Engineering Concept of Energy Storage Systems Based on New Type of Silicon Photovoltaic Module and Lithium Ion Batteries

In recent years, a great importance has been given to hybrid systems of energy generators and energy storages. This article presents the results of our research aimed at checking the possibility of connecting a photovoltaic (PV) module and a lithium-ion battery (LIB), using a simplified control module towards a cheap and efficient system. The photovoltaic modules based on crystalline silicon solar cells, tempered glass as the front layer and ethylene-vinyl acetate (EVA) copolymer as encapsulation material are the most popular type in the industry. The disadvantage of such module type is the high weight of about 15 kg/m2. The weight of PV module used in the presented energy storage system is twice as small. This new type of PV module is based on treated poly(methyl methacrylate) (PMMA) as back sheet; high transparent foil as front sheet. Changing glass layer to PMMA requires additional modification of the lamination process parameters and EVA polymer type. For this reason, an EVA polymer with reduced crosslinking temperature was used in most cases; the voltage obtained from solar panels is significantly different from the one required by battery system. Hence, voltage converters (step-up or step-down) are needed. The use of a voltage stabilizing converter (which is a kind of electrical buffer) between the solar cell and lithium-ion battery can in some cases replace the battery overcharge protection system. However, an indispensable element is the system protecting the battery from excessive discharge. The voltage converter permits direct connection between the electricity storage and power supply, which current-voltage parameters do not match. The converter’s task is to change the value of current and voltage in a way that meets the requirements of the powered receiver, minimizing power losses, increasing the whole system efficiency. Photovoltaic parameters of the energy storage systems were examined in laboratory and real conditions

Dual-use hybrid power storage system

Uzależnienie współczesnych urządzeń wojskowych od energii elektrycznej powoduje, że ich skuteczność i niezawodność zależy w bardzo dużym stopniu od ciągłości dostarczania energii elektrycznej oraz jej jakości. W niniejszym artykule przedstawiono koncepcję wykonania systemu magazynowania energii dla zastosowań cywilnych i wojskowych. Omówiono budowę i przeznaczenie poszczególnych bloków systemu, a także zastosowanie filozofii „klocków” i gwiaździstej topologii układu połączeń. Nakreślono perspektywy dalszej realizacji projektu jako bazy do przyszłej produkcji systemu.The dependence of modern military equipment on electricity makes their effectiveness and reliability depends very much on the continuity of electricity supply and its quality. This paper presents the concept of implementation of an energy storage system for civil and military applications. The construction and purpose of individual system blocks are discussed as well as the application of the philosophy of „bricks” and the starshaped topology of the connection system. Perspectives for the further implementation of the project as a basis for the future production of the system were outlined

Dual-use hybrid power storage system

The dependence of modern military equipment on electricity makes their effectiveness and reliability depends very much on the continuity of electricity supply and its quality. This paper presents the concept of implementation of an energy storage system for civil and military applications. The construction and purpose of individual system blocks are discussed as well as the application of the philosophy of "bricks" and the star-shaped topology of the connection system. Perspectives for the further implementation of the project as a basis for the future production of the system were outlined.Uzależnienie współczesnych urządzeń wojskowych od energii elektrycznej powoduje, że ich skuteczność i niezawodność zależy w bardzo dużym stopniu od ciągłości dostarczania energii elektrycznej oraz jej jakości. W niniejszym artykule przedstawiono koncepcję wykonania systemu magazynowania energii dla zastosowań cywilnych i wojskowych. Omówiono budowę i przeznaczenie poszczególnych bloków systemu, a także zastosowanie filozofii „klocków” i gwiaździstej topologii układu połączeń. Nakreślono perspektywy dalszej realizacji projektu, jako bazy do przyszłej produkcji systemu

Application of polycrystalline silicon cells as elastic photovoltaic covers

Uzależnienie współczesnych urządzeń wojskowych od energii elektrycznej powoduje, że ich skuteczność i niezawodność zależy w bardzo dużym stopniu od ciągłości dostarczania energii elektrycznej oraz jej jakości. Rozwiązaniem zmniejszającym zagrożenie braku ciągłości zasilania może być elastyczne pokrycie fotowoltaiczne realizowane w ramach programu „GEKON – Generator Koncepcji Ekologicznych”. Dynamiczny rozwój źródeł odnawialnych powoduje znaczący spadek ich cen oraz polepszenie ich efektywności energetycznej. Wymienione zalety powodują, że konwencjonalne źródła prądu (np. zespoły prądotwórcze) w określonych wyżej przypadkach mogą być zastępowane przez źródła alternatywne. Istotą projektu jest skonstruowanie innowacyjnego elastycznego pokrycia fotowoltaicznego wykonanego w oparciu o polikrystaliczne ogniwa krzemowe. W ramach projektu określono: sposób cięcia pojedynczych ogniw na mniejsze płytki, dobór elastycznego podłoża, rozmieszczenie płytek oraz rozwiązanie metody wykonania połączeń pomiędzy nimi, a także koncepcję systemu gromadzenia energii zintegrowanego z pokryciem. Przedstawiono wyniki podstawowych badań pokrycia w zakresie pomiarów elektrycznych, elektroluminescencji oraz termoemisji. W oparciu o zrealizowane prace wykonano model elastycznego pokrycia fotowoltaicznego będącego bazą do dalszej realizacji projektu. Takie rozwiązanie ma na celu zapewnić dużą autonomię w praktycznie w każdej sytuacji kryzysowej, może być wykorzystane np. jako element dachów namiotów lub jako wyposażenie osobiste żołnierza.The dependence of modern military equipment on electricity means that their efficiency and reliability depend very much on the continuity of electricity supply and its quality. The solution to reduce the risk of power loss may be the flexible solar cover implemented under the „GEKON - Generator of Ecological Concepts” program. Dynamic development of renewable sources causes a significant drop in their prices and improvement of their energy efficiency. The aforementioned advantages mean that conventional power sources (eg power generating sets) in the above-mentioned cases can be replaced by alternative sources. The essence of the project is to construct an innovative elastic photovoltaic cover made based on polycrystalline silicon cells. The project defined: the method of cutting individual cells into smaller plates, selection of a flexible substrate, arrangement of tiles and the solution of the method of making connections between them, as well as the concept of a system of accumulating energy integrated with the cover. The results of basic coverage tests in the field of electrical measurements, electroluminescence and thermoemission are presented. Based on the work carried out, a model of flexible photovoltaic cover was made which is the basis for further project implementation. This solution is intended to provide a large autonomy in practically every crisis situation, it can be used, for example, as an element of tent roofs or as a soldier’s personal equipment

Tests of Acid Batteries for Hybrid Energy Storage and Buffering System—A Technical Approach

Many armies around the world showed an increasing interest for the technology of renewable energy sources for military applications. However, to profit fully from solar or wind energy, an energy storage system is needed. In this article, we present an energy storage system based on acid-lead batteries as a component of a modular generation-storage as a model of military “smart camp”. We proposed a technical approach to study four different types of batteries: DEEP CYCLE, AGM, WET and VRLA in laboratory and real conditions typical for military equipment. It was observed that the best performance was observed for AGM battery in terms of the highest cold cracking amperage equal to 1205 A combined with the most compact construction and resistance to varying thermal conditions from −25 °C, 25 °C and 50 °C. Additionally, a 12-month long-term testing in real conditions revealed that AGM and VRLA showed decrease in capacity value maintaining only approx. 80% of initial value