab lihtsalt akuga varustatud alalisvooluallikast. Iseseisev päikesepaneelide ning akude kombinatsioon ei ole nende puhul kompromiss, vaid täiuslik lahendus.

Järjekord, milles me rakendame mõõtmete määramise meetodit:

1. Paranda esmalt varustust. Summa paneelide võimsust × ööpäevased tööaegud, pluss 10–20% lisavaru kontrolli- ja kommunikationskostnadeks – sest märgistusel olev summa on alahindatud.
2. Määra paneelide suurus põhinedes halvimal kuul, mitte aasta keskmisel. Kasuta kuud, mil päikesepaistet on kõige vähem, ning arvesta süsteemi võimsuslangust (0,75–0,85) seoses saaste, temperatuuri, juhtmete ning kontrolleri kadude tõttu. Paneelide suurus, määratletud aasta keskmise päikesepaistega, ei toimi korrektselt iga aasta detsembris.
3. Vali aku suuruse vastavalt soovitud tööaegade pikkusele. Edge-loadide (piirialade seadmed) jaoks on tööaeg kolm kuni viis päeva; kõrgetel laiuskraadidel asuvates piirkondades ning monsoonikliimades tuleb aku mahtu veel suurendada. Aku maht = soovitud tööpäevade arv × ööpäevane energiatarve (Wh) ÷ kasutatav tühjendusvõimalus – LiFePO4 (liitium-raud-fosfaat) akude puhul on see 0,8–0,9.
4. Vali kontrolleri, mis sobib paneelide võimsusele. Kaasaegsed, kõrge võimsusega paneelid vajavad MPPT (maksimaalse võimsuspunkti jälgimist); pingesuhete reeglid on selgitatud meie MPPT vs PWM juhendis. Kogu arvutusprotsessi saab läbi viia meie kontrollerite suuruse arvutusvahendiga.

Hajutatud energiatootmine linnahoonetel

Katus- ja seinalt monteeritud päikesepaneelid kontorihäkkide ning kaupungikeskuste puhul toidavad esmalt hoone enda tehisintellekti (AI)-tarbeid. See väide säilib ka pärast täpsemat analüüsi, kui asjaolud on selgitatud. Keskmise suurusega kaubandushoone, mille katus on täielikult päikesepaneelidele pühendatud (oletame, et kasutatav pindala on 1000 m² ning paneelide efektiivsus on umbes 150 W/m²), toodab umbes 150 kWp energiat. Arvestades keskmist energiatootmist (1200–1500 kWh/kWp/aasta, mis sõltub paikadest), annab see aastas umbes 180 000–225 000 kWh energiat. Tegelikud eelised ei piirdu ainult energiatootmisega – paneelid asuvad otse hoone energiatarbimise lähedal, mistä vähendab edastuskaotusi ning võimaldab hooneel oma energiatarbimist päikesepaneelide tootmisgraafiku järgi reguleerida.

Kesksete energiatootjate ning elektrivõrgu roll

Kesksete energiatootjate ning elektrivõrgu roll on oluline energiatasakaalu tagamisel ning energiatõhususe parandamisel. Katus- ning seinalt monteeritud päikesepaneelid võimaldavad energiat otse hoone tarbimiseks kasutada, vähendades seeläbi edastuskaotusi ning parandades energiatõhusust.

Kasutusmastaabis olevad elektrijaamad, asuvad linna periferiällä, toidavad otse linnan elektrivõrku. Võrgus olevad energiasalvestusseadmed aitavad päikeseenergiat suunata just siis, kui tehisintellekti nõudlus on kõrgeim. Koordinatsioonikohtaks on elektrivõrgu operaator, mitte hoone omanik, ning insenjärlised küsimused (võrguühendused, energiataseme muutmine jne) kuuluvad selle koostööprotsessi osa. Mainime seda siin, sest projektidokumendid sageli segavad need kaks erinevat aspekti ühte „päikeseenergia kasutamist tehisintellekti tarbeks“-narratiivi. Tegemist on aga tegelikult erinevate projektidega.

Mida see leht ei käsitle

See leht käsitleb kontseptsioone ning arhitektuuri, mis on seotud päikeseenergia- ning energiasalvestusseadmetega, mida kasutatakse tehisintellekti tarbeks. See ei hõlma andmekeskuste projekteerimist, võrguühenduste uuringuid ega tarifite optimeerimist – need on projektispetsiifilised asjad. Tänavavalgustuste ja muude äärisseadmete puhul on meie kõikehõlmav päikesevalgustusseade see riistvara, mida see meetod toodab. Lisaks sõltub energiasäästu tõhusus pigem tarifitest kui tehnoloogiast – mudeleerige enne akude kasutamist esmalt energiataseme graafikut.