Видове системи за съхранение на слънчева енергия: Пълно ръководство за купувача

Защо съхранението на слънчева енергия е толкова важно?

Съхранението на слънчева енергия вече не е лукс за ентусиасти, работещи извън мрежата, а основна финансова и оперативна необходимост за съвременния потребител на енергия. Конвенционалната електропреносна мрежа остарява, а системите за ценообразуване на комуналните услуги стават все по-неблагоприятни за потребителя. Спестяването на собствена слънчева енергия решава множество проблемни точки едновременно.

Аварийното резервно захранване е на първо място. Екстремните метеорологични условия и старата инфраструктура увеличават прекъсванията на електропреносната мрежа. Специална система за съхранение на слънчева енергия служи като непреодолима бариера срещу подобни прекъсвания, така че когато кварталът се стъмни, важните ви товари, независимо дали става въпрос за жилищен хладилник и медицински устройства, или търговски сървъри и фабрично оборудване, все още работят.

Второ, съхранението на енергия ви позволява да се възползвате от тарифите за комунални услуги по време на ползване (TOU) чрез намаляване на пиковите часове. Комуналните компании редовно налагат високи тарифи в пиковите часове на вечерта, когато вашите слънчеви панели не генерират енергия. Като освобождавате натрупаната слънчева енергия през тези пикови часове, вие активно избягвате премийните мрежови тарифи, като по този начин намалявате оперативните си разходи до минимум.

И накрая, съхранението на енергия осигурява истинска енергийна независимост. То прекъсва невидимата нишка между вас и увеличенията на цените на комуналните услуги и вие можете да генерирате, съхранявате и използвате собствена енергия в затворен, високоефективен цикъл.

Основни видове системи за съхранение на слънчева енергия

Въпреки че литиево-йонните батерии често заемат централно място, по-широкият пазар за съхранение на енергия се основава на широка екосистема от технологии. Това са ключовите категории, които човек трябва да разбере, за да разбере как слънчевата енергия се оползотворява и използва в различни мащаби.

• Съхранение на батерии и електрохимия
  Електрохимичните решения в момента са най-разпространените на пазара на разпределена енергия и са практическото решение в повече от 99% от жилищните и търговските слънчеви инсталации. Тези системи се използват за улавяне на излишната електроенергия и съхранението ѝ чрез обратими химични реакции. Въпреки че основните химични процеси се различават, включително както традиционните оловно-киселинни батерии, така и по-новите редокс системи, основният механизъм е един и същ. Съхранената химическа енергия незабавно се превръща обратно в полезна електроенергия, когато слънчевите панели спрат да генерират енергия през нощта или по време на прекъсвания. Батерийните системи са идеални за домашни слънчеви системи, управление на захранването на търговски сгради и... EV зарядна инфраструктура поради малкия им размер, мащабируемост и бързо време за реакция.
• Съхранение на топлинна енергия
  Топлинното съхранение не е често срещано в жилищните приложения, но е много ефективно и важно в тежката промишленост. Тази технология улавя излишната слънчева енергия, за да затопли специални материали - разтопени соли, термален пясък или вода до високи температури в изолирани резервоари. Задържаната топлина след това се отвежда или за директно отопление на промишленото производство, или за кипене на вода, за да се образува пара, която върти турбини за генериране на електричество. Тя формира основата на мащабни централи за концентрирана слънчева енергия (CSP) и системи за централно отопление, които изискват голямо, непрекъснато производство на енергия.
• Механично съхранение
  Като гиганти на регионалните енергийни мрежи, механичните системи всъщност допринасят за огромната част от общия капацитет за съхранение на енергия в световен мащаб. Тази категория не използва химични, а физически и гравитационни сили. Най-разпространената е помпено-помпената водноелектрическа централа, която използва излишната слънчева енергия за изпомпване на вода към резервоар на повишено ниво, която се изпуска чрез турбини, когато търсенето е най-високо. Съхранението на енергия със сгъстен въздух (CAES) изтласква околния въздух в големи подземни кухини, за да бъде изпуснат по-късно, а маховите колела съхраняват кинетична енергия, като ускоряват окачен ротор във вакуум, за да генерират кратки импулси на мощност. Тези технологии се използват само за стабилизиране на комунални мрежи поради огромния им размер и географските им изисквания.
• Съхранение на водород
  Зеленият водород е обещаващо решение за недостатъците на традиционните батерии като граница на дълготрайното и сезонно управление на енергията. Той включва излишната слънчева електроенергия за задвижване на електролизатор, който физически разделя водните молекули на чист водород и кислород. Полученият водород може да се съхранява за неопределено време в резервоари под налягане или подземни пещери и по-късно може да се подаде през горивна клетка за производство на електроенергия с нулеви въглеродни емисии. Въпреки че неефективността при двупосочно използване все още възпрепятства ежедневното му търговско приложение, той има огромен потенциал за съхранение на лятна слънчева енергия, която да се използва през зимата, и за декарбонизиране на тежки индустрии като корабоплаване и производство на стомана.

Сравняване на най-добрите видове слънчеви батерии

За по-голямата част от купувачите, изграждането на система за съхранение на енергия се свежда до избора на подходяща електрохимична батерия. Пазарът е сегментиран на три основни лагера: масови литиево-йонни (LFP и NMC), конвенционални оловно-киселинни и нови технологии (проточни и натриево-йонни). Химичният състав на батерията е пряк определящ фактор за нейния живот, капацитет, безопасност, физически размер и възвръщаемост. Тези основни технологии са разгледани по-долу, за да ви помогнат да изберете най-подходящата за вашите специфични нужди.

Литиево-железният фосфат (LFP) е златният стандарт за стационарно съхранение в категорията литиево-йонни батерии. LFP има висока термична стабилност и практически никаква опасност от пожар чрез отстраняване на нестабилния кобалт. Той също така позволява на потребителите да освобождават почти 100 процента от съхранената енергия на ден, което е идеално при интензивно колоездене у дома и в бизнеса. Обратно, никел-манганово-кобалтовите (NMC) батерии се фокусират върху много висока енергийна плътност. Въпреки че могат да поберат повече мощност в много малък размер, идеален за тесни пространства, те се износват по-бързо, когато се използват интензивно ежедневно и трябва да имат строг термичен контрол, за да се използват безопасно.

Традиционните оловно-киселинни батерии са най-старата налична технология, но те все още имат своята ниша, просто заради най-ниската си входна цена. Но в случая на съвременните слънчеви инсталации те са фалшива икономика. Техните химически ограничения строго ограничават дълбочината им на разреждане (DoD) до 50%, т.е. батерия с капацитет 10 kWh може безопасно да достави само 5 kWh използваема мощност, преди клетките да се повредят трайно. Оловно-киселинните батерии имат кратък живот от само стотици цикли и са подходящи само за нискобюджетни, рядко използвани аварийни приложения, а не за ежедневната работа на съвременни слънчеви панели.

Пазарът също се предефинира от нововъзникващите технологии в определени области. Проточните батерии се използват за изпомпване на течни електролити от външни резервоари и за разделяне на изходната мощност и капацитета, за да издържат десетки хиляди цикли без деградация. Въпреки че са твърде големи и скъпи за използване в домове, те са ненадминато решение за големи търговски микромрежи. В същото време натриево-йонните батерии се очертават като революционен и рентабилен заместител. Тези батерии са много по-евтини от литиево-йонните батерии и имат отлични характеристики за безопасност и работа в студено време. Натриево-йонните батерии, въпреки че се нуждаят от по-голям физически отпечатък, се считат за най-рентабилното решение по отношение на стационарното съхранение, където пространството не е проблем.

Важни спецификации, които трябва да се имат предвид при закупуване на батерии

Спецификациите на производителя са склонни да наблягат на максималната производителност и да скриват реалните ограничения. За да избегнете плащането на повече, отколкото е необходимо, за система, която не е ефикасна, трябва да надхвърлите горните данни и да знаете няколко ключови мерки, за да идентифицирате преувеличени твърдения.

• Дълбочина на разреждане (DoD)
  Това определя процента на батерията, който можете безопасно да използвате. Евтина батерия от 10 kWh с ограничение на DoD от 50% може да осигури само 5 kWh полезна енергия, преди да започне необратимо да уврежда клетките. Съвременните литиеви системи с 90-100% DoD трябва да бъдат приоритетни, за да можете да получавате енергията, която действително плащате.
• Живот на цикъла и гаранция
  Тези условия регулират живота на батерията. Надеждната гаранция не само гарантира броя години работа, но и изрично посочва, че батерията ще има определен капацитет (обикновено 60 до 70 процента) след определен брой цикли на зареждане. Винаги проверявайте дребния шрифт, за да разберете кой етап е достигнат първи.
• Плътност на енергията
  Това се отразява на физическото пространство за монтаж. Батериите с висока плътност могат да поберат повече енергия в по-малки пространства, но може да се нуждаят от агресивни механизми за охлаждане, за да се избегне прегряване. Системите с по-ниска плътност заемат повече място на пода, но са естествено по-хладни и по-безопасни.
• Ефективност при двупосочно пътуване
  Това е данък върху енергията, който не е видим и има пряк ефект върху дългосрочните ви разходи и безопасност. Няма 100% ефективна батерия, оценка от 90% означава, че губите 10% от генерираната слънчева енергия като топлина за съхранение. Ефективните системи елиминират разхищението на енергия и намаляват топлинните опасности.

AC срещу DC свързване: Как да свържете батерията си

Начинът, по който батерията ви се вписва физически и електрически във вашия имот, е също толкова важен, колкото и самата батерия. Ефективността и сложността на инсталацията ви се определят от решението между AC и DC свързване. За подробна информация прочетете Свързано с променлив ток срещу свързано с постоянен ток: Изчерпателно ръководство за опциите за съхранение на слънчева енергия.

• DC-свързани системи
  Слънчевите панели по своята същност генерират постоянен ток (DC), а батериите съхраняват енергия в DC. В DC-свързана система слънчевата енергия не е необходимо да се преобразува, а преминава директно в батерията. DC-свързването е подобно на говоренето на родния език - не е необходим превод и следователно загубата на енергия е минимална. След това един хибриден инвертор ще бъде използван за преобразуване в променлив ток (AC), за да обслужва вашата сграда. Това е най-ефективната конфигурация и е силно препоръчителна в случай на нови соларни системи със съхранение.
• AC-свързани системи
  В случай че вече имате инсталирани слънчеви панели със собствен стандартен инвертор, тогава вашата система вече преобразува постоянен ток в променлив ток. За да добавите батерия, трябва да използвате променливотоково свързване. Отделен батериен инвертор преобразува променливотоковия ток на текущия ви слънчев инвертор обратно в постоянен ток, за да се съхранява. Той отново се преобразува в променлив ток, когато имате нужда от захранване. Загубите на ефективност, причинени от този процес на двойно преобразуване, са малки (около 5-10%), но е много по-лесно и по-евтино да се модернизират съществуващи слънчеви панели, тъй като е необходимо много малко преокабеляване на съществуващите ви панели.

Разбиране на истинската цена на слънчевите батерии

Когато една батерия се оценява по цената ѝ на дребно, изчисленията за възвръщаемост на инвестициите са безумни. Реалната финансова инвестиция е свързана с редица допълнителни разходи. В допълнение към основния хардуер, който представлява батерийните модули и вътрешната система за управление на батериите (BMS), трябва да се вземат предвид и скритите разходи. Интеграцията на системи за съхранение на данни може да изисква специален хибриден инвертор, строителни разрешителни, сертифицирани високоволтови инсталации и евентуални подобрения на електрическите табла. Тези „меки“ разходи и такси за монтаж могат лесно да увеличат първоначалната цена на хардуера с 20 или 50 процента.

Но тези разходи могат да бъдат компенсирани по стратегически начин. Никога не забравяйте да извадите наличните държавни стимули, като 30% федерален данъчен кредит за инвестиции (ITC) в САЩ и местните отстъпки за комунални услуги, преди да финализирате бюджета си. Те драстично намаляват периода на възвръщаемост на инвестицията.

За да анализирате наистина инвестицията си, изчислете цената на цикъл. Разделете общата нетна системна цена (включително всички стимули) на използваемата енергия през целия живот (използваем капацитет, време на гарантиран цикъл) на батерията. Това ви показва точната цена на киловатчас съхранена електроенергия. Когато това конкретно число е по-малко от пиковите тарифи за време на използване (TOU) на вашата компания за комунални услуги, тогава вашата батерия буквално печели реална печалба всеки път, когато се разреди.

Как да изберем правилната система за съхранение на слънчева енергия?

Изборът на система е свързан със съгласуването на техническите възможности с оперативните цели. За повечето потребители това означава избор между конкретни електрохимични батерии, въпреки че при мащабни проекти може да се обмислят термични или механични. За да научите основите на тези настройки, прочетете Какво е BESS? Разбиране на системите за съхранение на енергия от батерии.

• Потребители на жилищни и микромрежови системи
  Потребителите в жилищните и микромрежовите мрежи са по-загрижени за безопасността и ежедневното циклично използване, за да избегнат високите пикови часове. Безспорният златен стандарт в този случай е литиево-железният фосфат (LFP) с неговата пожаробезопасна химия и жизнен цикъл от 10 000 цикъла. Капацитетът на повечето домове трябва да бъде от 10 kWh до 20 kWh, което обикновено е половината до една четвърт от дневното потребление. В редки ситуации, когато пространството е много ограничено по време на монтажа, може да се използва никел-манганов-кобалтов (NMC), който има повече енергия на по-малка площ, стига да има усъвършенствана система за управление на температурата.
• Търговски и промишлени предприятия
  Търговските и промишлените предприятия се интересуват от намаляване на пиковите натоварвания, за да премахнат скъпоструващите такси за потребление. В тези приложения е необходима висока стабилност на тока, а индустриалните LFP батерии са настоящият индустриален стандарт. Вместо да купуват огромен капацитет, компаниите трябва да мащабират своите системи, обикновено между 30 kWh и 100 kWh, за да противодействат директно на най-големите 15-минутни пикове на мощност, които се наблюдават в сметките им за комунални услуги. В случай че дадено съоръжение разполага с много външно пространство и е много финансово ориентирано, натриево-йонните батерии предлагат много привлекателен и по-евтин вариант с висока термична стабилност.
• Проекти с мащаб на полезност
  Проектите от комунален мащаб и регионалните мрежови оператори не се интересуват от физическия размер, а вместо това се стремят към най-ниската изравнена цена на енергията (LCOE) за последните 20+ години. Докато LFP е по-добър при краткосрочна експлоатация, Flow Batteries са по-добри при дългосрочно съхранение (4+ часа), тъй като течните електролити не се влошават с времето. За да се стабилизира в масивен, градски мащаб, секторът преминава към механично съхранение (помпена водна енергия или сгъстен въздух) или термично съхранение. Тези макромащабни решения използват гравитация или топлина, за да предложат най-икономичната гръбнака на мрежата, стига географският район да има планини или подземни пещери.
• Специализирани приложения
  Накрая, в специализирани приложения, където е необходима сезонна автономност, съхранението на водород може да се използва като дългосрочен резерв от „слънчева енергия към газ“. Излишната слънчева енергия задвижва електролизатор, който разделя водата на чист водород, съхраняван в резервоари под налягане с нулева загуба на енергия с течение на времето – за разлика от батериите, които постепенно губят заряд. Това го прави единствената осъществима опция за улавяне на огромни летни слънчеви излишъци, за да се издържат зимите без слънце.

Заключение

Преминаването към съхранение на слънчева енергия вече не е изпитание; това е изпитан начин за осигуряване на захранването ви и управление на разходите за експлоатация. С познанията за превъзходството на химията на LFP, способността да се чете отвъд маркетинговата реклама, за да се изследва дълбочината на разреждане и живота на цикъла, и способността правилно да се съобрази архитектурата на вашата система с вашите уникални изисквания, можете да превърнете обикновен слънчев панел в жив енергиен ресурс. Спрете да позволявате на ценната си слънчева енергия да се връща в мрежата на част от долара. Оценете енергийните си амбиции, направете реални изчисления на разходите за цикъл и инвестирайте във висококачествена система за съхранение, която ще ви осигури реална енергийна независимост през следващите десетилетия.

Въпроси и Отговори