Dökümhanelerin faaliyet gösterdiği birçok bölgede (Sahra Altı Afrika, Güney Asya, Orta Doğu'nun bazı bölgeleri) elektrik şebekesi ya mevcut değil ya da güvenilmez. Zayıf bir şebekeye bağlı bir dökümhane, voltaj düşüşleri, frekans değişimleri ve planlanmamış kesintiler yaşayabilir; bu da yedek jeneratör olmadan indüksiyon ergitmeyi imkansız hale getirir. Dizel jeneratörler geleneksel çözüm olmuştur, ancak yakıt, bakım ve jeneratör amortismanı hesaba katıldığında dizel yakıtın kWh başına maliyeti 0,25-0,50 dolar arasında değişmektedir; bu da ergitme maliyetini aşırı derecede yüksek hale getirmektedir.
MONTE INTELLIGENCE, indüksiyon eritme uygulamaları için güneş-dizel hibrit güç sistemleri üzerinde çalışmaktadır. Konsept basittir: Gündüz saatlerinde temel elektrik yükünü karşılamak için güneş fotovoltaik panelleri kullanılırken, bulutlu dönemlerde ve gece operasyonlarında yedek güç sağlamak için dizel jeneratörler kullanılır. Sistem, dizel tüketimini %40-60 oranında azaltır; bu da tipik dizel fiyatlarıyla güneş enerjisi yatırımının 3-5 yıl içinde geri kazanılması için yeterlidir.
Sistem mimarisi beş ana bileşenden oluşmaktadır. İlk olarak, güneş fotovoltaik (PV) dizisi – fırının günlük enerji tüketiminin hedeflenen oranını karşılayacak şekilde boyutlandırılmış, yere veya çatıya monte edilmiş paneller. Günde 8 saat çalışan 1 MW'lık bir indüksiyon fırını için günlük enerji tüketimi yaklaşık 8 MWh'dir (demir eritme ve günde 8 ton işleme için 1000 kWh/ton veya daha küçük eritmeler için azaltılmış güçte çalışma varsayımıyla). Bu enerjinin %50'sini sağlayan bir güneş paneli dizisinin günde 4 MWh üretmesi gerekir.
Fotovoltaik panel boyut hesaplaması, sahadaki güneş enerjisi kaynağına bağlıdır. Günde 5 saat tepe güneş ışığı alan bir konumda (birçok tropikal ve subtropikal bölge için tipiktir), 1 MW (DC) fotovoltaik panel, invertör verimliliği, kablolama, kirlenme ve sıcaklık düşüşü nedeniyle %15-20 oranında sistem kayıplarına tabi olarak, günde yaklaşık 5 MWh enerji üretir. Panel, MW başına yaklaşık 1,2-1,5 hektar arazi gerektirir veya dökümhane çatısına monte edilirse 0,6-0,8 hektar arazi yeterlidir.
İkinci olarak, batarya enerji depolama sistemi (BESS), değişken fotovoltaik (PV) çıkışı ile indüksiyon fırını yükü arasında tampon görevi görür. İndüksiyon eritme, yüksek güçlü ve değişken bir yüktür; fırın eritme sırasında 1 MW, bekleme sırasında ise 100-200 kW güç çekebilir. Batarya, saniye saniye PV üretimi ile fırın yükü arasındaki farkı karşılamalı veya absorbe etmeli ve invertörün gerektirdiği DC bara voltaj kararlılığını korumalıdır. Lityum demir fosfat (LFP) bataryalar, uzun çevrim ömrü (deşarj derinliğinin %80'inde 4000-6000 çevrim), iyi güvenlik özellikleri ve azalan maliyeti (şu anda 2026'da paket seviyesinde kWh başına yaklaşık 80-120 dolar) nedeniyle tercih edilen kimyasal yapıdır.
Pil kapasitesi, eritme vardiyası sırasında beklenen en uzun düşük güneş enerjisi üretimi süresi için boyutlandırılmıştır; bu, yüksek güvenilirlik için tasarlanmış bir sistem için tipik olarak 2-4 saatlik tam yük çalışması anlamına gelir. 1 MW'lık fırın için, 4 MWh'lik bir pil, güneş enerjisi girişi olmadan 4 saat tam güçte çalışma sağlar; bu da çoğu bulutlu olayı kapsar ve operatörün devam eden bir eritme işlemini iptal etmek yerine tamamlamasına olanak tanır. Pil, PV çıkışının fırın talebini aştığı dönemlerde veya ertesi günün bulutlu olması bekleniyorsa gece boyunca dizel jeneratörden şarj edilebilir.
Üçüncüsü, hibrit invertör; yani PV dizisinden ve bataryadan gelen DC gücü fırın için AC gücüne dönüştüren güç elektroniği. Bu standart bir güneş invertörü değildir; düşük güç faktörü (yalnızca indüksiyon bobini için 0,15-0,25, fırın kondansatör bankası tarafından 0,95+'a düzeltilmiş) ve orta frekanslı güç kaynağından gelen yüksek harmonik içeriği içeren indüksiyon fırını yük özelliklerini ele almalıdır. İnvertör, yalnızca kW'ye değil, kVA talebine göre boyutlandırılmalı ve fırın harmoniklerinin PV sistemine geri beslenmesini ve invertör arızalarına neden olmasını önlemek için harmonik filtreleme içermelidir.
Dördüncüsü, dizel jeneratör; güneş enerjisi veya bataryanın talebi karşılayamadığı durumlarda, genellikle uzun süreli bulutlu dönemlerde veya gece çalışmasında, fırının tam gücünü sağlayacak şekilde boyutlandırılır. Jeneratörün nominal gücü, ilk çalıştırma ani akımını ve güç faktörünü hesaba katmak için fırının nominal gücünün yaklaşık 1,2-1,5 katı olmalıdır. 1 MW'lık bir fırın için 1,5 MVA'lık bir jeneratör tipiktir. Jeneratör yalnızca ihtiyaç duyulduğunda çalışır; hibrit kontrolör, batarya şarj durumuna ve PV çıkış tahminine bağlı olarak otomatik olarak başlatır ve durdurur.
Beşinci olarak, hibrit enerji yönetim sistemi (EMS) - güneş paneli dizisi, batarya, jeneratör ve fırın arasında gücün saniye saniye nasıl dağıtılacağına karar veren kontrol ünitesi. EMS mantığı şunları içerir: güneş paneli çıkışı fırın talebini aşarsa, bataryayı şarj et; fırın talebi güneş paneli çıkışını aşarsa, bataryayı boşalt; batarya şarj seviyesi %20'nin altına düşerse, jeneratörü çalıştır; hava tahminleri uzun süreli bulutlu hava öngörüyorsa, batarya kapasitesini korumak için jeneratörü daha erken çalıştır; şebeke elektriği kullanılabilir hale gelirse (şebekeye bağlı sistemler için), şebekeyi ek güç olarak kullan.
Güneş-dizel hibrit sisteminin ekonomik analizi basittir: Güneş enerjisinin seviyelendirilmiş maliyetini (pil döngüsü maliyeti dahil) dizel jeneratörünün marjinal maliyetiyle karşılaştırın. 8-10 yılda bir pil değişimini de içeren hibrit bir sistem için güneş enerjisinin seviyelendirilmiş maliyeti yaklaşık olarak kWh başına 0,06-0,10 dolardır. Dizel jeneratörünün maliyeti ise kWh başına 0,25-0,50 dolardır. Güneş enerjisiyle üretilen her kWh başına tasarruf 0,15-0,44 dolardır. Yılda 1500 MWh güneş enerjisi üreten bir sistem için yıllık tasarruf 225.000-660.000 dolar olup, 1,5 milyon dolarlık sistem yatırımını 2,3-6,7 yılda geri kazandırır.
MONTE INTELLIGENCE, güneş enerjisi kaynaklarının değerlendirilmesi, sistem boyutlandırması ve indüksiyon fırın paketlerimizle entegrasyonu da dahil olmak üzere, indüksiyon eritme uygulamaları için güneş-dizel hibrit sistem tasarımı hizmeti sunmaktadır.
Dökümhaneniz için güneş enerjisi-dizel hibrit fizibilite çalışması yaptırmak isterseniz, helenxu@cnlymonte.com adresinden iletişime geçebilirsiniz.
