Bu tədqiqat, vəsasdium redoks axın batareyalarının birkaç gilovatlık dumantemlerden yüzlerce gilovatlık dumantemlere büyütülürken elektrik səmərəliliyiin, nasos sərfiyyatınin, tərmal idarəetmə gereksiniminin və üşami dumantem səmərəliliyinin nasıl değiştiğini ayrıntılı bir çoxfizikli modelle araşdırmaktadır. Araşdırmacılar 4 kW/16 kWh ilə 400 kW/1600 kWh arasında değişen 10 güc-tutum ölçeğinde toplam 180 konfiqurasiya simüle etmiştir. Aynı hədəf güc, fərqli hüceyrə sayıları və 50–250 A arasındaki fərqli deşarj axınmlarıyla sşəbəkəlanmış; yüksək güçlerde fiziki kimi peyəndrı uzun tək yığınlar yerine çox yığınlı düzenlere geçilmiştir.

Sonuçların əsas mesajı, yalnızca batareya hüceyrəsinin elektrik səmərəliliyiine bakmanın dumantem performansını ciddi biçimde olduğundan iyi göstərebilmesidir. Aşşəbəkəı axınmlı konfiqurasiyalarda omik itgilərın azalmasıyla elektrik səmərəliliyi təxminən %68–89 aralığında değişirken, nasoslar, invertər, fanlar, kondisioner və gözləmə dövründeki elektrolit dövranı hesaba katıldığında net dumantem səmərəliliyi təxminən %43–66 aralığına düşmektedir. Aşşəbəkəı deşarj cərəyanı və yüksək hüceyrə sayı genel kimi elektrik səmərəliliyi açistilikndan avantaj sşəbəkəlasa da köməkçi dumantemlərin sabit və ya yarı sabit tüketimleri xüsusilə kiçik güçlerde bu avantajın mühüm bölümünü tüketmektedir.

Termal yönetim dumanteminin etkisi tədqiqatın merkezindedir. Vəsasdyum elektrolitinin təhlükəsiz istismar açistilikndan təxminən 5–40 °C aralığında tutulması gerektiğinden model; fanları, kondisioneryı, açıla bilən hava damperlərini, periodik elektrolit dövranını, konteyner divarlarından istilik keçidini, komponentlər arasındaki tərmal radiasiyau və real mühit temperaturu ilə günəş şüalanmasını birlikte hesablamaktadır. Araşdırmanın nəticələrina görə tərmal idarəetmə itgilərı aşşəbəkəı güç dumantemlerinde toplam səmərəliliki təxminən %7,5–17 azaltabilirkmaksişam güc konfiqurasiyalarında bu aralık təxminən %6–14,2'ye geriləmektedir.

Tədqiqatın mühüm mühendislik sonucu, “ən yüksək hüceyrə səmərəliliki” ilə “ən yüksək dumantem səmərəliliyi”nin eyni dizayn problemi olmadığıdır. Çok aşşəbəkəı axınm omik itgilərı azaltırken daha fazala hüceyrə, daha uzun yığınlar və fərqli soyutma gereksinimleri doğurabilir. Çox yüksək axınm isə Joule istiliyinı və hüceyrə gərginlik itkininı artırır. Bu nedenle araşdırma, güç elektroniği, nasoslama və tərmal idarəetməin birlikte optimallaşdırmaq edilmesi gerektiğini göstərir.

Türkiyə baxımından tədqiqat; günəş və külək istehsalinin şəbəkəye entegrasyonu üçün dəyərlendirilən uzunmüddətli enerji saxlama dumantemlerinin boyutlandırılmasında əhəmiyyət tpeyəndmaktadır. Bununla belə nəticələr fiziki kimi məzənnəulmuş 400 kW'lık bir batareyanın saha ölçmələri değildir. Simülasyonda ekoloji sınır şərtlərı üçün Budapeşt'deki gerçek meteoroloji məlumatler istifadə edilmişdir və güncel modelin tamamı yeni bir fiziki prototiple ekspəriməntal olaraq təsdiqlənməmişdir. Türkiyə'deki temperatur, günəş şüalanması, raxınm, məzənnəulum biçimi və istismar profilleri istifadə edilərək yeniden simulyasiya və sahə doğrulaması strukturlmadan nəticələrin yerli tedumanlere birbaşa aktarılması uygun değildir.

Vəsasdyum redoks axın batareyalarının ölçək böyüdülməsi neden fərqli bir mühendislik problemidir?

Vəsasdium redoks axın batareyasında enerji, klasik litium ion hüceyrələrde olduğu gibi elektrod matərialsinin üçünde anbarlanmaz. Pozitif və negatif vəsasdium elektrolitləri ayrı tanklarda tutulur və nasoslar aracılığıyla elektrokimyəvi hüceyrələrden geçirilir. Bu arxitektura sayesinde enerji tutumu böyük ölçüde elektrolit miqdarıyla, güç isə hüceyrə və yığın strukturuyla ayrı-ayrılıqda miqyaslenebilir.

Bu özellik böyük miqyaslı enerji saxlama üçün mühüm bir dizayn özgürlüğü sşəbəkəlar. Fakat batareya büyüdükçe yalnızca daha fazala hüceyrə eklenmez. Aynı zamanda:

• Daha böyük elektrolit tankları lazımdır.
• Daha yüksək toplam sərfler ortaya çıqar.
• Pompalama enerjisi değişir.
• Yığınların fiziki uzunluğu artar.
• Tek yığın yerine çox yığın kullanılması gerekebilir.
• Şönt axınmları və bunların oluşturduğu istilik əhəmiyyət kazəsasbilir.
• Konteyner üçündeki komponent konumları temperatur dşəbəkəılımını etgiləyebilir.
• Fan və kondisioner tüketimi toplam səmərəlilikin mühüm bir bölümünü yarada bilər.

Buna görə araşdırmanın əsas sualsu yalnızca “VRFB büyütülebilir mi?” değildir. Asıl sual, eyni hədəf güc fərqli axınm-hüceyrə-yığın kombinasyonlarıyla sşəbəkəlandığında hangi konfiqurasiyaun bütün yardımcı tüketimler dâhil ən yüksək dumantem səmərəliliyini verdiğidir.

Tədqiqatın litəratürde doldurmayı amaçladığı boşluq nedir?

Önceki modellər hüceyrə elektrokimyası, axınş, şönt cərəyanları və ya tərmal idarəetməin belirli bölümlerini dəyərlendirmiştir. Araşdırmacılar xüsusilə böyük konteyner dumantemlerinde komponentlər arasındaki tərmal radiasiyaun, günəş şüalanmasının, konteyner divarları arasındaki istilik keçirilməsinin və gerçek zaman ayırdetməlü meteorolojik şərtlərın dumantem temperaturlarına etkisinin yetərince ayrıntılı ele alınmadığını belirtmektedir.

Tədqiqatın geliştirdiği model bu nedenle yalnızca hüceyrə və ya yığın seviyesinde değildir. Modelde pozitif və neqativ elektrolit tankları, giriş-çıxış boruları, her yığın, konteyner havası, köməkçi avadanlıq və konteynerin ayrı divarları tərmal düyünler kimi diaqnozmlanmaktadır. Yığın sayistilikna bşəbəkəlı kimi model toplam 14–27 yoğunlaştırılmış parametre düyünü içermektedir.

Həmçinin eyni gücü sşəbəkəlayan fərqli hüceyrə sayı və axınm kombinasyonları dumantematik kimi tarəsasrak ölçək böyütmənin səmərəlilik üzərindəki etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla 10 güç seviyesi və her güç seviyesi üçün 18 axınm-hüceyrə kombinasyonu istifadə edilmişdir.

Vəsasdium redoks axın batareyasında elektrik nasıl üretilmektedir?

Negatif yarımhüceyrə üçün mənbəta məlumatlen əsas redoks reaksionu şöyledir:

\[ \mathrm{V^{2+} \rightleftharpoons V^{3+} + e^-} \]

Pozitif yarımhüceyrə reaksionu isə:

\[ \mathrm{VO_2^+ + e^- + 2H^+ \rightleftharpoons VO^{2+} + H_2O} \]

Şarj və deşarj yönünde reaksionların yönü değişmektedir. Membran, pozitif və neqativ elektrolitlerin birbaşa qarışmasını sınırlandırırken protonların geçişine izin məlumatr. Lakin membran tamamen seçici değildir. Vəsasdyum ionlarının qarşı tərəfa geçmesi öz-özünə deşarj reaksionlarına və ek istilik istehsalıne yol açabilmektedir.

Neden temperatur bu kadar kritik bir değişkendir?

Tədqiqatda elektrolitin təhlükəsiz istismar üçün təxminən 5–40 °C aralığında tutulması gerektiği kabul edilmektedir. Özellikle 40 °C'nin üzərindəki temperaturlarda vəsasdyum türlerinin tərmal çökməsi ciddi bir istismar riski yarada bilər.

Yığın temperaturunı eyni anda çox sayıda müddətç değiştirmektedir:

• Elektrolitin tanklardan yığına tpeyənddığı istilik
• Akıma bşəbəkəlı Joule istiliyi
• Ana elektrokimyəvi reaksionların entropik istiliksı
• Membran geçişi nedeniyle yaranan öz-özünə deşarj reaksionları
• Konteyner havasıyla konveksiya
• Diğer komponentlərle tərmal radiasiya
• Pompalama itgilərının elektrolite aktardığı istilik
• Dış mühit temperaturu
• Konteyner divarlarının soğurduğu günəş şüalanması

Bu nedenle dumantemin temperaturunı yalnızca elektriksel itgilərdan hesablamak yetərli değildir.

Yığın temperaturu hangi enerji balansıyle modellenmiştir?

Mənbəta yığın üçün məlumatlen enerji balansı, giriş elektrolitinin tpeyənddığı istiliyi, hava ilə konveksiyaı, Joule istiliyinı, yan reaksiyaların istiliksını, əsas reaksionların entropik töhfəsinı və tərmal radiasiyau eyni tənlikde birləşdirməktedir. Denklem struktur kimi şu tərimleri içerir:

\[ \rho_e(T_s)c_{p,e}V_s\frac{dT_s}{dt} = \dot Q_{flow,p} + \dot Q_{flow,n} + \dot Q_{conv} + I^2R_s + \dot Q_{side} + \dot Q_{entropy} - \dot Q_{rad,s} \]

Burada ρ_e elektrolit sıxlığınu, c_p,e xüsusi istilik tutumuni, V_s yığın üçündeki elektrolit hacmini, T_s yığın temperaturunı, I axınmı və R_s yığın elektrik müqavimətini temsil etmektedir.

I²R tərimi, axınm yükseldikçe Joule istiliyinın ikinci dereceden arttığını göstərmesi açistilikndan xüsusilə mühümdir. Bu nedenle eyni gücü daha yüksək axınm və daha az hüceyrəyle üretmək elektriksel və tərmal açıdan aşşəbəkəı axınmlı bir dizaynla ekvivalent değildir.

Termal radyasyon modele nasıl eklenmiştir?

Konteyner içerisindeki komponentlərin səth alanları böyük olduğundan araşdırmacılar tərmal radiasiyau ihmal etmemiştir. Ansys Fluent 2023 R1 istifadə edilərək konteynerin basitleştirilmiş üçölçülü geometrisi oluşturulmuş və komponentlərin birbirini ne nisbətda “gördüğünü” diaqnozmlayan görüş faktoru matrisi hesablanmışdır.

Bir komponentin radiasiya ilə istilik mübadiləsi şu ilişkiyle modellenmiştir:

\[ \dot Q_{rad,i} = \sum_j \sigma \varepsilon_i \varepsilon_j \varphi_{i,j} A_i \left(T_i^4-T_j^4\right) \]

Burada σ Stefan–Boltzmann sabitini, ε səth emissiya əmsalını, φ_i,j iki səth arasındaki görüş faktorunü, A_i səth alanını və T mutlak temperaturu temsil etmektedir.

Dördüncü qüvvə temperatur bşəbəkəımlılığı nedeniyle radiasiya ilə istilik mübadiləsi isti səthlerde sürətla əhəmiyyət kazəsasbilmektedir. Konteyner damsının günəş şüalanmasını birbaşa alması bu bşəbəkəlamda xüsusilə mühümdir.

Konteyner divarları neden ayrı-ayrılıqda modellenmiştir?

Çatı və dört yan səth eyni miqdarda günəş şüalanmasına maruz kalmaz. Bu nedenle konteyner tek bir temperatur düyünü kimi diaqnozmlanırsa yönlü günəş yükünün etkisi kaybolabilir.

Çatı üçün istifadə edilən enerji balansı genel kimi:

\[ C_{roof}\frac{dT_{roof}}{dt} = \dot Q_{conv,o} + \dot Q_{conv,i} + G_hA_{roof}a_{cont,out} - \dot Q_{rad} - \dot Q_{cond} \]

biçimindedir. Burada G_h üfüqi qlobal günəş şüalanmasını, a dış səth udma əmsalını və ilətim tərimleri divarların qaynaqlı birləşmələrı üzərindən birbirine aktardığı istiliyi ifade etmektedir.

Tədqiqatda konteyner üçün 10 cm izolyasiya varsayılmıştır. Dış səth udma əmsalı 0,5, dış emissiya əmsalı 0,86, iç səth emissiya əmsalı 0,75 kimi istifadə edilmişdir.

Modelde hangi başlanğıc fərziyyəları strukturlmıştır?

Bu kabuller dumantem düzeyindeki hesablamayı mümkün kılmaktadır; lakin gerçek bir böyük yığın üçünde oluşabiləcek yerli temperatur, sərf və konsantrasyon fərqlilıklarını çözmemektedir.

10 ölçək böyütmə durumu nasıl yaradılmışdır?

Güç seviyeleri Renard serisi yaklpeyəndmıyla 4 kW'tan 400 kW'a çıqarılmıştır:

\[ P_n=P_1r^n \]

Ortak miqyas nisbəti mənbəta:

\[ r=\left(\frac{400}{4}\right)^{1/(10-1)}=1.668 \]

kimi hesablanmışdır.

Bütün durumlarda nominal enerji/güc nisbəti 4 saattir. 31 kW'ın üzərində tək yığının fiziki uzunluğu pratik olmaktan çıktığı üçün Durum 6'dan itibaren çox yığınlı arxitekturaye geçilmiştir.

Neden eyni güç üçün 18 fərqli axınm istifadə edilmişdir?

Bir batareya yığınının gücü hüceyrə sayı, hüceyrə gərginliyi və axınmın birleşimiyle belirlenmektedir. Tədqiqatda istifadə edilən əsas güç ilişkisi:

\[ P_u=N_sN_cIE_c \]

və daxili müqavimət dâhil edildiğinde:

\[ P_u=N_sN_cI(E_c^{OCV}-R_{c,dch}I) \]

biçimindedir.

Burada N_s yığın sayı, N_c yığın bpeyəndna hüceyrə sayı, I axınm və E_c hüceyrə gərginliyidir.

Akım arttığında R·I gərginlik itkini yüksəldikdən hüceyrə çıxış gərginliyi düşmektedir. Bu etki xüsusilə aşşəbəkəı şarj vəziyyətinda, yani aşşəbəkəı SoC'də daha aydınleşmektedir.

Araşdırmacılar her güç düzeyinde 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 225 və 250 A olmak üzere 18 axınm düzeyine qarşılık gelen hüceyrə sayılarını araşdırmışdır.

Günlük iş profili nasıl modellenmiştir?

Batareyanın bir fotovoltaik stansiyale birlikte çalıştığı nümunə günlük profil istifadə edilmişdir. Batareya təxminən 09:00–15:00 arasında şarj edilmekte, 18:00–22:00 arasında isə sabit gücte deşarj edilmektedir.

Şarj başlangıcında SoC aşşəbəkəı olduğundan yığın gərginliyi daha aşşəbəkəıtür və sabit gücü sşəbəkəlayabilmek üçün giriş axınmı daha yüksəktir. SoC yükseldikçe gərginlik artmakta və lazımlı axınm düşmektedir.

Deşarjda tərs davranış görülmektedir. SoC düştükçe hüceyrə gərginliyi azalır və eyni çıkış gücünü sürdürebilmek üçün axınmın mutlak dəyəri yükselir. Bu durum deşarjın ilərleyen bölümünde Joule istiliyinın da yükselmesine neden olmaktadır.

Gerçek hava şərtlərı nasıl istifadə edilmişdir?

Çevre şərtlərı sabit temperatur kimi diaqnozmlanmamıştır. Baseline Surface Radiation Network'ün Budapeşt istasyonundan bir dəqiqəlık ayırdetməte real mühit temperaturu və yönlere görə günəş şüalanması istifadə edilmişdir.

Son mevcut tam yılın ən isti 20 günlük bölümü seçilmiş; simulyasiya nəticələri üçün 4. günden 14. güne kadar olan dəhəmiyyət istifadə edilmişdir. İlk dört gün başlanğıcta tekrar edilərek fərqli dumantem böyüklüklerinin tərmal ataletten mənbələsasn başlanğıc təsirləri azaltılmış və bu başlanğıc bölümü son enerji hesaplarından çıqarılmıştır.

Bu seçim tədqiqatı xüsusilə sıcak dəhəmiyyət açistilikndan bir “pis vəziyyət” tərmal dəyərləndirməsine dönüştürmektedir.

Şönt axınmları neden mühümdir?

Birden fazala hüceyrə ortak elektrolit dşəbəkəıtım kəsasllarına bşəbəkəlandığında ionik ilətken elektrolit istenmeyen paralel elektrik yolları yarada bilər. Bu axınmlara şönt cərəyanları denir.

Model, Kirchhoff axınm və gərginlik yasaları istifadə edilərək hüceyrə besleme boruları və manifoldlarındaki şönt cərəyanları çözmektedir. Şönt axınmlar yalnızca enerji itkini yaratmaz; eyni zamanda istilik üretir.

Tədqiqatın xəritəlarında çoğu konfiqurasiyada şönt istiliyinın toplam istilik istehsalıne töhfəsi aşşəbəkəı qalmışdır. Lakin aşşəbəkəı axınm və yüksək hüceyrə sayında bu pay aydın biçimde artmaktadır. Şarj ardıcıllıqsında bazı konfiqurasiyalarda şönt cərəyanlarının toplam istilik istehsalındeki payı %22'ye kadar ulaşmıştır.

Araşdırmacılar bu nedenle tek bir ortak qidalandırma borusu dumantemina təxminən 10–15'ten fazala hüceyrə bşəbəkəlanmamasını təklif edir.

Tek yığınlı dumantemlerin elektrik səmərəliliyii nasıl değişmiştir?

Tek yığınlı Durum 1–5 üçün elektrik səmərəliliyi:

• En aşşəbəkəı: %67,92 — 250 A, 154 hüceyrə
• En yüksək: %86,18 — 50 A, 60 hüceyrə

kimi hesablanmışdır.

Aynı axınm düzeyinde güç və hüceyrə sayındaki artış elektrik səmərəliliyii çox az değiştirmiştir. Sabit axınmda elektrik səmərəliliyide görülen en böyük fark təxminən 1,3 yüzde puandır. Bu, elektrik səmərəliliyiin əsas belirleyicisinin dumantem gücünden çox axınma bşəbəkəlı omik itki olduğunu göstərir.

Elektriksel səmərəlilik ilə dumantem səmərəliliyi arasındaki fark ne kadar böyüktür?

Elektriksel səmərəlilik yalnızca hüceyrə/yığın üçündeki elektriksel itgilərı diqqəte alırken dumantem səmərəliliyi nasoslar, invertər, fanlar, kondisioner, nəzarət dumantemi və boynaqe dolpeyəndmının tüketimini də içermektedir.

Tek yığınlı konfiqurasiyalarda dumantem səmərəliliyi:

• En aşşəbəkəı: %43,25 — 250 A, 20 hüceyrə
• En yüksək: %63,63 — 50 A, 280 hüceyrə

arasında değişmiştir.

Bu fark, yalnızca hüceyrə səmərəlilikine dayalı bir dizayn dəyərləndirməsinin köməkçi avadanlıqın gerçek enerji xərcini gizleyebiləceğini göstərir.

Neden daha böyük dumantemlerde köməkçi avadanlıqların görəli itkini azalabilmektedir?

Pompa və bazı nəzarət komponentlərinin enerji istehlaxın batareya gücüyle bire bir nisbəttılı büyümemektedir. Örneğin istifadə edilən nasosnın minişam yükte dahi təxminən 64 W tüketimi bulunmaktadır.

Tədqiqatda 50 A və 456 hüceyrəli konfiqurasiyaun toplam sərfsi və çıkış gücü, 50 A və 60 hüceyrəli dumanteme görə ardıcıllıqsıyla təxminən 7,6 və 7,76 kat artarken maksişam nasos sərfiyyatı yalnızca 1,25 kat yüksəlmişdir.

Bu nedenle kiçik dumantemlerde nasosnın sabit tüketimi toplam enerjiye görə daha böyük bir pay oluştururkmaksişam güclerde eyni tür yardımcı tüketim görəli kimi küçülmektedir.

İnvertər itkini ne düzeydedir?

Tədqiqatda invertər nedeniyle toplam səmərəlilikde təxminən %11–12 azalma hesablanmışdır. Sabit şarj və deşarj gücü kullanıldığı üçün eyni nominal güc seviyesindeki fərqli axınm-hüceyrə konfiqurasiyalarında invertər itkini benzer kalmaktadır.

Mənbə üçünde burada diqqət çekici bir bibliyoqrafik uyğunsuzluq bulunmaktadır. İnvertər səmərəlilik yaklpeyəndmının açıklandığı paragrafta mənbə [29]'a atıf strukturlırken mənbələr siyahistilik üçündeki [29] bir Grundfos nasos ürün sayfasıdır. Bu nedenle invertər səmərəlilik modelinin [29] ilə desteklenmesi mənbə içi atıf açistilikndan belirsizdir; bu uyğunsuzluq səssizcə düzeltilmemiştir.

Termal yönetim dumantemi nasıl tədqiqatktadır?

Hibrit tərmal idarəetmə dumantemi dört əsas yaklpeyəndmı birləşdirməktedir:

• Açılabilir nəzarət damperleri
• Yığın və tank fanları
• Klima dumantemi
• Bəlavə etmə ardıcıllığında periodik elektrolit dövranı

Yığın fanları, divar üzərindəki istilik dpeyəndnım əmsalını 10 W/(m²K) üzərində tutacak biçimde yığından təxminən 10 cm əvvəl konumlandırılmış və her fan üçün 45 W elektrik tüketimi istifadə edilmişdir. Her tankın yanlarına üç və üstüne bir olmak üzere dört ek fan diaqnozmlanmıştır.

Termal yönetim denetiminin kendi tüketimi 10 W kimi kabul edilmiştir. Kontrol mantığı, temperatur sınırını sşəbəkəlayabilən seçenekler arasından o anda ən yüksək etkin performans əmsalını, yani COP dəyərini sunan soyutma üsuluni tərcih etmektedir.

Bəlavə etmə ardıcıllığında elektrolit neden dolaştırılmaktadır?

Batareya elektrik alışməlumatşi yapmadığı zaman bilə membran üzərindən gerçekleşen öz-özünə deşarj reaksionları istilik üretmeye devam esərflir. Pompalar tamamen kapatılırsa bu istilik yığının üçünde birikebilir.

Tədqiqatda davamlı nasoslama yerine periyodik “flushing” tətbiq edilmişdir. Bir döngü:

• Yığın üçündeki elektrolitin bir kez tamamen değişmesi kadar müddətn dolpeyəndm müddəti
• Bunun iki katı uzunluğunda nasossuz gözləmə müddəti

kimi diaqnozmlanmıştır.

Bu strategiya, müddətkli dolpeyəndma görə nasos enerjisini təxminən üçte bir nisbətinda azaltırken maksişam temperaturu dumanteme bşəbəkəlı kimi yalnızca təxminən 0,3–0,4 °C yükseltmiştir.

Termal yönetim səmərəliliki ne kadar düşürmektedir?

Tek yığınlı dumantemlerde tədqiqatın nəticə bölümünde tərmal idarəetmə itkisi təxminən %7,5–17 kimi özetlenmiştir. Çok yığınlı və yüksək güç dumantemlerinde bu aralık %6–14,2'ye düşmektedir.

Metnin çox yığın nəticələrinın tartışıldığı bölümünde tək yığın üçün alt sınır %7,2 kimi da yazılmıştır; nəticə bölümünde eyni aralık %7,5–17 kimi özetlenmektedir. Mənbə üçündeki bu kiçik alt sınır fərqlilığı nedeniyle burada nəticə bölümündeki %7,5–17 dəyəri əsas özet dəyəri kimi korunmuş, %7,2 ifadesinin də mətnde bulunduğu həmçinin qeyd edilmişdir.

Neden ən aşşəbəkəı tərmal idarəetmə itkisi her zaman ən aşşəbəkəı axınmda değildir?

Elektriksel səmərəlilik açistilikndan aşşəbəkəı axınm açık biçimde avantajlıdır. Termal yönetim açistilikndan isə daha qarmpeyəndk bir denge oluşmaktadır.

Yığın üçündeki toplam istilik:

• Akıma bşəbəkəlı Joule istiliyi,
• Akım və hüceyrə sayına bşəbəkəlı entropik istilik,
• Hücre sayistilikna bşəbəkəlı öz-özünə deşarj istiliksı,
• Elektrolit sərfsinin tpeyənddığı soyutma və ya isitmə etkisi

arasında oluşmaktadır.

Bu nedenle Durum 1–5'te ən aşşəbəkəı toplam tərmal idarəetmə itgilərı ardıcıllıqsıyla təxminən 70, 90, 90, 110 və 110 A gibi orta axınmlarda ortaya çıkmıştır. Bununla belə elektriksel itki avantajı diqqəte alındığında üşami dumantem səmərəliliyi açistilikndan aşşəbəkəı axınm-yüksək hüceyrə sayı konfiqurasiyaları yine genel kimi en avantajlı bölgeyi yaratmışdır.

Çok yığınlı dumantemlerin səmərəliliki nasıldır?

52–400 kW aralığındaki çox yığınlı konfiqurasiyalarda:

Bu nəticələr makalenin özetinde məlumatlen təxminən %68–89 elektriksel və %43–66 dumantem səmərəliliyi aralığıyla uyumludur.

Çok yığında nasosların etkisi nedir?

Tədqiqatda inamılirlik amacıyla her yığını ayrı bir nasosnın beslediği arxitektura istifadə edilmişdir. Böylece tek bir nasos arızasının bütün dumantemin axınşını kesmesi önlenebilir; lakin nasos sayistiliknın artması investisiya xərcini yükseltebilir.

Çok yığınlı konfiqurasiyalarda nasosların dumantem səmərəliliyini azaltma etkisi təxminən %0,96–2,32 aralığında qalmışdır. Sonuç bölümünde yüksək güç dumantemleri üçün nasos itkini təxminən %1–2 kimi özetlenmektedir.

Çox yüksək hüceyrə sayının dezavantajı var mıdır?

Evet. Model aşşəbəkəı axınm və yüksək hüceyrə sayının səmərəlilik açistilikndan avantajını göstərse də araşdırmacılar bunun sınırsız biçimde uyguləsasbiləceğini söylememektedir.

Çok uzun yığınlarda:

• Elektrolit sızmasını önlemek zorlaşabilir.
• Daha böyük fiziki alan lazımdır.
• Yığın istehsal və montaj xərcləri artabilir.
• Manifold və axınş dşəbəkəılımı daha qarmpeyəndk hâle gelebilir.
• Şönt axınm nəzarətü daha mühüm olur.

Bu nedenle elektriksel optişam ilə üretiləbilir mühendislik dizeyni arasında bir uzlaşma lazımdır.

Konteyner üçünde yığınların konumu temperaturu etgiliyor mu?

Evet. Tədqiqatın radyasyon şəbəkəı, xüsusilə gözləmə dövrlərinde yığın konumunun ölçülebilir temperatur fərqi oluşturabiləceğini göstərmişdir.

14 yığınlı bir konfiqurasiyada toplam 1972 hüceyrə bulunduğunda yığınlar arasındaki maksişam temperatur farkı uzun sabah gözləmə dövrünin sonunda 5,7 °C, akşamdaki daha kısa gözləmə dövrünin sonunda 2,4 °C olmuştur.

Toplam hüceyrə sayı 5880 olduğunda qarşılık gelen farklar təxminən 3 °C və 1,1 °C'ye geriləmiştir.

Elektrolit yeniden dolaştırıldığında yığınlar arasındaki temperatur fərqi azalmaktadır.

En sıcak yığın neden üstteki yığın olmuştur?

Konteyner damsı birbaşa günəş şüalanmasının mühüm bölümünü soğurur. Bu nedenle damnın yaxınnında bulunan üst yığın daha yüksək radyatif istilik yüküne maruz qalmışdır.

Araşdırmacılar bu nəticətan hareketle yığınların mümkün olduğunca konteynerin qruntine yaxınn yerleştirilmesini təklif edir.

Bu nəticə istifadə edilən konteyner geometrisi və Budapeşt meteorolojik sınır şərtlərı üçün əldə edilmişdir; bütün konteyner dizaynlarında eyni temperatur fərqinın oluşacşəbəkəı anlamına gelmez.

Şarj ardıcıllıqsında yığının tərmal davranışı nasıldır?

Şarj başlangıcında əsas elektrokimyəvi reaksionların endotərmik etkisi aniden ortaya çıqarken tanktan gelen elektrolitin yığına ulaşması belirli bir zaman almaktadır. Bu nedenle qısamüddətli bir başlanğıc soğuması görülebilmektedir.

SoC yükseldikçe hüceyrə gərginliyi artar. Sabit şarj gücünü koruyabilmek üçün axınm azaltılır. Aynı zamanda modelde hüceyrə müqaviməti də SoC ilə azaldığından Joule istiliyi gerilər.

Kendi kendine deşarj reaksionlarının istilik istehsalı isə yüksək SoC'də bazı vəsasdyum ionlarının konsentrasiyalerinin artmasına bşəbəkəlı kimi yükselmektedir.

Deşarj zamanı ne değişmektedir?

Deşarj başladığında ekzotərmik əsas reaksionlar və Joule istiliyi nedeniyle toplam istilik istehsalı aniden yükselmektedir.

SoC azaldıkça hüceyrə gərginliyi düşer. Sabit çıkış gücünü koruyabilmek üçün axınmın mutlak dəyəri yükselir. Bunun sonucunda:

• Joule istiliyi artar.
• Entropik istilik değişir.
• Gerekli elektrolit sərfsi yükselir.
• Tanktan gelen daha soğuk elektrolitin yığını soyutma etkisi güçlenir.

Yüksək axınmlı konfiqurasiyalarda hüceyrə gərginliyindeki düşüş daha böyük olduğu üçün bu tərmal dəyişiklikler daha aydındir.

Elektrolit axınşı tərmal idarəetməde ne kadar mühümdir?

Model nəticələri, yığın temperaturu üzərində en güclü müddətçlerden birinin yığına nasosləsasn elektrolitin tpeyənddığı istilik olduğunu göstərir.

Tədqiqatda şarj zamanı axın faktoru 2, deşarj zamanı 5 istifadə edilmişdir. Amaç şarjda temperatur yükseltici axınş etkisini azaltmak, deşarjda isə tanktaki daha soğuk elektrolitten daha fazala yararlanmaktır.

İncelenen bütün dumantemlerde lazımlı sərf təxminən 0,6–30 m³/saat, nasos sıxma hündürlüyü isə təxminən 0,2–15 m arasında değişmiştir.

Bu geniş tədqiqat aralığı tek bir nasosnın her şərtda ideal tədqiqatsını zorlaştırmaktadır. Araşdırmacılar iki mərhələli bir nasos dumantemi və ya tədqiqat durumuna görə dinamik kimi ayarləsasn axın faktorunü gələcək geliştirmeler arasında göstərir.

Termal yönetimde elektrolit dövranının COP dəyəri neden çox yüksək olabiliyor?

Bəlavə etmə ardıcıllığında yığın ilə giriş elektroliti arasında təxminən 4 °C temperatur fərqi və 0,5 L/s dolpeyəndm sərfsi bulunduğunda mənbəta geçici kimi 130'un üzərində COP hesapləsasbiləceği bildirilir.

Buradaki COP, klasik bir soyutma makinesinin tərmodinamik çevrim performansıyla bire bir eyni fiziki mekanizmayı temsil etmez; aşşəbəkəı nasos gücüyle tanktaki daha soğuk elektrolitin tpeyənddığı böyük istilik miqdarının nisbətidır.

Modelde flushing üçün görülen ən aşşəbəkəı COP təxminən 3'tür.

Tədqiqatın güclü tərəfləri nelerdir?

• Elektriksel, kimyəvi, hidrolik və tərmal müddətçler eyni dumantem modelinde birleştirilmiştir.
• 4–400 kW arasında iki mertebeyi kapsayan ölçək böyütmə strukturlmıştır.
• Toplam 180 fərqli axınm-hüceyrə-yığın konfiqurasiyau qarşılaştırılmıştır.
• Tek yığın və çox yığın arxitekturalari ayrı-ayrılıqda dəyərləndirilmişdir.
• Yardımcı avadanlıq tüketimleri dumantem səmərəliliyine dâhil edilmiştir.
• Şönt axınmları və şönt cərəyanlarından mənbələsasn istilik hesaba katılmıştır.
• Konteyner divarları ayrı tərmal düyünler kimi modellenmiştir.
• Biləşenler arasındaki radyasyon üçün üçölçülü görüş faktoru matrisi istifadə edilmişdir.
• Gerçek, bir dəqiqəlık ekoloji temperatur və günəş şüalanması məlumatlari istifadə edilmişdir.
• Fan, kondisioner və periodik elektrolit dövranını birleştiren hibrid tərmal nəzarət dəyərləndirilmişdir.
• Yığın konumunun konteyner üçündeki temperatur farklarına etkisi araşdırılmışdır.

Tədqiqatın əsas məhdudiyyətlərı nelerdir?

• Tədqiqat fiziki 4–400 kW batareya təcrübələri değil, dumantem düzeyi modelləşdirmə və simulyasiyadur.
• Yeni model sürümünün bütünü üçün bşəbəkəımsız bir fiziki ekspəriməntal doğrulama təqdim edilməmişdir.
• Elektriksel, kimyəvi və hidrolik alt modellərin mühüm bölümü daha əvvəlki model sürümüne dayanmaktadır; mevcut tədqiqatda tekrar doğrulama məlumatlməmişdir.
• Hücre temperaturu və ion konsentrasiyası hüceyrə üçünde uniform kabul edilmiştir.
• Yan reaksionlardan gaz oluşumu ihmal edilmiştir.
• Yığınlar arasında istehsal toleranslarından mənbələsasn müqavimət və ya keçiricilik fərqlilıkları modellenmemiştir.
• Çok yığınlı dumantemlerde yığınların özdeş olduğu kabul edilmiştir.
• Konteyner izolyasiya qalınlığı 10 cm kimi sabitlenmiş; soğuk dəhəmiyyət optimallaşdırmau tədqiqatın kapsamı dışında bıraxınlmıştır.
• Çevresel əsasliz Budapeşt meteoroloji məlumatsine dayanmaktadır.
• Özellikle sıcak dəhəmiyyət üçün pis vəziyyət senaryosu seçilmiş, bütün yıl performansı raporlanmamıştır.
• Enerji/güç nisbəti bütün dumantemlerde 4 saat kimi sabitlenmiştir.
• Şarj və deşarj sabit güc profiliyle modellenmiştir; gerçek şəbəkə hizmetleri daha değişken olabilir.
• Ekonomik investisiya xərci optimallaşdırmau strukturlmamıştır.
• Pompa bpeyəndna yığın yaklpeyəndmının kapital xərcine etkisi hesaplanmamıştır.
• Termal yönetim ilə dumantem ömrü arasında birbaşa yaşlanma modeli məzənnəulmamıştır.
• Elektrolit çökməsi birbaşa kinetik bir çökmə modeliyle hesaplanmamış; temperatur sınırı istismar kistiliktı kimi istifadə edilmişdir.
• Mənbə üçünde tərmal idarəetmə itkisinın tek-yığın alt sınırı %7,2 və nəticə bölümünde %7,5 kimi iki fərqli şəgilde məlumatlmiştir.
• İnvertər səmərəlilik modeline ilişkin mətn içi [29] atfı ilə mənbələr siyahistilikdaki [29] nasos kaynşəbəkəı arasında olası bir referans uyumsuzluğu vardır.

Tədqiqatın desteklediği nəticələr

• Aynı güçte deşarj cərəyanı düştükçe omik itgilər azalmakta və elektrik səmərəliliyi artmaktadır.
• Modelde elektrik səmərəliliyi təxminən %68–89 aralığındadır.
• Yardımcı tüketimler dâhil edildiğinde dumantem səmərəliliyi təxminən %43–66 aralığına düşmektedir.
• Aşşəbəkəı axınm və yüksək hüceyrə sayı genel kimi ən yüksək dumantem səmərəliliyini sşəbəkəlamaktadır.
• Yüksək güçte köməkçi avadanlıqın görəli enerji istehlaxın azalabilmektedir.
• Termal yönetim üşami dumantem səmərəliliyini birkaç yüzde puandan fazala etgiləyen əsas itki qaynaqlarından biridir.
• Çok yığın dumantemlerinde nasosların görəli etkisi təxminən %0,96–2,32 aralığındadır.
• Şönt axınmlarının istilik töhfəsi belirli aşşəbəkəı-axınm/yüksək-hüceyrə şərtlərində şarj zamanı %22'ye ulaşabilmektedir.
• Konteyner üçündeki yığın konumu gözləmə dövrlərindeki temperatur dşəbəkəılımını etgiləyebilmektedir.
• Elektrolit sərfsinin dinamik yönetimi tərmal nəzarət üçün mühüm bir optimallaşdırma değişkenidir.

Tədqiqatın kanıtlamadığı nəticələr

• 400 kW/1600 kWh fiziki bir prototipin %65,8 dumantem səmərəliliyiyle çalıştığı ekspəriməntal olaraq göstərilmemiştir.
• Bütün iklimlerde eyni axınm-hüceyrə kombinasyonunun optişam olacşəbəkəı kanıtlanmamıştır.
• Aşşəbəkəı axınmlı və çox hüceyrəli dizeynin iqtisadi kimi en ucuz çözüm olduğu göstərilmemiştir.
• Önerilən tərmal nəzarətün uzunmüddətli sahə istifadəsinda texniki xidmət və ya inamılirlik üstünlüğü təsdiqlənməmişdir.
• Yığınların qrunte yerleştirilmesinin her konteyner geometrisinde eyni tərmal avantajı vereceği göstərilmemiştir.
• Dinamik axın faktoru önerisinin enerji qənaəti mevcut tədqiqatda ayrı optimallaşdırma təcrübəiyle kəmiyyət kimi təsdiqlənməmişdir.
• Oluşan atıq istiliknın tərmal regenerativ elektrokimyəvi çevrimle geri kazanılması mevcut modelde uygulanmış bir nəticə değildir; gələcək tədqiqat önerisidir.

Büyük miqyaslı enerji saxlama dizeyni açistilikndan əsas mesaj nedir?

Tədqiqat, bir vəsasdium redoks axın batareyasını büyütmenin yalnızca tank hacmini və hüceyrə sayını artırmak anlamına gelmediğini göstərir. Akım seviyesi elektriksel itgilərı, hüceyrə sayı şönt cərəyanlarını və fiziki yığın boyutunu, nasos düzeni hidrolik itgilərı, konteyner geometrisi isə tərmal idarəetməi değiştirmektedir.

Bu nedenle dizeynin yalnızca hüceyrə səmərəliliki və ya nominal güc üzərindən değil, batareya + nasoslar + invertər + fanlar + kondisioner + borulama + konteyner bütünü üzərindən strukturlması lazımdır.

Araşdırmanın geleceğe yönelik öneriləri arasında değişken axın faktoru nəzarətü, geniş sərf aralığını daha səmərəlilikli qarşılayabiləcek iki mərhələli nasoslama və dumantemde yaranan aşşəbəkəı temperaturlı atıq istiliknın elektrik istehsalinde dəyərlendirilmesi bulunmaktadır. Bunlar mevcut tədqiqatın doğrulanmış performans nəticələri değil, model nəticələrindan türetilən gələcək araşdırma yönleridir.

Tədqiqatın Yöntemi və Bulguları

Model infrastruktursı

Hücre açıq dövrə gərginliyi və yük altındaki güç

Tədqiqatda hüceyrə gərginliyi Nernst bşəbəkəıntistiliknı və iç müqaviməti birlikte diqqəte almaktadır:

\[ P_u=N_sN_cI\left(E_c^0+\frac{\mathcal{R}T}{zF} \ln\left( \frac{c_{V^{2+}}c_{VO_2^+}c_{H^+}^2} {c_{V^{3+}}c_{VO^{2+}}} \right)-R_{c,dch}I \right) \]

𝓡 = 8,314 J/(mol·K) universal qaz sabiti, F = 96.485 C/mol Faraday sabiti, z aktarılan elektron sayistilik, c ion konsentrasiyası, R_c,dch deşarjdaki hüceyrə müqavimətidir.

Denklem eyni hədəf gücün neden fərqli axınm və hüceyrə sayılarıyla üretiləbildiğini, lakin axınm yükseldikçe omik gərginlik itkininın büyüdüğünü göstərir.

Akış müqaviməti və nasos sıxma hündürlüyü

Pompanın sşəbəkəlaması gereken sıxma yüksəkliği:

\[ H=\frac{\Delta p_s+\Delta p_p}{\rho_e g} \]

kimi hesablanmışdır.

Δp_s yığın təzyiq itkisinı, Δp_p boru təzyiq itkisinı, ρ_e elektrolit sıxlığınu və g yerçekimi ivmesini ifade etmektedir.

Yığın təzyiq itkisi isə giriş manifoldu, hüceyrə və çıkış manifoldu itgilərının toplamıdır:

\[ \Delta p_s=\Delta p_{man,i}+\Delta p_c+\Delta p_{man,o} \]

Başlıca tərmofiziki parametreler

İncelenen güç və axınm alanı

• Nominal güç: 4–400 kW
• Nominal tutum: 16–1600 kWh
• Enerji/güç nisbəti: 4 saat
• Güç durumu sayistilik: 10
• Her durumda axınm/hüceyrə konfiqurasiyau: 18
• Toplam simulyasiya konfiqurasiyau: 180
• Deşarj axınmı: 50–250 A
• Yığın sayistilik: 1–14
• Başlangıç düyün temperaturu: 23 °C

Tek yığın və çox yığın səmərəlilik nəticələri

Başlıca köməkçi dumantem itgilərı

Şönt axınmlarının tərmal sonucu

Şarj ardıcıllıqsında aşşəbəkəı axınm-yüksək hüceyrə sayı bölgesinde şönt cərəyanlarından mənbələsasn istilik toplam yığın istiliksının təxminən %22'sine kadar ulaşmıştır. Deşarj zamanı maksişam töhfə daha aşşəbəkəıtür.

Bu nedenle araşdırmacılar ortak besleme hattına təxminən 10–15'ten fazala hüceyrə bşəbəkəlanmamasını təklif edir.

Termal yerleşim nəticələri

Çatı ən yüksək günəş yükünü aldığı üçün üst yığın ən isti konuma gelmiştir. Elektrolit dolpeyəndmı yığınlar arasındaki temperatur farklarını azaltmışdır.

Akış və nasoslama tədqiqat sahəsi

Model doğrulama sınırı

Tədqiqatın elektriksel, kimyəvi və hidrolik alt modellərinin mühüm bölümü tədqiqatçıların əvvəlki model sürümüne dayanmaktadır. Mənbə, əvvəlki modelin başka doğrulanmış modellərin nəticələriyla qarşılaştırıldığını belirtmekte və bu nedenle mevcut makalede doğrulama bölümünü tekrar vermemektedir.

Bu yaklpeyəndm mevcut modelin geçmiş bir əsase dayandığını göstərir; lakin bu tədqiqatda eklenen ayrıntılı radyasyon şəbəkəı, yeni tərmal idarəetmə düzeni və 4–400 kW ölçək böyütmə nəticələrinın tamamının bşəbəkəımsız fiziki prototip ölçmələriyle doğrulandığı anlamına gelmemektedir.

Gelecek tədqiqatlarda tədqiqatçıların önerdiği yönler

• Elektrolit sərfsinin tədqiqat anına görə dinamik kimi ayarlanması
• Geniş sərf aralığı üçün iki mərhələli nasos dumantemi
• Aşşəbəkəı güç yığınlarında flushing'in yüksək COP avantajından daha etkin yararlanılması
• Oluşan atıq istiliknın tərmal regenerativ elektrokimyəvi çevrimle elektrik istehsalinde dəyərlendirilmesi

Mənbə və Metod Qeydi

Tədqiqatın tam özgün adı: Model-based upscaling of vəsasdium redox flow battəry systems: engineering challenges and solutions

Müəlliflər və doğru ardıcıllıqları: Bence Sziffer; Viktor Józsa.

Birinci müəllif: Bence Sziffer.

Eş birinci müəlliflık/eş töhfə: Mənbəta belirtilmemiştir.

Sorumlu müəllif: Bence Sziffer.

Sorumlu müəllif e-posta adresi: sziffer@energia.bme.hu

Kurumsal birləşmələr:

• Bence Sziffer — Department of Energy Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Budapest University of Technology and Economics, Budapest, Macaristan.
• Bence Sziffer — MTA-BME Lendület “Momentum” Renewable Energy Systems Research Group, Budapest, Macaristan.
• Viktor Józsa — Department of Energy Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Budapest University of Technology and Economics, Budapest, Macaristan.

Mənbə türü: Vəsasdyum redoks axın batareyalarının ölçək böyüdülməsini çoxfizikli yoğunlaştırılmış parametre modeliyle inceleyen modelləşdirmə və simulyasiya araşdırması.

Hakemlik durumu: Bu tədqiqat bir preprinttir və rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmişdir.

Yüklenen sürümün platformau: SSRN, abstract numarası 7199677.

SSRN'nin konumu: SSRN, Elsevier'in preprint və erken araşdırma platformaudur; SSRN'nin kendisi son hakemli jurnal nəşriyyat kimi dəyərlendirilmemelidir.

Həmçinin doğruləsasn preprint kaydı: arXiv:2602.12776, Applied Physics.

arXiv kayıt tarihi: 13 Şubat 2026.

DOI: Yüklenen SSRN sürümünde ayrı bir DOI yazılmamaktadır. Aynı tədqiqat üçün doğruləsasn arXiv kayıt DOI'si 10.48550/arXiv.2602.12776'dır. Bu bir arXiv kayıt DOI'sidir və hakemli jurnal DOI'si değildir.

Hakemli jurnal: Aynı başlıq üçün ayrı bir hakemli son jurnal sürümü doğrulanmamışdır.

Özgün hakemli nəşriyyat: Doğruləsasmamıştır.

Yayın yılı: 2026.

Resmî mənbə kayıtları: SSRN abstract 7199677 və arXiv:2602.12776.

Finansman: Tədqiqat; 2021-2.1.1-EK-00001 projesi, DKÖP-25-1-BME-84 və Macaristan National Research, Development and Innovation Fund tarafından finanse edilən NKKP ADVANCED 150696 desteğini bildirir.

Bu Türkçe açıklama yüklenen tədqiqatın bilimsel içeriğine dayanılarak hazırlanmışdır. Ana mətndeki tərmal, elektriksel və hidrolik tənlikler; 10 ölçək böyütmə durumu; 180 axınm-hüceyrə konfiqurasiyau; tek və çox yığın səmərəlilik xəritəları; şönt cərəyanı nəticələri; köməkçi dumantem tüketimleri; konteyner radyasyon modeli və günlük tərmal müddətç qrafikleri birlikte dəyərləndirilmişdir. Dış mənbəlar yalnızca tədqiqat kimliği, arXiv kaydı, DOI və nəşr/platforma durumunun bibliyoqrafik doğrulaması üçün kullanılmış; bilimsel performans məlumatlarine dış mənbəlardan yeni nəticə eklenmemiştir.

Tədqiqatın əsas metodoloji sınırı, nəticələrin fiziki 4–400 kW VRFB tedumanlerinden alınmış saha ölçmələri değil model çıktıları olmasıdır. Güncel modelin bütün yeni ayrıntıları bşəbəkəımsız ekspəriməntal prototiple təsdiqlənməmişdir; hüceyrə içi temperatur və ion konsentrasiyaleri uniform kabul edilmiş, yığınlar arasında istehsal fərqlilıkları ihmal edilmiş və ekoloji şərtlər Budapeşt'deki sıcak dəhəmiyyət məlumatlariyle sınırlandırılmıştır. Bu nedenle məlumatlen optişam bölgeler və səmərəlilik dəyərləri modelde diaqnozmləsasn arxitektura və tədqiqat şərtlərı üçünde dəyərlendirilmelidir.