คอนเทนเนอร์ทำความเย็นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์: โซ่เย็นแบบ Off-Grid ที่มีประสิทธิภาพ

A ภาชนะทำความเย็นพลังงานแสงอาทิตย์ ทำงานบนหลักการง่ายๆ ที่หลอกลวง: พลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ให้พลังงานโดยตรงแก่วงจรการทำความเย็นแบบอัดไอหรือการดูดซับที่มีประสิทธิภาพสูง โดยแยกการขนส่งโซ่เย็นออกจากโครงข่ายไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลโดยสิ้นเชิง . ประสิทธิภาพของระบบที่เพิ่มขึ้นเกิดจากการขจัดขั้นตอนการแปลงพลังงานหลายขั้นตอนที่รบกวนห้องเย็นแบบเดิมๆ ในห้องเย็นที่ขึ้นอยู่กับกริดโดยทั่วไป เชื้อเพลิงจะถูกเผาที่โรงไฟฟ้า แปลงเป็นไฟฟ้า ส่งในระยะทางไกล ก้าวลงผ่านหม้อแปลงไฟฟ้า และสุดท้ายถูกป้อนเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ แต่ละขั้นตอนการแปลงจะสูญเสียพลังงานเป็นความร้อน ตู้ทำความเย็นพลังงานแสงอาทิตย์พังทลายห่วงโซ่นี้: โฟตอนกระทบแผงเซลล์แสงอาทิตย์ กระแสตรงไหลไปยังคอมเพรสเซอร์แบบความเร็วหลายระดับ และวงจรการทำความเย็นเริ่มต้นขึ้น ทั้งหมดนี้อยู่ในรอยเท้าทางกายภาพเดียวกัน ผลลัพธ์ที่ได้คือก ประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยรวมดีขึ้น 30 ถึง 40% เมื่อเปรียบเทียบกับห้องเย็นที่ขับเคลื่อนด้วยกริดซึ่งมีความจุเท่ากัน และการลดต้นทุนเชื้อเพลิงในการปฏิบัติงานตลอดอายุการใช้งานของระบบ

ผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจมีมากกว่าการทำความเย็นเพียงอย่างเดียว เมื่อกำหนดค่าให้เป็นห้องโดยสารชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์และเปลี่ยนแบตเตอรี่ แพลตฟอร์มคอนเทนเนอร์เดียวกันจะให้บริการชาร์จที่รวดเร็วสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า ในขณะที่ระบบจัดเก็บพลังงานจะบัฟเฟอร์ตารางจากภาระที่เพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันซึ่งเซสชันการชาร์จพร้อมกันหลายครั้งอาจเกิดขึ้น ฟังก์ชันการทำงานแบบคู่นี้ ได้แก่ ห้องเย็นและการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าจากตู้คอนเทนเนอร์พลังงานแสงอาทิตย์เพียงตู้เดียว ทำให้ระบบมีคุณค่าอย่างยิ่งในเขตเมืองและชานเมืองที่พื้นที่ขาดแคลนและจำเป็นต้องมีโครงสร้างพื้นฐานหลายรายการมาบรรจบกัน ที่จอดรถสาธารณะ ชุมชนที่อยู่อาศัย และห้างสรรพสินค้าสามารถโฮสต์ตู้คอนเทนเนอร์ทำความเย็นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ที่ช่วยรักษาสินค้าที่ไวต่ออุณหภูมิในขณะเดียวกันก็ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการชาร์จไปพร้อมๆ กัน ทั้งหมดนี้ไม่จำเป็นต้องอัพเกรดโครงสร้างพื้นฐานการจ่ายไฟฟ้าในท้องถิ่น

สถาปัตยกรรมการทำความเย็นและประสิทธิภาพเชิงความร้อน

ระบบทำความเย็นภายในภาชนะทำความเย็นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมมาเพื่อ ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพสูงสุดที่สภาวะโหลดชิ้นส่วน เนื่องจากรังสีดวงอาทิตย์แปรผันอย่างต่อเนื่องตลอดทั้งวัน แตกต่างจากคอมเพรสเซอร์ห้องเย็นทั่วไปที่เปิดและปิดด้วยกำลังสูงสุด ถังทำความเย็นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ใช้คอมเพรสเซอร์ DC แบบความเร็วรอบที่ปรับความเร็วในการหมุนเพื่อตอบสนองต่อพลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่มีอยู่ เมื่อรังสีดวงอาทิตย์สูงในช่วงเที่ยงวัน คอมเพรสเซอร์จะทำงานด้วยความเร็วเต็มพิกัด 2 ถึง 5 กิโลวัตต์ ขึ้นอยู่กับขนาดภาชนะ และดึงอุณหภูมิภายในให้ต่ำกว่าค่าที่ตั้งไว้ ช่วยกักเก็บความเฉื่อยทางความร้อนในสินค้าและโครงสร้างฉนวนได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเมฆผ่านไปหรือมุมของดวงอาทิตย์ลดลง คอมเพรสเซอร์จะทำงานช้าลงตามสัดส่วนแทนที่จะหยุดโดยสิ้นเชิง การทำงานอย่างต่อเนื่องนี้ช่วยลดกระแสพุ่งเข้าและความเครียดจากวงจรความร้อนที่เป็นสาเหตุสำคัญของการสึกหรอของคอมเพรสเซอร์และการสูญเสียพลังงานในระบบทั่วไป

ซองเก็บความร้อนของคอนเทนเนอร์คือพันธมิตรที่เงียบในการบรรลุประสิทธิภาพของระบบในระดับสูง ข้อมูลจำเพาะของฉนวนสำหรับคอนเทนเนอร์ทำความเย็นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์มีความต้องการมากกว่าตัวรถบรรทุกห้องเย็นมาตรฐานอย่างมาก เนื่องจากคอนเทนเนอร์จะต้องรักษาเสถียรภาพของอุณหภูมิด้วยพลังงานที่ป้อนเข้าตัวแปร ผนัง พื้น และเพดานถูกสร้างด้วย แผงโฟมโพลียูรีเทนเซลล์ปิดหนา 80 ถึง 120 มม บรรลุค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมของ 0.15 ถึง 0.22 วัตต์/ตร.ม.·K . ฉนวนระดับนี้ช่วยลดภาระการทำความเย็นจนถึงจุดที่แผงเซลล์แสงอาทิตย์สามารถรักษาอุณหภูมิเป้าหมายได้แม้ในวันที่มีเพียง 3 ถึง 4 ชั่วโมงที่มีแสงแดดสูงสุด . ตารางด้านล่างเปรียบเทียบประสิทธิภาพการระบายความร้อนของฉนวนรูปแบบต่างๆ และผลกระทบต่อการใช้พลังงานอย่างอิสระ

การเลือกฉนวนจะกำหนดขนาดแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ต้องการและความจุของแบตเตอรี่ที่จำเป็นสำหรับการทำงานข้ามคืนโดยตรง ภาชนะที่มีฉนวนวีไอพีสามารถรักษาอุณหภูมิได้ตลอดทั้งคืนบนแบตเตอรีของ 10 ถึง 15 กิโลวัตต์ชั่วโมง ในขณะที่ภาชนะที่มีฉนวน PU มาตรฐานขนาด 60 มม. จะต้องใช้ 25 ถึง 30 กิโลวัตต์ชั่วโมง ของการจัดเก็บข้อมูลเพื่อความเป็นอิสระเดียวกัน ความแตกต่างนี้ลดหลั่นไปตามต้นทุนของระบบ น้ำหนัก และรอยเท้า ทำให้ข้อกำหนดของฉนวนเป็นหนึ่งในการตัดสินใจออกแบบที่เป็นผลสืบเนื่องมากที่สุดในด้านวิศวกรรมของคอนเทนเนอร์

สถาปัตยกรรมการจัดหาพลังงานและขนาดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

แผงเซลล์แสงอาทิตย์บนภาชนะทำความเย็นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์จะต้องมีขนาดเพื่อให้ครอบคลุมทั้งภาระการทำความเย็นและภาระเสริมใดๆ เช่น ระบบแสงสว่าง การควบคุม อุปกรณ์สื่อสาร และในกรณีของสถานีชาร์จแบบรวม ความต้องการในการชาร์จ EV ตู้ทำความเย็นมาตรฐานขนาด 20 ฟุตที่ใช้เพื่อการทำความเย็นโดยเฉพาะ โดยทั่วไปแล้วจะต้องมีความจุ PV ที่ติดตั้งอยู่ที่ 5 ถึง 10 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง ซึ่งกระจายไปทั่วหลังคาและแผงกั้นแบบพับได้ที่ติดตั้งไว้ที่ด้านข้างตู้คอนเทนเนอร์ แผงกั้นแบบพับได้ซึ่งขยายออกด้านนอกเมื่อคอนเทนเนอร์จอดอยู่กับที่ สามารถเพิ่มพื้นที่รวบรวมที่มีอยู่เป็นสองเท่าหรือสามเท่า เมื่อเทียบกับหลังคาเพียงอย่างเดียว ช่วยให้ใช้พื้นที่จัดเก็บน้อยลงเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานที่มากขึ้น

เมื่อคอนเทนเนอร์ได้รับการกำหนดค่าให้เป็นห้องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์และห้องเปลี่ยนแบตเตอรี่ สถาปัตยกรรมการจัดหาพลังงานจะซับซ้อนมากขึ้น อาร์เรย์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จะป้อน บัส DC ส่วนกลางที่ทำหน้าที่โหลดแบบขนาน 3 แบบ ได้แก่ คอมเพรสเซอร์ทำความเย็น ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ และเครื่องจ่ายการชาร์จ EV . ระบบการจัดการพลังงานอัจฉริยะจัดลำดับความสำคัญของโหลดเหล่านี้ตามเงื่อนไขแบบเรียลไทม์ โหลดการทำความเย็นได้รับความสำคัญเป็นอันดับแรกในการปกป้องสินค้าที่ไวต่ออุณหภูมิ การสร้างส่วนเกินจะชาร์จแบตเตอรีแบตเตอรี และเมื่อแบตเตอรี่อยู่ในสถานะการชาร์จที่เพียงพอ จะมีพลังงานสำหรับการชาร์จ EV ในช่วงที่มีความต้องการชาร์จ EV สูง ระบบการจัดการพลังงานสามารถเสริมการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ด้วยพลังงานแบตเตอรี่ที่เก็บไว้ ทำให้มั่นใจได้ว่ายานพาหนะหลายคันสามารถชาร์จพร้อมกันได้โดยไม่เกินกำลังการผลิตที่กำหนดของตู้คอนเทนเนอร์

การปรับสมดุลของกริดและการโกนสูงสุดในแอปพลิเคชันการชาร์จ

การบูรณาการการจัดเก็บพลังงานภายในภาชนะทำความเย็นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์จะเปลี่ยนจากผู้ใช้ไฟฟ้าแบบพาสซีฟให้กลายเป็น สินทรัพย์กริดแบบแอคทีฟที่มีความสามารถในการโกนสูงสุดและการเปลี่ยนโหลด . ในลานจอดรถสาธารณะหรือแอปพลิเคชันในห้างสรรพสินค้า การชาร์จ EV หลายตัวที่ไม่สามารถควบคุมได้ในช่วงบ่ายแก่ๆ เมื่อทรัพยากรพลังงานแสงอาทิตย์ลดลงและระบบกริดถูกเน้นย้ำจากอุปสงค์ที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์ จะสร้างปัญหาการโหลดที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ของคอนเทนเนอร์ดูดซับความขัดแย้งนี้ ในช่วงพีคของแสงอาทิตย์ในช่วงเที่ยงวัน เมื่อภาระการทำความเย็นเพียงพอและแบตเตอรี่ชาร์จเต็มแล้ว การสร้างส่วนเกินจะถูกเก็บไว้ เมื่อความต้องการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าเพิ่มสูงขึ้นในช่วงบ่ายแก่ๆ และช่วงเย็น ระบบควบคุมอัจฉริยะจะคายประจุแบตเตอรี่เพื่อให้เพียงพอกับโหลดการชาร์จ ลดการดึงกริดลง 70 ถึง 90% เมื่อเทียบกับการติดตั้งการชาร์จที่ไม่มีการจัดการ .

ความสามารถในการโกนสูงสุดนี้แปลเป็นต้นทุนการดำเนินงานที่ลดลงโดยตรง อัตราค่าไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ในหลายภูมิภาครวมค่าความต้องการใช้ไฟฟ้าโดยเฉลี่ยสูงสุด 15 นาทีในช่วงเวลาการเรียกเก็บเงิน เครื่องชาร์จเร็ว DC ขนาด 50 kW ที่ไม่มีการจัดการเพียงเครื่องเดียวสามารถกระตุ้นการชาร์จความต้องการที่เพิ่มเข้ามาได้ $500 ถึง $1,500 ต่อเดือน ไปยังบิลค่าไฟฟ้าของเว็บไซต์ บัฟเฟอร์แบตเตอรี่ของคอนเทนเนอร์ทำความเย็นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์จะดูดซับกระแสการชาร์จ ทำให้ความต้องการสูงสุดของไซต์งานต่ำกว่าเกณฑ์ที่กระตุ้นให้เกิดการเรียกเก็บเงินลงโทษเหล่านี้ สำหรับชุมชนอสังหาริมทรัพย์และห้างสรรพสินค้าที่มีผู้มีส่วนได้ส่วนเสียหลายรายแบ่งปันค่าไฟฟ้า การหลีกเลี่ยงค่าธรรมเนียมความต้องการนี้สร้างความแตกต่างระหว่างการติดตั้งการชาร์จ EV ที่เป็นภาระทางการเงินกับการติดตั้งที่สร้างรายได้สุทธิจากการเรียกเก็บค่าธรรมเนียม

ความยืดหยุ่นประสิทธิภาพสูงในทุกสถานการณ์การใช้งาน

ความยืดหยุ่นของภาชนะทำความเย็นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์นั้นมาจาก สถาปัตยกรรมแบบโมดูลาร์ในตัวเองที่สามารถกำหนดค่าใหม่สำหรับกรณีการใช้งานที่แตกต่างกันโดยไม่ต้องออกแบบระบบหลักใหม่ . แพลตฟอร์มฐานเดียวกันนี้ ได้แก่ ตู้คอนเทนเนอร์หุ้มฉนวนขนาด 20 ฟุตหรือ 40 ฟุตพร้อมแผงหลังคาไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ แบตเตอรีแบงก์ และตัวควบคุมอัจฉริยะ สามารถติดตั้งอุปกรณ์ภายในที่แตกต่างกันเพื่อใช้เป็นห้องเย็นด้านเภสัชกรรม หน่วยถนอมอาหาร ศูนย์ชาร์จ EV หรือสถานีเปลี่ยนแบตเตอรี่ การตั้งค่าอุณหภูมิภายในสามารถกำหนดค่าด้วยซอฟต์แวร์ได้ในช่วงต่างๆ -25°ซ ถึง 25°ซ ช่วยให้คอนเทนเนอร์เปลี่ยนจากการจัดเก็บสินค้าแช่แข็งไปเป็นการดำเนินการชาร์จแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิแวดล้อมได้ หากความต้องการของแอปพลิเคชันเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป

การจัดวางลานจอดรถสาธารณะและศูนย์การค้า

ในสถานที่ในเมืองที่มีการจราจรหนาแน่นเหล่านี้ ตู้คอนเทนเนอร์ทำความเย็นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์จะช่วยแก้ปัญหาสองปัญหาไปพร้อมๆ กัน มันให้ ห้องเย็นที่สะดวกสบายสำหรับผู้เช่าร้านค้าปลีกที่ต้องการจัดส่งแบบไวต่ออุณหภูมิ ตลอดทั้งวัน ไม่ว่าจะเป็นร้านขายดอกไม้ ร้านขายของชำ จุดรับยา โดยที่ผู้เช่าแต่ละรายไม่ต้องติดตั้งและบำรุงรักษาเครื่องทำความเย็นแบบวอล์กอินของตนเอง ในเวลาเดียวกัน ตู้ชาร์จ EV ของตู้คอนเทนเนอร์จะให้บริการผู้ซื้อที่สามารถชาร์จยานพาหนะของตนขณะเดินดูสินค้า โดยมีระยะเวลาการชาร์จอยู่ที่ 30 ถึง 60 นาที เข้ากันได้ดีกับการไปช้อปปิ้งทั่วไป การผสมผสานบริการต่างๆ ช่วยเพิ่มอัตราการใช้ตู้คอนเทนเนอร์และเร่งผลตอบแทนจากการลงทุน เมื่อเทียบกับห้องเย็นแบบสแตนด์อโลนหรือเครื่องชาร์จแบบสแตนด์อโลน

การรวมชุมชนทรัพย์สินและที่อยู่อาศัย

สำหรับชุมชนที่อยู่อาศัย ถังทำความเย็นพลังงานแสงอาทิตย์ทำหน้าที่เป็น สินทรัพย์โครงสร้างพื้นฐานที่ใช้ร่วมกันในระดับพื้นที่ใกล้เคียง . ผู้พักอาศัยที่ไม่มีโรงจอดรถส่วนตัวสำหรับการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าภายในบ้าน สามารถใช้สถานีชาร์จของตู้คอนเทนเนอร์ได้ตามกำหนดเวลาหรือตามความต้องการ ช่องเก็บของเย็นสามารถใช้เป็นจุดส่งของที่มีการควบคุมอุณหภูมิและปลอดภัยสำหรับการสั่งซื้อของชำออนไลน์ โดยไม่จำเป็นต้องส่งของถึงหน้าบ้านโดยที่ผู้รับต้องอยู่บ้าน ระบบกักเก็บพลังงานของตู้คอนเทนเนอร์ทำให้โปรไฟล์ความต้องการไฟฟ้าโดยรวมของชุมชนราบรื่นขึ้น ซึ่งอาจส่งผลให้การจัดการทรัพย์สินมีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับอัตราค่าไฟฟ้าที่ลดลง เนื่องจากระบบเป็นแบบครบวงจรและต้องการเพียงพื้นผิวระดับในการติดตั้ง จึงสามารถติดตั้งในมุมลานจอดรถที่มีอยู่ได้โดยไม่ต้องขุด ขุดร่อง หรือใบอนุญาตก่อสร้างอาคารสำหรับโครงสร้างถาวร

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและการลดคาร์บอนตลอดอายุการใช้งาน

ประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมของภาชนะทำความเย็นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์มีมากกว่าการกำจัดการปล่อยมลพิษจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลอย่างเห็นได้ชัด การวิเคราะห์คาร์บอนตลอดอายุการใช้งานต้องคำนึงถึง คาร์บอนที่รวมอยู่ในโครงสร้างคอนเทนเนอร์ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ และแบตเตอรี่ ชดเชยกับการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการดำเนินงานที่หลีกเลี่ยงตลอดอายุการใช้งานของระบบ 20 ถึง 25 ปี . ตู้ทำความเย็นพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 20 ฟุตพร้อมแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาด 10 kWp และแบตเตอรีแบตเตอรีขนาด 30 kWh จะสร้างพลังงานได้ประมาณ 14,000 ถึง 18,000 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี ในตำแหน่งละติจูดกลาง กว่า 25 ปี รวมทั้งหมดแล้ว 350 ถึง 450 เมกะวัตต์ชั่วโมง ของไฟฟ้าคาร์บอนเป็นศูนย์ หากรุ่นนี้แทนที่ไฟฟ้าจากโครงข่ายด้วยความเข้มข้นของคาร์บอน 0.5 กก. CO₂ ต่อ kWh ภาชนะบรรจุจะหลีกเลี่ยง การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 175 ถึง 225 เมตริกตัน . รอยเท้าคาร์บอนในการผลิตของคอนเทนเนอร์ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ และแบตเตอรี่ โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง เทียบเท่ากับ CO₂ 15 ถึง 25 เมตริกตัน ซึ่งหมายความว่าระบบบรรลุการคืนทุนคาร์บอนภายใน 2 ถึง 4 ปี และทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอนสุทธิตลอดอายุการใช้งานที่เหลืออีกสองทศวรรษ

กลยุทธ์การสิ้นสุดอายุการใช้งานช่วยปรับปรุงสมการด้านสิ่งแวดล้อมให้ดียิ่งขึ้น โครงสร้างคอนเทนเนอร์ผลิตจากเหล็ก Corten ซึ่งสามารถรีไซเคิลได้ทั้งหมดผ่านช่องทางเศษโลหะมาตรฐาน แผงเซลล์แสงอาทิตย์อยู่ภายใต้โปรแกรมการนำกลับคืนของผู้ผลิตเพื่อนำกรอบอะลูมิเนียม กระจก และวัสดุเซมิคอนดักเตอร์กลับมาใช้ใหม่ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตไม่มีโคบอลต์หรือนิกเกิล ช่วยให้รีไซเคิลได้ง่ายขึ้น และลดความเสี่ยงต่อความเป็นพิษเมื่อหมดอายุการใช้งาน เมื่อตู้คอนเทนเนอร์ถูกเลิกใช้งานในที่สุด มวลมากกว่า 90% สามารถนำกลับมาใช้ใหม่และรีไซเคิลได้ ปิดห่วงวัสดุและลดภาระการฝังกลบให้เหลือน้อยที่สุด วิธีการออกแบบแบบวงกลมนี้ ผสมผสานกับการประหยัดการปล่อยก๊าซจากการปฏิบัติงาน ทำให้คอนเทนเนอร์ทำความเย็นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์เป็นหนึ่งในตัวเลือกโครงสร้างพื้นฐานสำหรับห่วงโซ่ความเย็นและการชาร์จที่ไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากที่สุดสำหรับทั้งตลาดที่พัฒนาแล้วและกำลังพัฒนา