Na pozadí zrýchľujúcej sa premeny Číny na čistú energiu dnes spoločnosť Zsen Risun Energy Technologies predstavila svoj domáci systém na ukladanie energie NovaGuard S5 na Medzinárodnej výstave technológií pre ukladanie energie 2024 v Šanghaji. Toto predstavenie predstavuje milník v výskumnom a vývojovom procese spoločnosti, keďže NovaGuard S5 využíva 12-mesačný medzifunkčný vývojový pracovný postup, ktorý umožňuje o 25 % vyššiu energetickú hustotu, o 40 % rýchlejšie nabíjanie a životnosť 15 rokov – tým sa stanovuje nový štandard výkonu batérií pre domácnosti. Výstava s názvom „Zelené ukladanie energie, budúca energia“ priviedla viac ako 35 000 účastníkov z 42 krajín a stala sa tak najväčšou zhromaždením zainteresovaných strán v oblasti ukladania energie v Ázii v tomto roku.
Kontext: Preteky o dekarbonizáciu
Výstava sa koná v kritickom čase: podľa správy Čínskej národnej energetickej správy sa v prvom polroku roku 2024 inštalácie solárnych systémov s úložiskami pre domácnosti zvýšili o 98 % oproti rovnakému obdobiu minulého roka, a to v dôsledku národných stimulov a obavám o spoľahlivosť elektrickej siete. Mnohé domácnosti však stále čelia kompromisom medzi nákladmi na systém, jeho životnosťou a bezpečnosťou. Podľa nedávneho prieskumu Čínskej asociácie obnoviteľných zdrojov energie uvádza 62 % domácich majiteľov „životnosť batérií“ ako svoju najväčšiu obavu, zatiaľ čo 48 % sa obáva vysokých počiatočných nákladov.
„Domáce úložiská energie nie sú len záložným zdrojom energie – sú základom decentralizovanej, uhlíkovo neutrálnej siete,“ uviedol počas predstavenia produktu Dr. Wei Qiang, vedúci oddelenia vývoja produktov spoločnosti Zsen Risun. „NovaGuard S5 je našou odpoveďou na trhovú požiadavku na systém, ktorý neprinúti domácich majiteľov rozhodnúť sa medzi výkonom a pokojom v duši.“ Systém, ktorý bol predstavený na výstavníckom stánku spoločnosti Zsen Risun s rozlohou 200 štvorcových metrov (na obrázku), už získal predobjednávky celkovo 21 000 kusov od európskych a austrálskych distribútorov, čím potvrdil svoju globálnu atraktívnosť.
12-mesačná vývojová cesta za systémom NovaGuard S5
Vývojový proces spoločnosti Zsen Risun pre systém NovaGuard S5 je príkladom agilnej spolupráce, pri ktorej sa integrujú materiálová veda, tepelné inžinierstvo a testovanie riadené umelej inteligenciou, aby vznikol produkt, ktorý presahuje priemyselné štandardy. Projekt s kódovým názvom „Projekt Aurora“ zahŕňal 87 inžinierov, 12 medzifunkčných sprintov a viac ako 14 000 hodín laboratórnych testov.
1. Fáza 1: Zber požiadaviek zameraný na používateľa (január – február 2024)
Projekt sa začal globálnym prieskumom 3 500 domácich zákazníkov a 200 inštalatérov, v rámci ktorého boli identifikované tri základné problémové oblasti:
Pomalé rýchlosti nabíjania, ktoré obmedzujú pripravenosť na záložné napájanie počas výpadkov siete
Vysoké počiatočné náklady v porovnaní so životnosťou, čo vedie k dlhým obdobiam návratnosti investície
Obavy z rizika tepelnej nestability (thermal runaway), ktoré sa zvyšujú v oblastiach s vysokou teplotou vzduchu
Tieto spätné väzby priamo ovplyvnili výskumnú a vývojovú cestovnú mapu: tím si stanovil za prioritu dosiahnuť životnosť 10 000 cyklov, nabíjanie z 0 % na 80 % za 90 minút a pasívny systém tepelnej regulácie, ktorý eliminuje potrebu hlučných a náročných na údržbu ventilátorov. Na overenie týchto priorít organizoval tím 12 fokusných skupín v Šanghaji, Berlíne a Sydney, kde domáci majitelia testovali prototypy nabíjacích rozhraní a poskytli spätnú väzbu k kompaktnému, samostatne stojacemu dizajnu systému.
2. Fáza 2: Inovácia materiálov a formulácia článkov (marec – apríl 2024)
V výskumnom a vývojovom centre Zsen Risun v Suečou sa materiáloví vedci sústredili na optimalizáciu chemického zloženia lítium-železo-fosfátových (LFP) článkov, ktoré tvoria základ batériového systému NovaGuard S5. Vyvinuli vlastný kompozitný anód na báze nano-kremíka, ktorý zvyšuje energetickú hustotu na 165 Wh/kg – o 25 % vyššiu v porovnaní so štandardnými LFP článkami – pri zachovaní tepelnej stability, vďaka ktorej je LFP najbezpečnejšou batériovou chemiou na trhu.
Tím tiež navrhol povlakový pevný elektrolyt, ktorý zníži vnútorný odpor o 18 % a umožňuje rýchle nabíjanie za 90 minút. „Otestovali sme viac ako 70 rôznych zložení elektrolytov, kým sme našli také, ktoré optimálne vyváži vodivosť a stabilitu,“ vysvetlila Dr. Lin Mei, vedúca chemička pre vývoj článkov. „Samotný tento prelom skrátil našu cieľovú dobu nabíjania na polovicu.“ Na rozšírenie tejto inovácie uzavrela spoločnosť Zsen Risun partnerstvo s Ústavom materiálových vied Tsinghua University, aby sa zdokonalil výrobný proces povlaku a znížilo sa množstvo odpadového materiálu o 32 %.
3. Fáza 3: Návrh modulov a tepelné inžinierstvo (máj – jún 2024)
Kľúčovou výzvou bolo odvádzanie tepla vznikajúceho počas rýchleho nabíjania bez použitia aktívneho chladenia. Inžiniersky tím navrhol tepelnú medzivrstvu z grafitovej peny, ktorá obklopuje každú článok a odvádza teplo k hliníkovej tepelnej výmenníkovej doske integrovanej do základne modulu. Tento pasívny systém nielenže eliminuje šum ventilátorov a údržbu, ale tiež zabezpečuje, že teplota článkov zostáva pod 45 °C aj počas nepretržitého vybíjania pri prúde 1C.
„Vykonali sme 3 000 hodín testov tepelného cyklovania, aby sme túto konštrukciu overili,“ uviedol Dr. Chen Hao, vedúci mechanický inžinier. „V najhoršom prípade – priamo dopadajúce slnečné žiarenie v prostredí s teplotou 40 °C – teplota našich modulov nikdy neprekročila 42 °C.“ Kompaktný stojací dizajn zariadenia NovaGuard S5 (viditeľný na výstavníckom stánku) bol tiež optimalizovaný pre jednoduchú inštaláciu, vrátane integrovanej správy káblov a prednej dosky bez potreby nástrojov pre prístup k systému BMS. Inštalatéri, ktorí sa zúčastnili fokusových skupín, chválili tento dizajn a poznamenali, že skracuje čas montáže na mieste pri každom jednom zariadení priemerne o 45 minút.
4. Fáza 4: Vývoj BMS s podporou umelej inteligencie (júl – august 2024)
Vlastný tím BMS spoločnosti Zsen Risun vyvinul systém riadenia batérií (BMS) s podporou umelej inteligencie, ktorý sa učí zo skutočných vzorov používania, aby maximalizoval životnosť batérií. Systém BMS obsahuje:
Prediktívna vyváženosť článkov: Upravuje nabíjací prúd tak, aby sa zabránilo preťaženiu jednotlivých článkov, čím sa predĺži počet cyklov o 12 %
Algoritmy pre integráciu do siete: Automaticky prepína medzi sieťovým, slnečným a batériovým napájaním, aby sa minimalizovali náklady na elektrinu
Diagnostika bezpečnosti v reálnom čase: Monitoruje 24 parametrov, vrátane napätia, prúdu a teploty, s odpoveďou na odchýlky za 100 milisekúnd
Počas terénnych skúšok v Guangdongu systém BMS znížil priemerné účty zákazníkov za elektrinu o 38 % využitím signálov cenových taríf podľa času spotreby – táto funkcia sa stala najdôležitejším predajným argumentom pre európskych distribútorov. Tím tiež integroval cloudový systém aktualizácií firmvéru, ktorý umožňuje vzdialené opravy a zlepšenia výkonu bez nutnosti osobnej návštevy na mieste. V poslednej skúške sa touto funkciou podarilo tímu vyriešiť drobnú softvérovú chybu ovplyvňujúcu 300 jednotiek v teréne do 72 hodín bez akéhokoľvek výpadku služby pre zákazníkov.
5. Fáza 5: Zrýchlené testovanie a overenie (september – október 2024)
Pred sériovou výrobou prešiel systém NovaGuard S5 šesťmesačným programom zrýchlenej starnutia, ktorý simuloval 15 rokov prevádzky. Kľúčové testy zahŕňali:
Simulácia tepelnej nestability: Prebitie článku na overenie, či pasívny chladiaci systém a požiarovzdorné pouzdro dokážu obsiahnuť akúkoľvek incident
Cyklické testovanie za extrémnych teplôt: Testovanie výkonu v rozsahu od −20 °C do 55 °C na zabezpečenie spoľahlivosti v prísnych klimatických podmienkach
Mechanické skúšky zaťaženia: Zhadnutie modulu z výšky 1,5 m a vystavenie vibráciám s úrovňou 5G na overenie trvanlivosti
Systém úspešne absolvoval všetky testy bez jediného kritického zlyhania; zachovanie kapacity zostalo po 10 000 cykloch vyššie ako 80 % – čo presahuje priemyselné štandardy o 20 %. Nezávislé testovanie spoločnosťou TÜV Rheinland potvrdilo, že systém NovaGuard S5 spĺňa bezpečnostné štandardy IEC 62619 a dosahuje spoľahlivosť 99,97 % za reálnych prevádzkových podmienok.
6. Fáza 6: Pilotná výroba a terénne skúšky (október 2024)
Pilotný prebeh 500 kusov bol nasadený v 120 domácnostiach v Číne, Nemecku a Austrálii. Prvotné spätne väzby boli prevažne veľmi pozitívne: majiteľ domu v Melbourne uviedol, že systém napájal ich celý dom po dobu 36 hodín počas nedávnej výpadku elektrickej siete, zatiaľ čo rodina v Kuantšou si všimla zníženie svojho mesačného účtu za elektrinu o 42 %. Inštalatéri v Nemecku chválili kompatibilitu systému so sieťovými protokolmi používanými v Európe; jeden z nich poznamenal: „NovaGuard S5 sa bezproblémovo integruje do našich existujúcich solárnych inštalácií a skracuje dobu uvedenia do prevádzky o 20 %.“
Vplyv na priemysel a budúca cesta vývoja
NovaGuard S5 už získal uznanie odborníkov z odvetvia. „Schopnosť Zsen Risun integrovať inovácie v materiáloch, tepelné inžinierstvo a umeľnú inteligenciu do jedného produktu je prelomová,“ uviedol James O’Connor, starší analytik spoločnosti Wood Mackenzie. „Tento systém rieši najväčšie prekážky prijatia domácich úložných systémov a očakávame, že do roku 2026 získa 8–10 % európskeho trhu.“
Na základe tohto momentu plánuje Zsen Risun:
Rozšíriť svoje výskumné a vývojové centrum v Su-čou o 40 % v roku 2025, aby sa urýchlil vývoj pevných batérií
Zaviesť záručný program na 10 rokov pre NovaGuard S5 – najdlhší v odvetví
Spolupracovať s európskymi inštalatérmi slnečných panelov s cieľom ponúkať tento systém v balíčku so strešnými panelmi, čím sa ďalej podporí jeho rozšírenie
Investovať 50 miliónov USD do nového výrobného závodu v Maďarsku na obsluhu európskeho trhu, čím sa skráti doba dodania o 60 %
Keď sa svet usiluje o oduhličenie, systém NovaGuard S5 predstavuje dôkaz toho, čo je možné dosiahnuť, ak je výskum a vývoj založený na potrebách používateľov a inžinierskej excelencii. Na výstave v Šanghaji, kde sa návštevníci zhromaždili okolo stánku Zsen Risun, aby videli systém v činnosti, bolo jasné, že budúcnosť domáceho ukladania energie už nastala.
