در پیشزمینهی انتقال سریع انرژی پاک در چین، شرکت زسن رایسون انرژی تکنولوژیز امروز سیستم ذخیرهسازی انرژی خانگی نوواگارد S5 خود را در نمایشگاه بینالمللی فناوریهای ذخیرهسازی انرژی ۲۰۲۴ شانگهای رونمایی کرد. این رونمایی نقطهی عطفی در مسیر تحقیق و توسعهی شرکت محسوب میشود؛ زیرا نوواگارد S5 با بهکارگیری فرآیند توسعهی متقاطع ۱۲ماههی چندعملکردی، چگالی انرژی ۲۵ درصد بالاتر، زمان شارژ ۴۰ درصد سریعتر و عمری معادل ۱۵ سال ارائه میدهد و بدین ترتیب معیار جدیدی برای عملکرد باتریهای مسکونی تعیین کرده است. این نمایشگاه با تم «ذخیرهسازی سبز، انرژی آینده» بیش از ۳۵٬۰۰۰ نفر از ۴۲ کشور را جذب کرد و بزرگترین گردهمایی ذخیرهسازان انرژی در آسیا در این سال محسوب میشود.
زمینه: مسابقهای برای کربنزدایی
این نمایشگاه در لحظهای حیاتی برگزار میشود: سازمان ملی انرژی چین گزارش داده است که نصبهای خورشیدی-ذخیرهسازی در بخش مسکونی در نیمه اول سال ۲۰۲۴ رشدی ۹۸ درصدی نسبت به دوره مشابه سال گذشته داشته است که عمدتاً ناشی از تشویقهای ملی و نگرانیها درباره قابلیت اطمینان شبکه برق بوده است. با این حال، بسیاری از خانوادهها همچنان با انتخاب بین هزینه سیستم، طول عمر و ایمنی آن روبهرو هستند. بررسی اخیر انجمن انرژیهای تجدیدپذیر چین نشان داده است که ۶۲ درصد از صاحبان خانه «طول عمر باتری» را مهمترین نگرانی خود میدانند، در حالی که ۴۸ درصد از آنها از هزینه اولیه بالا این سیستمها احساس نگرانی میکنند.
«ذخیرهسازی انرژی خانگی تنها یک منبع تأمین برق اضطراری نیست—بلکه پایهای برای شبکهای غیرمتمرکز و بدون کربن است»، دکتر وِی قیانگ، رئیس توسعه محصول شرکت Zsen Risun، در جریان رونمایی از این محصول اعلام کرد. «نوواگارد S5 پاسخ ما به تقاضای بازار برای سیستمی است که مالکان خانهها را مجبور به انتخاب بین عملکرد بالا و آرامش خاطر نکند.» این سیستم که در غرفه نمایشگاهی ۲۰۰ مترمربعی Zsen Risun (عکس ضمیمهشده) به نمایش درآمد، از پیش سفارشهایی به مجموع ۲۱٬۰۰۰ واحد از سوی توزیعکنندگان اروپایی و استرالیایی برخوردار شده است که نشاندهنده جذابیت جهانی آن است.
سفر ۱۲ماهه تحقیق و توسعه پشت نوواگارد S5
فرآیند تحقیق و توسعه Zsen Risun برای نوواگارد S5 الگویی از همکاری انعطافپذیر و دقیق است که علوم مواد، مهندسی حرارتی و آزمونهای مبتنی بر هوش مصنوعی را در یک محصول یکپارچه ترکیب میکند که عملکردی فراتر از استانداردهای صنعت ارائه میدهد. این پروژه که با نام رمز «پروژه اورورا» شناخته میشود، شامل مشارکت ۸۷ مهندس، انجام ۱۲ دوره توسعه متقاطع (سپرینتهای چندعملکردی) و بیش از ۱۴٬۰۰۰ ساعت آزمون در آزمایشگاه بود.
۱. مرحلهٔ ۱: جمعآوری نیازمندیها با تمرکز بر کاربر (ژانویه–فوریهٔ ۲۰۲۴)
این پروژه با انجام یک نظرسنجی جهانی از ۳۵۰۰ مشتری مسکونی و ۲۰۰ نصبکننده آغاز شد که منجر به شناسایی سه نقطهٔ اصلی درد در سیستم شد:
سرعت شارژ کند که آمادهباش سیستم برای تأمین برق در زمان قطعی شبکه را محدود میکند
هزینههای اولیهٔ بالا نسبت به طول عمر دستگاه، که دورهٔ بازگشت سرمایه را بهطور قابلتوجهی افزایش میدهد
نگرانیها دربارهٔ خطر رخدادن واکنشهای حرارتی نامطلوب (Thermal Runaway)، که در آبوهوای گرمتر تشدید میشود
این بازخوردها بهصورت مستقیم نقشهٔ راه تحقیق و توسعه (R&D) را شکل دادند: تیم اولویتدهی کرد به دستیابی به طول عمر ۱۰۰۰۰ چرخهای، شارژ ۰ تا ۸۰ درصد در عرض ۹۰ دقیقه و استفاده از یک سیستم مدیریت حرارتی غیرفعال که نیاز به فنهای پرسر و پر maintenance را حذف میکند. برای اعتبارسنجی این اولویتها، تیم ۱۲ گروه تمرکزی را در شانگهای، برلین و سیدنی برگزار کرد که در آنها صاحبان خانهها رابطهای نمونهٔ شارژ را آزمایش کردند و بازخوردی دربارهٔ طراحی فشرده و ایستادهٔ سیستم ارائه دادند.
۲. مرحلهٔ ۲: نوآوری در مواد و فرمولاسیون سلول (مارس–آوریل ۲۰۲۴)
در مرکز تحقیق و توسعه سوژوی Zsen Risun، دانشمندان مواد بر بهینهسازی شیمی سلولهای لیتیوم-آهن-فسفات (LFP) تمرکز کردند که ستون فقرات باتری NovaGuard S5 محسوب میشود. آنها آند ترکیبی نانو-سیلیکون اختصاصی را توسعه دادند که چگالی انرژی را تا ۱۶۵ واتساعت بر کیلوگرم افزایش میدهد—یعنی ۲۵ درصد بیشتر از سلولهای استاندارد LFP—در عین حفظ پایداری حرارتی که LFP را ایمنترین شیمی باتری موجود در بازار میسازد.
تیم همچنین یک پوشش الکترولیت جامد طراحی کرد که مقاومت داخلی را ۱۸ درصد کاهش میدهد و امکان شارژ سریع در ۹۰ دقیقه را فراهم میسازد. دکتر لین مِی، شیمیدان ارشد سلولی، توضیح داد: «ما بیش از ۷۰ فرمولاسیون الکترولیت را آزمایش کردیم تا به فرمولی برسیم که هم رسانایی و هم پایداری را بهطور هماهنگی تأمین کند. این پیشرفت تنها بهخودیخود زمان هدف ما برای شارژ را نصف کرد.» برای گسترش این نوآوری، Zsen Risun با مؤسسه علوم مواد دانشگاه تسینگهوا همکاری کرد تا فرآیند ساخت این پوشش را بهبود بخشد و ضایعات مواد را ۳۲ درصد کاهش دهد.
۳. مرحلهٔ ۳: طراحی ماژول و مهندسی حرارتی (مهٔ ۲۰۲۴ تا ژوئن ۲۰۲۴)
چالش کلیدی، دفع گرمای تولیدشده در حین شارژ سریع بدون استفاده از سیستم خنککنندهٔ فعال بود. تیم مهندسی لایهای از مواد رابط حرارتی با ساختار پشممانند گرافیت طراحی کرد که هر سلول را احاطه میکند و گرما را به سمت یک سینک حرارتی آلومینیومی که در پایهٔ ماژول ادغام شده است، هدایت میکند. این سیستم غیرفعال نهتنها صدای فن و نیاز به نگهداری را حذف میکند، بلکه اطمینان میدهد دمای سلولها حتی در حین تخلیهٔ پیوسته با نرخ ۱C نیز از ۴۵ درجهٔ سانتیگراد فراتر نرود.
«ما ۳۰۰۰ ساعت آزمونهای چرخهای حرارتی را برای ارزیابی این طراحی انجام دادیم،» دکتر چن هائو، مهندس ارشد مکانیکی، اعلام کرد. «در بدترین سناریو—یعنی قرارگیری در معرض نور مستقیم خورشید در محیطی با دمای ۴۰ درجه سانتیگراد—دمای ماژولهای ما هرگز از ۴۲ درجه سانتیگراد فراتر نرفت.» طراحی فشرده و ایستادهی زمینی نوواگارد S5 (که در نمایشگاه غرفهای قابل مشاهده است) نیز بهگونهای بهینهسازی شده بود که نصب آن سادهتر باشد؛ این طراحی شامل مدیریت یکپارچهی کابلها و پنل جلویی بدون نیاز به ابزار برای دسترسی به سیستم مدیریت باتری (BMS) میشود. نصابانی که در گروههای تمرکزی شرکت داشتند، این طراحی را ستودند و اشاره کردند که این طراحی زمان راهاندازی در محل را بهطور میانگین ۴۵ دقیقه در هر واحد کاهش میدهد.
۴. مرحله ۴: توسعهی سیستم مدیریت باتری مبتنی بر هوش مصنوعی (جولای–آگوست ۲۰۲۴)
تیم داخلی سیستم مدیریت باتری (BMS) شرکت Zsen Risun یک سیستم مدیریت باتری مبتنی بر هوش مصنوعی ساخت که از الگوهای استفادهی واقعی یاد میگیرد تا عمر کاربردی باتری را به حداکثر برساند. ویژگیهای این سیستم مدیریت باتری عبارتند از:
تعادلسازی پیشبینانهی سلولها: جریانهای شارژ را تنظیم میکند تا از اعمال تنش بیش از حد بر سلولهای جداگانه جلوگیری شود و عمر چرخهای را ۱۲٪ افزایش دهد.
الگوریتمهای ادغام با شبکه: بهصورت خودکار بین برق شبکه، انرژی خورشیدی و باتری جابهجا میشود تا هزینههای برق را به حداقل برساند
تشخیص ایمنی در زمان واقعی: ۲۴ پارامتر از جمله ولتاژ، جریان و دما را نظارت میکند و در صورت بروز ناهنجاری، در عرض ۱۰۰ میلیثانیه واکنش نشان میدهد
در آزمونهای میدانی انجامشده در گوانگدونگ، سیستم مدیریت باتری (BMS) با استفاده از سیگنالهای قیمتگذاری بر اساس زمان مصرف، متوسط صورتحساب برق مشتریان را ۳۸٪ کاهش داد — ویژگیای که به یکی از مهمترین نقاط فروش برای توزیعکنندگان اروپایی تبدیل شده است. تیم همچنین یک سیستم بهروزرسانی نرمافزاری مبتنی بر ابر ادغام کرد که امکان اعمال رفعاشکالها و بهبود عملکرد از راه دور و بدون نیاز به حضور در محل را فراهم میسازد. در یکی از آزمونهای اخیر، این ویژگی امکان رفع یک باگ نرمافزاری جزئی که بر روی ۳۰۰ واحد نصبشده در محیط میدانی تأثیر گذاشته بود را در عرض ۷۲ ساعت فراهم کرد، بدون اینکه هیچگونه وقفهای در خدمات ارائهشده به مشتریان ایجاد شود.
۵. مرحله ۵: آزمون و اعتبارسنجی شتابیافته (سپتامبر–اکتبر ۲۰۲۴)
پیش از تولید انبوه، سیستم NovaGuard S5 تحت یک برنامه پیرسازی شتابیافتهٔ ۶ ماهه قرار گرفت که معادل ۱۵ سال استفاده بود. آزمونهای کلیدی شامل موارد زیر بود:
شبیهسازی واکنش گرمایی ناپایدار: شارژ بیشازحد سلول برای اطمینان از اینکه سیستم خنککننده غیرفعال و پوشش بازدارنده از آتش، هرگونه حادثهای را مهار کند
چرخهبندی دما در شرایط افراطی: آزمون عملکرد در محدوده دمایی ۲۰- تا ۵۵ درجه سانتیگراد بهمنظور اطمینان از قابلیت اطمینان در آبوهوای سخت
آزمونهای تنش مکانیکی: رهاکردن ماژول از ارتفاع ۱٫۵ متر و قراردادن آن در معرض ارتعاش با شتاب ۵G برای ارزیابی دوام
سیستم تمامی آزمونها را با صفر شکست بحرانی پشت سر گذاشت؛ در عین حال، بازده ظرفیت پس از ۱۰۰۰۰ چرخه، بالاتر از ۸۰٪ باقی ماند—که ۲۰٪ از استانداردهای segu industry فراتر رفته است. آزمون مستقل توسط مؤسسه TÜV Rheinland تأیید کرد که سیستم NovaGuard S5 استاندارد ایمنی IEC 62619 را برآورده میکند و در شرایط واقعی، ضریب قابلیت اطمینانی معادل ۹۹٫۹۷٪ دارد.
۶. مرحله ۶: تولید آزمایشی و آزمونهای میدانی (اکتبر ۲۰۲۴)
یک اجرای آزمایشی از ۵۰۰ واحد در ۱۲۰ خانه در سراسر چین، آلمان و استرالیا انجام شد. بازخوردهای اولیه بسیار مثبت بودهاند: یک مالک خانه در ملبورن گزارش داده است که این سیستم طی یک قطعی اخیر شبکه برق، کل خانهٔ او را به مدت ۳۶ ساعت تغذیه کرده است؛ در حالی که یک خانواده در گوانگژو کاهش ۴۲ درصدی در صورتحساب ماهانهٔ برق خود را گزارش کردهاند. نصابان در آلمان سازگاری این سیستم با پروتکلهای شبکهٔ اروپایی را ستودهاند و یکی از آنها اشاره کرده است که «نوواگارد S5 بهصورت کاملاً یکپارچه با نصبهای موجود ما از انرژی خورشیدی همراه است و زمان راهاندازی ما را ۲۰ درصد کاهش میدهد.»
تأثیر صنعتی و نقشهٔ راه آینده
نواگارد S5 از پیش مورد تأیید کارشناسان صنعت قرار گرفته است. جیمز اوکانر، تحلیلگر ارشد در شرکت وود مکنزی، گفت: «توانایی زسن ریسون در ادغام نوآوری مواد، مهندسی حرارتی و هوش مصنوعی در یک محصول واحد، تحولآفرین است. این سیستم بزرگترین موانع پذیرش ذخیرهسازی خانگی را برطرف میکند و پیشبینی میشود تا سال ۲۰۲۶ حدود ۸ تا ۱۰ درصد از بازار اروپا را به خود اختصاص دهد.»
برای بهرهبرداری از این انرژی مثبت، زسن ریسون قصد دارد:
مرکز تحقیق و توسعه خود در سوژو را تا سال ۲۰۲۵ به میزان ۴۰ درصد گسترش دهد تا توسعه باتریهای حالت جامد را تسریع کند
برنامه گارانتی ۱۰ سالهای برای نواگارد S5 راهاندازی کند که طولانیترین گارانتی موجود در این صنعت است
با نصبکنندگان سیستمهای خورشیدی اروپایی همکاری کند تا این سیستم را بهصورت بستهبندیشده با پنلهای روی سقف عرضه کند و پذیرش آن را بیشتر کند
۵۰ میلیون دلار در یک واحد تولیدی جدید در مجارستان سرمایهگذاری کند تا بازار اروپا را تأمین کند و زمان تحویل را ۶۰ درصد کاهش دهد
با سرعت بخشیدن جهان به کاهش کربن، سیستم نوواگارد S5 گواهی بر آن است که چه چیزی ممکن است زمانی که تحقیق و توسعه بر اساس نیازهای کاربران و تعالی مهندسی شکل گیرد. در نمایشگاه شانگهای، جایی که بازدیدکنندگان بهصورت انبوهی دور غرفهٔ Zsen Risun گرد هم آمدند تا این سیستم را در عمل مشاهده کنند، روشن شد که آیندهٔ ذخیرهسازی انرژی خانگی فرا رسیده است.
