Sisteme de putere în stare solidă: definiție, arhitectură și taxonomie
Un sistem de putere în stare solidă (solid-state power system) transformă energia în putere electrică și o livrează unei sarcini, iar etapa de conversie directă este realizată fără o etapă electromecanică rotativă convențională de generare. Termenul descrie modul în care este construită calea de conversie, nu proveniența energiei, și nu este sinonim cu bateria în stare solidă (solid-state battery). Una dintre subclase este cea electrodinamică; dezvoltarea VENDOR.Energy este concentrată pe această subclasă.
Ce este un sistem de putere în stare solidă
Proprietatea definitorie a clasei este arhitectura etapei de conversie — conversia energiei în stare solidă (solid-state energy conversion) — și nu proveniența energiei convertite.
Un sistem de putere în stare solidă transformă energia în putere electrică prin materiale, structuri sau dispozitive electronice statice. În această etapă nu apare niciun convertor electromecanic rotativ convențional.
Conversia energiei în stare solidă este bine stabilită în literatura științifică, unde acoperă convertoare fotovoltaice, termoelectrice, termofotovoltaice și electrochimice cu oxid solid. Supraclasa mai largă, sistemul de putere în stare solidă, nu are un standard industrial formal. Această pagină o utilizează ca un cadru taxonomic pentru arhitecturi care au în comun aceeași arhitectură a etapei de conversie și o propune în această calitate.
De aici decurg două consecințe. Două sisteme pot obține energia în moduri complet diferite și pot aparține totuși aceleiași clase, dacă au în comun aceeași arhitectură a etapei de conversie. Invers, o sursă de energie comună nu plasează, prin ea însăși, două sisteme în aceeași clasă.
Conversia energiei în stare solidă nu este stocarea energiei în stare solidă
Generarea de putere electrică în stare solidă (solid-state power generation) este una dintre funcțiile conversiei energiei în stare solidă. Stocarea energiei în stare solidă (solid-state energy storage) este o funcție de altă natură. În mediul de căutare actual cele două sunt confundate aproape automat, motiv pentru care distincția primește o secțiune proprie.
| Termen | Ce desemnează |
|---|---|
| Solid-state energy conversion | Conversia directă a energiei în putere electrică prin materiale, structuri sau dispozitive electronice statice |
| Solid-state power system | Un sistem care transformă energia în putere electrică și o livrează unei sarcini, în care conversia directă în putere electrică este realizată prin materiale, structuri sau dispozitive electronice statice, fără un convertor electromecanic rotativ convențional |
| Solid-state power generation | Funcția de producere a puterii electrice în interiorul unui sistem de putere în stare solidă |
| Solid-state power conversion | Condiționarea prin electronică de putere a puterii electrice deja disponibile |
| Solid-state energy storage | O clasă de tehnologii de stocare în care elementele funcționale principale de stocare sunt realizate din materiale în fază solidă |
| Solid-state battery | O baterie electrochimică reîncărcabilă care utilizează un electrolit solid în locul unuia lichid sau gelatinos |
| Solid-state transformer | Un convertor cu electronică de putere care realizează transformarea și controlul fluxului de putere; nu este nici sursă de energie, nici dispozitiv de stocare a energiei |
| Solid-state relay | Un element de comutație cu electronică de putere; nu este nici sursă de energie, nici dispozitiv de stocare a energiei |
Un sistem de stocare a energiei răspunde la întrebarea cum este preluată energia, cum este păstrată în timp și cum este returnată apoi sistemului. Un sistem de putere, în această taxonomie, răspunde la întrebarea cum se realizează conversia și livrarea puterii. Sunt funcții diferite, iar plasarea lor într-o singură clasă este o eroare terminologică, nu o prescurtare.
Ce face ca un sistem de putere să fie în stare solidă
O arhitectură aparține clasei atunci când sunt îndeplinite toate cele cinci condiții.
- Conversia directă în putere electrică este realizată prin materiale, structuri sau dispozitive electronice statice, fără un convertor electromecanic rotativ convențional.
- Sistemul prezintă o interfață electrică de ieșire către o sarcină a utilizatorului.
- Funcția dominantă a căii este conversia și livrarea puterii, nu stocarea energiei electrice primite anterior.
- Un element tampon sau de stocare este permis; prezența lui nu plasează sistemul în clasă și nici nu îl exclude din aceasta.
- Clasa nu determină sursa de energie; sursa nu este un criteriu de clasificare.
A treia condiție este cea decisivă. Fără ea, definiția ajunge să includă imediat sistemele de stocare, care îndeplinesc formal toate celelalte condiții, iar distincția stabilită în secțiunea anterioară nu mai poate fi menținută.
Un sistem este clasificat după funcția dominantă a căii sale, nu după inventarul elementelor pe care le conține.
O precizare separată despre ardere. Absența unui ciclu de ardere este caracteristică majorității arhitecturilor din clasă, dar nu este o proprietate definitorie: o subclasă termică convertește un flux termic indiferent de modul în care a fost produsă acea căldură. Proprietatea aparține unor arhitecturi anume, nu clasei.
Sistemul de putere în stare solidă este o clasă, nu un singur mecanism fizic
Clasa conține mai multe subclase. Ceea ce au în comun este arhitectura etapei de conversie, nu un efect fizic comun.
| Subclasă | Mecanism de conversie | Aplicație caracteristică |
|---|---|---|
| Fotovoltaică | Efect fotovoltaic | Generare distribuită |
| Termoelectrică | Efect Seebeck | Recuperarea căldurii reziduale, senzori autonomi |
| Termofotovoltaică | Conversia fotovoltaică a radiației termice | Conversia căldurii de temperatură înaltă |
| Pilă de combustie cu oxid solid | Conversie electrochimică | Generare staționară |
| Electrodinamică | Conversie electrodinamică | Alimentarea infrastructurii |
Lista este deschisă. O subclasă nouă nu modifică definiția clasei, deoarece clasa este stabilită de arhitectura etapei de conversie, nu de o listă predefinită de efecte fizice.
Subclasa electrodinamică
Subclasa electrodinamică cuprinde arhitecturi în care etapa de conversie se bazează pe interacțiune electrodinamică, nu pe un efect fotovoltaic, termoelectric sau electrochimic. Termenul este utilizat aici ca etichetă taxonomică, nu ca descriere a construcției interne a vreunui sistem anume.
Dezvoltarea VENDOR.Energy este concentrată pe subclasa electrodinamică a sistemelor de putere în stare solidă.
Tot ce ține de sistemul propriu-zis se află pe paginile care dețin acest conținut:
- Sistemul VENDOR
- Clasificarea canonică a sistemului, denumirea la nivel de produs și starea curentă
- Cum funcționează
- Traseul funcțional prin calea de conversie și interfețele de produs
- De unde vine energia
- Atribuirea energiei și lista a ceea ce sursa nu este
- Validare tehnologică
- Protocolul de verificare, frontiera dispozitivului și criteriile de acceptanță
Prin ce se deosebește clasa de arhitecturile învecinate
| Arhitectură | Funcție dominantă | Etapă rotativă de generare | Modul de conversie electrică |
|---|---|---|---|
| Baterie, BESS | Stocare și restituire ulterioară | Absentă | Stocare electrochimică cu electronică de putere |
| Grup electrogen diesel | Generare | Prezentă | Conversie mecanică în electrică |
| Instalație fotovoltaică | Conversie și livrare a puterii | Absentă | Fotovoltaic |
| Sistem electrodinamic în stare solidă | Conversie și livrare a puterii | Absentă | Electrodinamic |
Comparațiile detaliate sunt tratate separat: comparații, inclusiv față de motorină și față de solar plus baterie.
Unde se utilizează sistemele de conversie în stare solidă
Domeniul de aplicare este stabilit de subclasa fizică, nu de clasă în ansamblu. Arhitecturile fotovoltaice, termoelectrice, termofotovoltaice, electrochimice și electrodinamice rezolvă probleme diferite și funcționează la scări diferite, de la un singur senzor autonom până la instalații la scara rețelei.
Pentru alimentarea infrastructurii, amplasamentele relevante sunt cele în care contează deopotrivă amplasarea distribuită, absența unei etape rotative convenționale de generare și ieșirea electrică directă într-un sistem local de alimentare.
- Infrastructură de telecomunicații
- Amplasamente edge și calcul distribuit
- Infrastructură de utilități și de apă
- Active industriale în locații izolate
- Infrastructură locală de curent continuu
Scenariile sectoriale sunt dezvoltate în secțiunea Soluții. Cadrul economic este prezentat pe pagina Economie.
Produse VENDOR.Energy
Stratul de produs este tratat separat de taxonomie.
Clasificarea curentă și starea sistemului — Sistemul VENDOR.
Potrivirea dintre arhitectură și un amplasament anume este evaluată printr-un chestionar structurat.
