Kiinan nopeutuvan puhtaan energian siirtymän taustalla Zsen Risun Energy Technologies julkaisi tänään NovaGuard S5 -kotien energiavarastojärjestelmänsä vuoden 2024 kansainvälisessä energiavarastointiteknologian näyttelyssä Shanghaissa. Julkistus merkitsee merkittävää askelta yrityksen tutkimus- ja kehitystyössä, sillä NovaGuard S5 on kehitetty 12 kuukauden poikkitieteellisen kehitystyön tuloksena ja tarjoaa 25 % suuremman energiatiukkuuden, 40 % nopeamman latauksen sekä 15 vuoden käyttöiän – asettaen uuden mittatikan kotitalouksien akkujen suorituskyvylle. Näyttelyn teemana oli ”Vihreä varastointi, tulevaisuuden energia”, ja siihen osallistui yli 35 000 henkilöä 42 maasta, mikä teki siitä tänä vuonna Aasiassa suurimman energiavarastointia koskevan sidosryhmien kokouksen.
Tausta: Kilpajuoksu dekarbonisaation saavuttamiseksi
Messu tapahtuu kriittisellä hetkellä: Kiinan kansallisen energiahallinnon mukaan asuintalojen aurinkoenergia- ja varastointijärjestelmien asennukset lisääntyivät 98 % edellisvuodesta ensimmäisellä puoliskolla 2024, mikä johtuu kansallisista kannustusohjelmista ja sähköverkon luotettavuutta koskevista huolista. Monet kotitaloudet kohtaavat kuitenkin edelleen vaihtoehtojen välisiä kompromisseja järjestelmän hinnan, käyttöiän ja turvallisuuden välillä. Kiinan uusiutuvan energian liiton tuoreen kyselyn mukaan 62 % asuntojen omistajista mainitsee "akun kestävyyden" tärkeimpänä huolenaiheenaan, kun taas 48 % pelkää korkeita alkuinvestointikustannuksia.
»Kotitalouksien energiavarastointi ei ole pelkästään varavoiman lähde – se on hajautetun, hiilidioksidipäästöittömän sähköverkon perusta,« totesi Zsen Risun tuotekehityksen johtaja, tohtori Wei Qiang tuotteen julkistustilaisuudessa. »NovaGuard S5 on vastauksemme markkinoiden vaatimukselle järjestelmästä, joka ei pakota kotitalouksia valitsemaan suorituskyvyn ja mielenrauhan välillä.« Järjestelmä, jonka esittelivät Zsen Risun 200 neliömetrin kokoinen näyttelypiste (kuvassa), on jo saanut ennakkotilauksia yhteensä 21 000 kappaleeksi eurooppalaisilta ja australialaisilta jakelijoilta, mikä korostaa sen maailmanlaajuista vetovoimaa.
NovaGuard S5:n kehitysprosessin 12 kuukautta
Zsen Risun NovaGuard S5 -tuotteen tutkimus- ja kehitystyö on esimerkki nopeasta yhteistyöstä, jossa yhdistyvät materiaalitiede, lämmönsiirtoinsinööritiede ja tekoälyyn perustuva testaus tuottaakseen tuotteen, joka ylittää alan standardit. Projekti, jonka työnimi oli »Project Aurora«, käsitti 87 insinööriä, 12 ristifunktionaalista kehityssprinttiä ja yli 14 000 tuntia laboratoriotestejä.
1. Vaihe 1: Käyttäjälähtöinen vaatimusten keruu (tammikuu–helmikuu 2024)
Projekti aloitettiin globaalilla kyselyllä, johon osallistui 3 500 asuinkäyttäjää ja 200 asentajaa, ja jossa tunnistettiin kolme keskitettyä ongelma-aluetta:
Hidas latausnopeus, joka rajoittaa varavoiman valmiutta sähköverkon katkeamisen aikana
Korkeat alkuinvestoinnit suhteessa tuotteen käyttöiäseen, mikä johtaa pitkiin takaisinmaksu-aikoihin
Huolenaiheet lämpötilan äkillisestä noususta (thermal runaway), joita pahentavat korkeat lämpötilat ilmastossa
Tämä palautetta muokkasi suoraan tutkimus- ja kehitystyön toimintasuunnitelmaa: tiimi antoi etusijan 10 000 lataus-/purkukierroksen kestolle, 0–80 %:n lataukseen 90 minuutissa sekä passiiviselle lämmönhallintajärjestelmälle, joka poistaa tarpeen meluisista ja huoltovaativista tuulimmoista. Näiden prioriteettien validointia varten tiimi järjesti 12 keskusteluryhmää Shanghaissa, Berliinissä ja Sydneyssä, joissa kotitalouksien edustajat testasivat prototyyppisiä latausliittimiä ja antoivat palautetta järjestelmän kompaktista, lattiatasoisesta suunnittelusta.
2. Vaihe 2: Materiaalien innovointi ja kennojen koostumuksen kehittäminen (maaliskuu–huhtikuu 2024)
Zsen Risunin Suzhou-tutkimus- ja kehityskeskuksessa materiaalitieteilijät keskittyivät litium-rautafosfaatin (LFP) solukemian optimointiin, joka muodostaa NovaGuard S5 -akun perustan. He kehittivät omaa nano-silikonikomposiittianodia, joka nostaa energiatiukkuutta 165 Wh/kg:ksi – 25 % korkeammaksi kuin tavallisissa LFP-soluissa – säilyttäen samalla lämpövakauden, joka tekee LFP:stä turvallisimman akukemian markkinoilla.
Tiimi suunnitteli myös kiinteän elektrolyytin pinnoituksen, joka vähentää sisäistä resistanssia 18 %:lla ja mahdollistaa 90 minuutin nopealatauksen. «Testasimme yli 70 erilaista elektrolyyttimuodostelmaa ennen kuin löysimme sellaisen, joka tasapainottaa johtavuutta ja vakautta», selitti johtava solukemisti tohtori Lin Mei. «Tämä läpimurto yksinään puolitti tavoiteltuamme latausaikaa.» Tämän innovaation laajentamiseksi Zsen Risun teki yhteistyösopimuksen Tsinghua-yliopiston materiaalitieteen instituutin kanssa pinnoituksen valmistusprosessin parantamiseksi, mikä vähensi materiaalihävikkiä 32 %:lla.
3. Vaihe 3: Moduulin suunnittelu ja lämmönhallinta (toukokuu–kesäkuu 2024)
Yksi keskeinen haaste oli nopeassa latauksessa syntyvän lämmön hajottaminen ilman aktiivista jäähdytystä. Tekniikkatiimi suunnitteli grafiittivaahtoisen lämmönsiirtokerroksen, joka käärii jokaisen akkukennon ja johtaa lämmön alumiiniseen lämmönvaihtimeen, joka on integroitu moduulin pohjaan. Tämä passiivinen järjestelmä poistaa ei ainoastaan tuulimen melun ja huoltotarpeen, vaan varmistaa myös, että kennojen lämpötila pysyy alle 45 °C:n, vaikka jatkuvaa 1C-purkua suoritettaisiinkin.
»Suoritimme 3 000 tuntia kestäneet lämpökytkentätestit tämän suunnittelun validointia varten«, kertoi johtava mekaanikko tohtori Chen Hao. »Pahimmassa skenaariossa – suora auringonvalo 40 °C:n ympäristössä – moduulimme eivät koskaan ylittäneet 42 °C:ta.« NovaGuard S5:n tiukka, lattiatasolla sijaitseva suunnittelu (näkyvissä messupisteessä) on myös optimoitu helppoon asennukseen, ja se sisältää integroidun kaapelinhallinnan sekä työkaluttoman etupaneelin BMS:n käyttöä varten. Fokusryhmiin osallistuneet asentajat kehuivat suunnittelua ja huomauttivat, että se vähentää paikan päällä tehtävän asennuksen keskimääräistä aikaa 45 minuutilla kohdeyksikköä kohden.
4. Vaihe 4: Tekoälypohjaisen BMS:n kehitys (heinäkuu–elokuu 2024)
Zsen Risunin sisäinen BMS-tiimi kehitti tekoälypohjaisen akkujenhallintajärjestelmän, joka oppii todellisista käyttötapauksista parantaakseen akkujen käyttöikää. BMS sisältää seuraavat ominaisuudet:
Ennakoiva solutasapainotus: Säätää latausvirtoja estääkseen yksittäisten solujen liiallista kuormitusta, mikä pidentää kiertokäyttöikää 12 %:lla
Verkkointegraatioalgoritmit: Siirtävät automaattisesti virran verkolta, aurinkopaneeleilta ja akusta sähkönkulutuksen kustannusten minimointia varten
Todellisaikainen turvallisuusdiagnostiikka: Seuraa 24 parametria, mukaan lukien jännite, virta ja lämpötila, ja reagoi poikkeamiin 100 millisekunnin vastausajalla
Kenttäkokeissa Guangdongissa BMS vähensi asiakkaiden sähkölaskuja keskimäärin 38 % hyödyntämällä aikatasollisia hinnoittelusignaaleja – tämä ominaisuus on tullut eurooppalaisten jakelijoiden tärkeimmäksi myyntiargumentiksi. Tiimi integroi myös pilvipohjaisen ohjelmistopäivitysjärjestelmän, joka mahdollistaa etäpäivitykset ja suorituskyvyn parannukset ilman paikallisvia käyntejä. Viimeisessä kokeessa tämä ominaisuus mahdollisti tiimin ratkaista pieni ohjelmistovika, joka vaikutti 300 kenttäyksikköön, 72 tunnissa ilman asiakkaalle aiheutuvaa käyttökatkoa.
5. Vaihe 5: Kiihdytetty testaus ja validointi (syyskuu–lokakuu 2024)
Ennen sarjatuotannon aloittamista NovaGuard S5:n kohdalla suoritettiin kuukauden mittainen kiihdytetty ikääntymisohjelma, joka simuloi 15 vuoden käyttöä. Tärkeimpiin testeihin kuuluivat:
Lämmönkäytön kriittisen tilanteen simulointi: Kennoa ladataan liikaa, jotta voidaan varmistaa passiivisen jäähdytysjärjestelmän ja palonsuojan kotelon kyky rajoittaa mahdollista tapausta
Äärimmäinen lämpötilan vaihtelu: Suoritetaan testejä lämpötiloissa –20 °C–55 °C varmistaakseen luotettavuuden ankaroissa ilmastollisissa olosuhteissa
Mekaaniset rasitustestit: Moduuli pudotetaan 1,5 metrin korkeudelta ja sitä altistetaan 5 G:n värähtelylle kestävyyden varmistamiseksi
Järjestelmä läpäisi kaikki testit ilman yhtään kriittistä vikaa, ja sen kapasiteetin säilyminen pysyi yli 80 %:n tasolla 10 000 käyttökerran jälkeen – mikä ylittää teollisuusstandardit 20 %:lla. TÜV Rheinlandin riippumaton testaus vahvisti, että NovaGuard S5 -järjestelmä täyttää IEC 62619 -turvallisuusstandardit ja että sen luotettavuusarvio on 99,97 % todellisissa käyttöolosuhteissa.
6. Vaihe 6: Pilottituotanto ja kenttäkokeet (lokakuu 2024)
Pilottikäyttöön otettiin 500 yksikköä, jotka asennettiin 120 kotitalouteen Kiinassa, Saksassa ja Australiassa. Varhaiset palautteet ovat olleet erinomaisia: melbournelainen talonomistaja ilmoitti, että järjestelmä toimi koko hänen kotinsa virransyöttäjänä 36 tuntia viimeisimmän sähköverkon katkon aikana, kun taas perhe Guangzhoun kaupungissa huomasi 42 %:n vähentymän kuukausittaisessa sähkölaskussaan. Saksassa asentajat kehuivat järjestelmän yhteensopivuutta eurooppalaisten sähköverkkojen protokollan kanssa, ja yksi heistä totesi, että ”NovaGuard S5 integroituu saumattomasti olemassa oleviin aurinkosähköasennuksiimme, mikä vähentää käyttöönottoajastamme 20 %:lla.”
Alan vaikutus ja tulevaisuuden tiekartta
NovaGuard S5 -tuote on jo saanut tunnustusta alan asiantuntijoilta. »Zsen Risunin kyky integroida materiaalikehitystä, lämmöntekniikkaa ja tekoälyä yhdeksi tuotteeksi on pelin muuttaja,» totesi James O’Connor, Wood Mackenzie -yhtiön vanhempi analyytikko. »Tämä järjestelmä ratkaisee suurimmat esteet kotitalouksien akkukäytön laajentumiselle, ja odotamme sen saavan 8–10 %:n osuuden eurooppalaisesta markkinasta vuoteen 2026 mennessä.»
Tämän vauhdin hyväksi käyttämiseksi Zsen Risun aikoo:
Laajentaa Suzhoussa sijaitsevaa tutkimus- ja kehityskeskustaan 40 %:lla vuonna 2025 kiinteen tilan akkujen kehityksen nopeuttamiseksi
Käynnistää 10-vuotisen takuuhankkeen NovaGuard S5 -tuotteelle, mikä on pituudeltaan teollisuuden pisintä takuuta
Yhteistyöhön eurooppalaisten aurinkopaneelien asentajien kanssa järjestelmän paketointiin katon aurinkopaneelien kanssa, mikä edistää lisäominaisuuden hyväksikäyttöä
Sijoittaa 50 miljoonaa dollaria uuteen valmistustehdaseen Unkarissa palveluakseen eurooppalaista markkinaa ja vähentää toimitusaikoja 60 %:lla
Kun maailma kiirehtii hiilidioksidipäästöjen vähentämistä, NovaGuard S5 on todiste siitä, mitä on mahdollista saavuttaa, kun tutkimus ja kehitys perustuvat käyttäjien tarpeisiin ja insinöörimaisuuteen. Shanghaissa järjestetyssä messussa, jossa osallistujat kokoontuivat Zsen Risunin standin ympärille katsomaan järjestelmän toimintaa, oli selvää, että kotitalouksien energiavarastointijärjestelmien tulevaisuus on jo saapunut.
