Čo je PCS v BESS a prečo je jeho výkon dôležitý?

PCS – Power Conversion System – je výkonová časť BESS, ktorá zabezpečuje obojsmernú premenu elektrickej energie medzi batériou a AC elektrickou sieťou. Výkon PCS v kW alebo MW určuje, akým maximálnym výkonom sa môže BESS nabíjať a vybíjať. Batéria môže mať veľkú energetickú kapacitu v MWh, ale ak má nedostatočný výkon PCS, nedokáže požadovanú energiu dodať dostatočne rýchlo.

Aký je rozdiel medzi výkonom a kapacitou BESS?

Výkon (kW alebo MW) určuje, ako rýchlo dokáže systém energiu dodávať alebo prijímať. Kapacita (kWh alebo MWh) určuje množstvo energie, ktoré má batériový systém k dispozícii. Dve batérie s rovnakou kapacitou 1 MWh môžu mať výkon 1 MW alebo len 250 kW — prvá dodá 1 MW približne jednu hodinu, druhá 250 kW približne štyri hodiny. Ide o dva zásadne odlišné systémy z pohľadu konkrétnej aplikácie.

Modelový príklad IBG: veľká batéria s malým PCS

Výrobný podnik chce pomocou BESS udržiavať odber zo siete pod úrovňou 800 kW počas špičky 1 300 kW — potrebný výkon batérie je teda 500 kW. BESS má kapacitu 2 MWh, na prvý pohľad veľké úložisko. PCS má však maximálny vybíjací výkon iba 250 kW, takže systém dodá maximálne 250 kW a odber zo siete klesne len na približne 1 050 kW namiesto plánovaných 800 kW. Problémom nie je kapacita batérie, ale výkon PCS. Modelový príklad je zjednodušený a slúži na vysvetlenie princípu.

Určuje výkon BESS iba PCS?

Nie. PCS predstavuje významný výkonový limit systému, ale maximálny výkon BESS môže byť obmedzený aj batériovými článkami, modulmi, rackmi či limitmi BMS. Pri porovnávaní BESS preto nestačí porovnávať iba cenu za kWh — treba vždy overiť, či je výkon PCS aj batériovej časti navrhnutý pre konkrétny spôsob využitia.

• PCS premieňa DC energiu batérie na AC energiu a opačne
• Kapacita určuje, ako dlho môže BESS energiu dodávať
• Výkon PCS určuje, akým výkonom môže BESS pracovať
• Rovnaká batériová kapacita môže mať úplne rozdielny výkon PCS

„Batéria môže mať dostatok energie a stále nesplniť svoju úlohu — ak nemá dostatočný výkon PCS na to, aby ju dodala včas."

Tím energetických riešení IBG Slovensko

Ako sa výkon PCS volí pri návrhu projektu?

Výkon PCS by mal vychádzať z konkrétnej potreby aplikácie, nie z čo najvyššej dostupnej hodnoty. Pri peak shavingu je rozhodujúci rozdiel medzi špičkovým odberom a cieľovým limitom, pri FVE optimalizácii zase maximálny prebytok výroby, ktorý má batéria absorbovať. Výkon PCS je vhodné navrhnúť s primeranou rezervou, ktorá zohľadňuje aj budúci rast spotreby alebo pridanie ďalších funkcií, ako je účasť na balancing services.

Aké otázky si položiť pri porovnávaní ponúk BESS?

• Aký je maximálny nabíjací a vybíjací výkon PCS pri danej konfigurácii?
• Je výkon PCS trvalo dostupný, alebo iba krátkodobo pri prekročení?
• Zodpovedá výkon PCS aj limitom batériovej časti a BMS?
• Ako sa výkon PCS mení pri zníženom SoC alebo vyššej teplote?

Maximálny výkon by mal byť uvedený pre konkrétnu konfiguráciu projektu, nie ako všeobecné maximum PCS pri ideálnych podmienkach. Rozdiel medzi trvalým a krátkodobým výkonom je kľúčový — niektoré ponuky uvádzajú špičkovú hodnotu, ktorú systém dokáže dodať len na pár sekúnd, čo pri peak shavingu, ktorý môže trvať aj desiatky minút, nestačí. Výkon PCS musí byť zosúladený s limitmi, ktoré určuje BMS, inak systém v praxi nedosiahne deklarovaný výkon. A pokles výkonu pri nízkom SoC alebo vysokej teplote je bežný jav — dôležité je vedieť, o koľko percent a pri akých hodnotách k nemu dochádza, aby sa dal zohľadniť v ekonomickom modeli.

Ako výkon PCS ovplyvňuje účinnosť celého systému?

PCS nepracuje s rovnakou účinnosťou pri každom zaťažení — najvyššiu účinnosť dosahuje zvyčajne pri strednom až vyššom zaťažení, zatiaľ čo pri veľmi nízkom výkone môžu relatívne straty rásť. Ak je PCS voči bežnej prevádzke výrazne predimenzovaný, systém môže dlhodobo pracovať mimo svojho optimálneho pásma, čo sa prejaví na nižšej reálnej round-trip efficiency, než uvádza datasheet pri plnom zaťažení.

Prečo je vhodné mať pri PCS rezervu na budúci rozvoj?

Podniky sa časom rozvíjajú — pribúdajú nové technológie, rastie výroba FVE alebo sa otvárajú nové príležitosti účasti na balancing services. PCS s primeranou výkonovou rezervou umožňuje tieto zmeny zohľadniť bez nutnosti kompletnej výmeny výkonovej časti systému, zatiaľ čo PCS navrhnutý presne na hranicu aktuálnej potreby môže limitovať budúce rozšírenie využitia BESS.