Saulės energijos kaupimo sistemų tipai: išsamus pirkėjo vadovas

Kodėl saulės energijos kaupimas yra toks svarbus?

Saulės energijos kaupimas nebėra tik autonominių energijos šaltinių entuziastų prabanga, o esminė finansinė ir eksploatacinė būtinybė šiuolaikiniam energijos vartotojui. Įprastas elektros tinklas sensta, o komunalinių paslaugų kainodaros sistemos tampa vis nepalankesnės vartotojui. Savo saulės energijos taupymas vienu metu išsprendžia kelias problemas.

Avarinis atsarginis energijos tiekimas yra svarbiausia. Dėl ekstremalių oro sąlygų ir senos infrastruktūros daugėja elektros tinklo sutrikimų. Speciali saulės energijos kaupimo sistema tarnauja kaip neįveikiama kliūtis tokiems elektros energijos tiekimo sutrikimams, kad užtemus rajonui, jūsų svarbiausios apkrovos, nesvarbu, ar tai būtų gyvenamųjų namų šaldytuvai ir medicinos prietaisai, ar komerciniai serveriai ir gamyklos įranga, vis tiek veiktų.

Antra, kaupimas leidžia pasinaudoti laiko sąnaudų (TOU) komunalinių paslaugų tarifais, sumažinant piko metu taikomus tarifus. Komunalinių paslaugų įmonės reguliariai taiko didelius tarifus vakaro piko metu, kai jūsų saulės baterijos negamina energijos. Išleisdami sukauptą saulės energiją šiais piko laikotarpiais, jūs aktyviai išvengiate aukščiausios kokybės tinklo tarifų ir sumažinate savo eksploatavimo išlaidas iki minimumo.

Galiausiai, energijos kaupimas užtikrina tikrą energetinę nepriklausomybę. Jis nutraukia nematomą ryšį tarp jūsų ir komunalinių paslaugų tarifų padidėjimo, todėl galite generuoti, kaupti ir naudoti savo energiją uždaroje, labai efektyvioje kilpoje.

Pagrindiniai saulės energijos kaupimo sistemų tipai

Nors ličio jonų baterijos dažnai užima pagrindinę vietą, platesnė energijos kaupimo rinka pagrįsta plačia technologijų ekosistema. Tai yra pagrindinės kategorijos, kurias reikia suprasti norint suprasti, kaip saulės energija panaudojama ir naudojama įvairiais mastais.

• Baterijų laikymas ir elektrocheminis
  Elektrocheminiai sprendimai šiuo metu yra labiausiai paplitę paskirstytosios energijos rinkoje ir yra praktiškas sprendimas daugiau nei 99 procentuose gyvenamųjų ir komercinių saulės energijos įrenginių. Šios sistemos naudojamos perteklinei elektros energijai surinkti ir jai kaupti naudojant grįžtamąsias chemines reakcijas. Nors pagrindinės cheminės medžiagos skiriasi, įskaitant tradicines švino-rūgšties ir naujesnes redokso srauto sistemas, pagrindinis mechanizmas yra tas pats. Sukaupta cheminė energija nedelsiant paverčiama naudinga elektros energija, kai saulės baterijos nustoja gaminti energiją naktį arba elektros energijos tiekimo sutrikimų metu. Baterijų sistemos idealiai tinka namų saulės energijos sistemoms, komercinių pastatų energijos valdymui ir... EV įkrovimo infrastruktūra dėl mažo dydžio, mastelio keitimo ir greito reagavimo laiko.
• Šiluminės energijos saugykla
  Šilumos kaupimas gyvenamosiose patalpose nėra įprastas, tačiau sunkiojoje pramonėje jis yra labai efektyvus ir svarbus. Ši technologija surenka perteklinę saulės energiją, kad specialios medžiagos – išlydytos druskos, terminis smėlis arba vanduo – būtų pašildomos iki aukštos temperatūros izoliuotuose rezervuaruose. Sulaikyta šiluma tada pašalinama, kad būtų galima tiesiogiai šildyti pramoninę gamybą arba virinti vandenį, kad susidarytų garai, kurie suka turbinas ir gamina elektrą. Tai sudaro didelio masto koncentruotos saulės energijos (KSP) jėgainių ir centralizuoto šildymo sistemų, kurioms reikalinga didelė, nuolatinė energijos gamyba, pagrindą.
• Mechaninis sandėliavimas
  Mechaninės sistemos, kaip regioninių elektros tinklų milžinės, iš tikrųjų prisideda prie milžiniškos bendro tinklo masto kaupimo pajėgumo pasaulyje. Šioje kategorijoje naudojama ne chemija, o fizinės ir gravitacinės jėgos. Labiausiai paplitusi yra hidroelektrinės su pumpavimu, kurios naudoja perteklinę saulės energiją vandeniui pumpuoti į aukštesniame lygyje esantį rezervuarą, kuris išleidžiamas turbinomis, kai paklausa yra didžiausia. Suslėgto oro energijos kaupimas (CAES) varo aplinkos orą į dideles požemines ertmes, kad būtų išleistas vėliau, o smagračiai kaupia kinetinę energiją greitindami pakabinamą rotorių vakuume, kad sukurtų trumpus energijos pliūpsnius. Šios technologijos naudojamos tik komunalinių tinklų stabilizavimui dėl jų didžiulio dydžio ir geografinių reikalavimų.
• Vandenilio saugykla
  Žaliasis vandenilis yra perspektyvus sprendimas tradicinių baterijų trūkumams, nes tai ilgalaikio ir sezoninio energijos valdymo sritis. Tai apima saulės energijos perteklių, kuris varo elektrolizatorių, fiziškai atskiriantį vandens molekules į gryną vandenilį ir deguonį. Gautas vandenilis gali būti neribotą laiką laikomas slėginėse talpyklose arba požeminėse urvuose, o vėliau gali būti tiekiamas per kuro elementą, kad būtų gaminama elektra be anglies dioksido išmetimo. Nors dėl neefektyvaus perdavimo į abi puses vis dar negalima jo kasdien pritaikyti komerciniais tikslais, jis turi didžiulį potencialą kaupti vasaros saulės energiją, kuri būtų naudojama žiemą, ir dekarbonizuoti sunkiąją pramonę, pavyzdžiui, laivybą ir plieno gamybą.

Geriausių saulės baterijų kaupimo tipų palyginimas

Daugumai pirkėjų energijos kaupimo sistemos konstrukcija apsiriboja tinkamos elektrocheminės baterijos pasirinkimu. Rinka yra suskirstyta į tris pagrindines grupes: įprastas ličio jonų (LFP ir NMC), įprastas švino-rūgšties ir naujųjų technologijų (srauto ir natrio jonų) baterijas. Baterijos cheminė sudėtis tiesiogiai lemia jos tarnavimo laiką, talpą, saugumą, fizinį dydį ir atsipirkimą. Šios pagrindinės technologijos yra suskirstytos toliau, kad padėtų jums išsirinkti tinkamiausią pagal jūsų konkrečius poreikius.

Ličio geležies fosfatas (LFP) yra stacionarių kaupimo įrenginių auksinis standartas ličio jonų kategorijoje. LFP pasižymi dideliu terminiu stabilumu ir praktiškai nekelia gaisro pavojaus, nes pašalina nestabilų kobaltą. Jis taip pat leidžia vartotojams per dieną išlaisvinti beveik 100 procentų sukauptos energijos, o tai puikiai tinka intensyviam važiavimui ciklu namuose ir versle. Ir atvirkščiai, nikelio mangano kobalto (NMC) akumuliatoriai pasižymi labai dideliu energijos tankiu. Nors jie gali sutalpinti daugiau energijos labai mažoje erdvėje, idealiai tinka ankštose erdvėse, jie greičiau susidėvi, kai kasdien intensyviai naudojami, ir turi turėti griežtą terminę kontrolę, kad būtų saugiai naudojami.

Tradicinės švino-rūgšties baterijos yra seniausia technologija, tačiau jos vis dar turi nišą vien dėl žemiausios pradinės kainos. Tačiau šiuolaikinių saulės energijos įrenginių atveju tai yra netikra ekonomika. Jų cheminiai apribojimai griežtai riboja iškrovimo gylį (DoD) iki 50 %, tai yra, 10 kWh akumuliatorių blokas gali saugiai tiekti tik 5 kWh naudingos energijos, kol elementai nebus visam laikui pažeisti. Švino-rūgštinės baterijos tarnauja trumpai – tik šimtus ciklų, ir tinka tik mažo biudžeto, retai naudojamoms avarinio atsarginio maitinimui, bet ne kasdieniam šiuolaikinių saulės baterijų veikimui.

Rinką taip pat keičia tam tikrose srityse atsirandančios technologijos. Srauto baterijos naudojamos skystiems elektrolitams išpumpuoti iš išorinių talpyklų ir atskirti galią bei talpą, kad atlaikytų dešimtis tūkstančių ciklų be degradacijos. Nors jos yra per didelės ir brangios naudoti namuose, jos yra nepralenkiamas sprendimas dideliems komerciniams mikro tinklams. Tuo pačiu metu natrio jonų baterijos tampa novatoriška ir ekonomiška pakaitalu. Šios baterijos yra daug pigesnės nei ličio pagrindu pagamintos baterijos, be to, jos pasižymi puikiomis saugumo ir atsparumo šalčiui savybėmis. Natrio jonų baterijos, nors ir užimančios daugiau vietos, yra ekonomiškiausias sprendimas stacionariam saugojimui, kai vietos nėra.

Svarbios specifikacijos, į kurias reikia atsižvelgti perkant baterijas

Gamintojų specifikacijų lapuose dažnai pabrėžiamas maksimalus našumas ir slepiama tikroji riba. Kad nereikėtų mokėti daugiau nei būtina už neveikiančią sistemą, reikia neapsiriboti tik viršutiniais skaičiais ir žinoti keletą pagrindinių priemonių, kaip atpažinti perdėtus teiginius.

• Iškrovos gylis (DoD)
  Tai lemia, kokį akumuliatoriaus procentą galite saugiai naudoti. Pigus 10 kWh akumuliatorius, kurio apsaugos lygis siekia 50 %, gali tiekti tik 5 kWh naudingos energijos, kol nepradės negrįžtamai pažeisti elementų. Šiuolaikinėms ličio sistemoms, kurių apsaugos lygis siekia 90–100 %, reikėtų teikti pirmenybę, kad gautumėte energiją, už kurią iš tikrųjų mokate.
• Ciklo trukmė ir garantija
  Šios sąlygos reglamentuoja akumuliatoriaus tarnavimo laiką. Patikima garantija ne tik garantuoja veikimo metų skaičių, bet ir konkrečiai nurodo, kad akumuliatorius po tam tikro įkrovimo ciklų skaičiaus vis tiek išlaikys tam tikrą talpą (paprastai nuo 60 iki 70 procentų). Visada atidžiai perskaitykite smulkiu šriftu parašytą tekstą, kad sužinotumėte, kuris etapas pasiekiamas pirmiausia.
• Energijos tankis
  Tai turi įtakos jūsų fizinei įrengimo vietai. Didelio tankio baterijos gali sutalpinti daugiau energijos mažesnėse erdvėse, tačiau joms gali prireikti galingesnių aušinimo mechanizmų, kad būtų išvengta perkaitimo. Mažesnio tankio sistemos užima daugiau grindų ploto, tačiau yra natūraliai vėsesnės ir saugesnės.
• Efektyvumas pirmyn ir atgal
  Tai nematomas energijos mokestis, kuris tiesiogiai veikia jūsų ilgalaikes išlaidas ir saugumą. Nėra 100 procentų efektyvaus akumuliatoriaus, 90 procentų įvertinimas reiškia, kad 10 procentų saulės energijos, kurią pagaminate, prarandate kaip šilumą kaupimo metu. Efektyvios sistemos pašalina energijos švaistymą ir sumažina šiluminį pavojų.

AC ir DC jungtys: kaip prijungti akumuliatorių

Tai, kaip jūsų akumuliatorius fiziškai ir elektriškai atitinka jūsų nuosavybę, yra taip pat svarbu, kaip ir pats akumuliatorius. Jūsų įrengimo efektyvumą ir sudėtingumą lemia pasirinkimas tarp kintamosios ir nuolatinės srovės jungimo. Išsamesnės informacijos ieškokite Sujungtas kintamosios srovės ir nuolatinės srovės prijungtas: išsamus saulės energijos saugojimo parinkčių vadovas.

• Nuolatinės srovės prijungtos sistemos
  Saulės baterijos savaime generuoja nuolatinę srovę (DC), o baterijos kaupia energiją DC. Nuolatinės srovės sistemoje saulės energijos nereikia konvertuoti, ji tiesiogiai patenka į akumuliatorių. Nuolatinės srovės sujungimas yra panašus į gimtosios kalbos kalbėjimą – nereikia vertimo, todėl energijos nuostoliai yra minimalūs. Tada vienas hibridinis keitiklis bus naudojamas energijai konvertuoti į kintamąją srovę (AC), skirtą jūsų pastatui aprūpinti. Tai efektyviausia konfigūracija ir labai rekomenduojama diegiant naujas saulės energijos ir kaupimo sistemas.
• Su kintamosios srovės prijungtos sistemos
  Jei jau turite įrengtus saulės baterijų modulius su standartiniu keitikliu, jūsų sistema jau konvertuoja nuolatinę srovę į kintamąją. Norint pridėti akumuliatorių, reikia naudoti kintamosios srovės sistemą. Atskiras akumuliatoriaus keitiklis konvertuoja dabartinio saulės baterijų keitiklio kintamąją srovę atgal į nuolatinę srovę, kuri yra kaupiama. Kai reikia energijos, ji vėl konvertuojama į kintamąją srovę. Šio dvigubo konversijos proceso metu patiriami efektyvumo nuostoliai yra nedideli (apie 5–10 %), tačiau daug lengviau ir pigiau modernizuoti esamas saulės baterijų sistemas, nes reikia labai mažai perjungti esamų plokščių laidus.

Tikrosios saulės baterijų kainos supratimas

Kai akumuliatorius vertinamas pagal jo mažmeninę kainą, investicijų grąžos (ROI) skaičiavimai yra neįtikėtini. Tikroji finansinė investicija apima daugybę sąnaudų. Be pagrindinės techninės įrangos, t. y. akumuliatorių modulių ir vidinės akumuliatorių valdymo sistemos (BMS), reikia atsižvelgti ir į paslėptas išlaidas. Kaupimo integravimui gali prireikti specialaus hibridinio keitiklio, statybos leidimų, sertifikuotų aukštos įtampos darbų ir galimų elektros skydinių atnaujinimų. Šios papildomos išlaidos ir įrengimo mokesčiai gali lengvai padidinti pradinę techninės įrangos kainą 20 ar 50 procentų.

Tačiau šias išlaidas galima kompensuoti strategiškai. Niekada nepamirškite atimti galimų vyriausybės paskatų, tokių kaip 30 % federalinė investicijų mokesčių lengvata (ITC) JAV ir vietinės komunalinių paslaugų nuolaidos, prieš galutinai sudarydami biudžetą. Tai smarkiai sutrumpina jūsų investicijų atsipirkimo laikotarpį.

Norėdami iš tikrųjų išanalizuoti savo investicijas, apskaičiuokite ciklo kainą. Bendras grynąsias sistemos sąnaudas (įskaitant visas paskatas) padalykite iš akumuliatoriaus naudojimo laiko naudingos energijos (naudojamos talpos ir garantuoto ciklo trukmės). Tai parodys tikslią sukauptos elektros energijos kilovatvalandės kainą. Kai šis konkretus skaičius yra mažesnis už jūsų komunalinių paslaugų įmonės nustatytus didžiausio naudojimo laiko (TOU) tarifus, jūsų akumuliatorius tiesiogine prasme gauna realų pelną kiekvieną kartą išsikraudamas.

Kaip išsirinkti tinkamą saulės energijos kaupimo sistemą?

Sistemos pasirinkimas susijęs su techninių galimybių suderinimu su veiklos tikslais. Daugumai vartotojų tai reiškia pasirinkimą tarp konkrečių elektrocheminių baterijų, nors didelio masto projektuose galima rinktis šilumines arba mechanines. Norėdami sužinoti šių schemų pagrindus, skaitykite Kas yra BESS? Supratimas apie akumuliatoriaus energijos kaupimo sistemas.

• Gyvenamųjų namų ir mikrotinklų naudotojai
  Gyvenamųjų namų ir mikrotinklų naudotojai labiau rūpinasi saugumu ir kasdieniu važiavimu dviračiu, kad išvengtų didelių piko valandų tarifų. Neabejotinas aukso standartas šiuo atveju yra ličio geležies fosfatas (LFP), pasižymintis ugniai atsparia chemine sudėtimi ir 10 000 ciklų gyvavimo ciklu. Daugelio namų galia turėtų būti nuo 10 kWh iki 20 kWh, o tai paprastai sudaro pusę ar ketvirtadalį paros suvartojimo. Retais atvejais, kai įrengimo metu yra labai ribota erdvė, galima naudoti nikelio mangano kobalto (NMC) lydinius, kurie turi daugiau energijos mažesnėje erdvėje, jei tik turi sudėtingą šilumos valdymo sistemą.
• Komercinės ir pramoninės gamyklos
  Komercinės ir pramoninės įmonės yra suinteresuotos sumažinti piko įtampą, kad pašalintų brangiai kainuojančius mokesčius už naudojimąsi energija. Šiose srityse reikalingas didelis srovės stabilumas, o pramoninės klasės LFP akumuliatorių stovai yra dabartinis pramonės standartas. Užuot pirkusios didelius pajėgumus, įmonės turėtų plėsti savo sistemas, paprastai nuo 30 kWh iki 100 kWh, kad tiesiogiai kompensuotų didžiausius 15 minučių trukmės galios pikus, esančius jų komunalinių paslaugų sąskaitose. Jei įmonėje yra daug lauko erdvės ir ji yra labai sąmoninga dėl savo kainos, natrio jonų akumuliatoriai yra labai patrauklus, pigesnis pasirinkimas, pasižymintis dideliu terminiu stabilumu.
• Naudingumo masto projektai
  Komunalinių paslaugų projektams ir regioniniams tinklo operatoriams nerūpi fizinis dydis, o mažiausios išlygintos energijos sąnaudos (LCOE) per 20 ir daugiau metų. Nors LFP geriau veikia trumpalaikiu režimu, srautinės baterijos geriau tinka ilgalaikiam saugojimui (4+ valandos), nes skystieji elektrolitai laikui bėgant nesuyra. Siekiant stabilizuoti didelio masto, viso miesto mastu, sektorius keičiamas į mechaninį kaupimą (siurblinė hidroenergija arba suslėgtas oras) arba terminį kaupimą. Šie makrolygio sprendimai naudoja gravitaciją arba šilumą, kad būtų užtikrintas ekonomiškiausias tinklo pagrindas, jei tik geografinėje vietovėje yra kalnų ar požeminių urvų.
• Specializuotos programos
  Galiausiai, specializuotose srityse, kur reikalinga sezoninė autonomija, vandenilio kaupimas gali būti naudojamas kaip ilgalaikis „saulės energijos pavertimas dujomis“ bankas. Perteklinė saulės energija varo elektrolizerį, kuris atskiria vandenį į gryną vandenilį, kuris laikomas slėginėse talpyklose be energijos nuostolių laikui bėgant – kitaip nei baterijose, kurios palaipsniui praranda įkrovą. Dėl to tai yra vienintelė įmanoma galimybė sulaikyti didžiulį vasaros saulės energijos perteklių, kad būtų galima ištverti žiemas be saulės.

Išvada

Perėjimas prie saulės energijos kaupimo nebėra bandymas; tai patikrintas būdas užtikrinti energijos tiekimą ir valdyti eksploatavimo išlaidas. Turėdami puikių žinių apie mažo tankio fazės (LFP) chemiją, gebėdami perprasti rinkodaros ažiotažą ir ištirti iškrovimo gylį bei ciklo trukmę, ir gebėdami teisingai pritaikyti savo sistemos architektūrą prie savo unikalių poreikių, galite paprastą saulės baterijų masyvą paversti gyvu energijos ištekliumi. Nustokite leisti savo brangiai saulės energijai grįžti į tinklą už nedidelę kainą. Įvertinkite savo energetinius tikslus, atlikite realius ciklo kainos skaičiavimus ir investuokite į aukštos kokybės kaupimo sistemą, kuri užtikrins jums tikrą energetinę nepriklausomybę ateinančiais dešimtmečiais.

DUK