Накопичувачі електроенергії для фотовольтаїки

Накопичувачі електроенергії для фотовольтаїки. Виробництво електроенергії з сонця вигідніше, якщо ми маємо де її зберігати. Як заощадити енергію від фотовольтаїки? Це хороший варіант для розрахунків за чистими рахунками? Ось огляд накопичувачів енергії, потужності та застосування.

Що це таке, як це працює і коли потрібен накопичувач енергії?

Як працює накопичувач енергії?

У найзагальнішому вигляді накопичувач енергії – це пристрій, який накопичує електроенергію, яка не використовується для поточного використання.

Фотоелектричні панелі отримують енергію від сонячних променів і перетворюють її в постійний струм. Проста фотоелектрична установка підключена до інвертора, який перетворює постійний струм у змінний, який подає струм у мережу. Ви також можете додати накопичувач енергії, який зберігатиме частину виробленої енергії.

Фотоелектричний накопичувач енергії працює як будь-який акумулятор. Він накопичує енергію за допомогою оборотної електрохімічної реакції (принаймні в домашніх батареях), а потім може подавати її назад у домашню мережу або безпосередньо до електроприладів. Повербанк живлення, який ми беремо в подорож або зберігаємо в екстреному випадку в підвалі, зазвичай є невеликими пристроями, місткість яких обчислюється в міліампер годинах (мА/год) або ват-годинах (наприклад, 78 000 мА/год/281 Вт/год). Навпаки, накопичувач енергії для домашніх фотоелектричних установок може мати місткість кілька кіловат-годин, наприклад 10 кВт-год. Він підключається безпосередньо до домашньої електропроводки та має бути більш міцним для безперервної зарядки.

Чому накопичувач енергії?

Однією з важливих речей, про яку слід знати, перш ніж говорити більше про зберігання, є профіль споживання енергії протягом дня. Простіше кажучи, виробництво електроенергії від сонячної енергії найбільше в той час, коли ми її використовуємо найменше, тобто близько полудня. Цю проблему вирішили таким чином, що під час пікового виробництва більша частина енергії подається в мережу, а просьюмер бере енергію з мережі, коли вона йому найбільше потрібна – зазвичай вранці та ввечері.

Що таке HEMS і EMS? – Накопичувачі електроенергії для фотовольтаїки

Перш ніж продовжити, потрібно уточнити ще один момент. Придбання складу – це наступний крок, після покупки фотовольтаїки, до більш економного використання енергії. Цю систему можна вдосконалити, щоб вона стала більш ефективною та зручнішою у використанні. Абревіатури HEMS і EMS означають систему управління енергією будинку. Перший стосується управління як пристроями для виробництва електроенергії від сонця, так і власними тепловими пристроями (колекторами, тепловими помпами). EMS — це система, яка відповідає за потік енергії між установкою, накопичувачем енергії та пристроями, які постійно споживають електроенергію. Його також можна увімкнути до мережі, де він буде скидати надлишок енергії. Обидві системи використовують пристрої аналізу, які передаються на сервер.

Види накопичувачів енергії

Акумулятор електроенергії повинен бути адаптований до фотоелектричної установки та потреб будівлі. Найпростіший спосіб розрахувати потребу в електроенергії для вашого будинку – перевірити рахунки за попередній рік. Якщо ми не маємо наміру суттєво змінювати споживання енергії, цієї інформації має бути достатньо. Однак це ще не все, коли мова йде про типи накопичувачів енергії. Ось основні відмінності:

Накопичувачі електроенергії для фотовольтаїки

• Механічні склади – вони не використовуються для фотоелектричних установок, але про їх існування варто знати. Вони зберігають енергію за допомогою різних механічних взаємодій середовища, що міститься, наприклад, у помповій акумулювальній системі електроенергія виробляється шляхом перекачування води між двома або більше резервуарами.
• Електросклади – найчастіше використовуються великими фотоелектричними фермами. Вони дозволяють накопичувати велику кількість електроенергії й можуть заряджатися та розряджатися багато разів. Це супер конденсатори, тобто конденсатори потужністю в рази більшу, ніж у побутових цілях, і надпровідні накопичувачі, в яких струм накопичується в магнітному полі надпровідного матеріалу. Ми не будемо тут вдаватися в подробиці, тому що такі пристрої не використовуються в домашніх мікроустановках.
• Електрохімічні склади – вони зазвичай використовуються як домашні накопичувачі енергії. Загальний принцип роботи електрохімічного накопичувача енергії заснований на накопиченні позитивного і негативного заряду окремо на катодах і анодах. Після замикання ланцюга починає текти струм, що зберігається в накопичувачі. Акумулятор може бути:
• Свинцево-кислотний – електроліт в акумуляторі знаходиться у водному розчині (37%) сірчаної кислоти. Електроди, занурені в електроліт, виготовлені зі свинцю. Постійний струм підключається до акумулятора. Основним недоліком такого типу акумуляторів є випаровування води з розчину і ризик витоку кислоти. Ця проблема частково вирішена в гелевих акумуляторах.
• Літій-іонні – у цих акумуляторах електроліт є рідиною, що містить солі літію. Електроди складаються з пористого вуглецю й оксидів металів. Літій-іонні батареї найчастіше використовуються в комерційних цілях, а також як фотоелектричні накопичувачі енергії. Вони довговічні, мають велику місткість і підлягають перероблюванні.
• Lithium Iron Phosphate – це різновид літій-іонного акумулятора. Відрізняється більшою довговічністю і безпекою використання. Це також зазвичай відповідно дорожче. У сучасних домашніх накопичувачах енергії найчастіше використовується саме цей тип батарей.

Який накопичувач енергії для будинку?

Ми вже вивчили теоретичні відомості про накопичення енергії. Тепер настав час поглянути на більш практичну сторону питання.

Як ми вже згадували, для домашньої фотоелектричної установки найкраще вибрати літій іонний чи літій-залізо фосфатний накопичувач енергії. Зі свинцевих акумуляторів найбільш безпечними й довговічними будуть гелеві акумулятори, які втрачають воду з електроліту повільніше, ніж свинцеві акумулятори зі звичайним водним розчином.

Для невеликих автономних установок (наприклад, на ділянці, в будинку на колесах) ви можете вибрати невелику батарею, яка задовольнить попит на кілька пристроїв, що використовуються протягом короткого часу. Повербанку, про який ми писали на початку, потужністю в кілька сотень ват-годин може бути достатньо. Вибір потужності накопичувача залежить від пристроїв, до яких ми хочемо його увімкнути. Однак зазвичай туристичні павербанки не мають великої потужності. Це може бути 200 Вт з місткістю 280 кВт-год.

Наскільки великого фотоелектричного накопичувача енергії буде достатньо для щоденного використання? Нас найбільше цікавить фотоелектричне накопичення енергії для трохи більшого об’єкта. Ми також зосередимося на потужності. У випадку невеликого односімейного будинку ви можете зробити ставку на накопичувач електроенергії місткістю від 5 до 10 кВт-год. Для більшого будинку рекомендується принаймні 10-15 кВт-год накопичувальної місткості. До потужності повернемося, далі розрахувавши зразкову потребу ключових пристроїв.

Інші параметри, на які варто звернути увагу, це час автономної роботи – у циклічної батареї розраховується в очікуваній кількості циклів зарядки (наприклад, 5000, 6000 циклів), швидкість зарядки, а також простота використання та можливість збільшення місткості.

Термін служби, який обчислюється в циклах, не можна безпосередньо перевести в роки використання, тому що багато залежить від умов, в яких працює акумулятор. Як приблизний орієнтир, можна припустити, що 10 000 циклів для середнього накопичувача енергії становлять від 15 до 20 років роботи.

Що саме вибрати? – Накопичувачі електроенергії для фотовольтаїки

В Інтернеті ми легко можемо знайти рейтинги кращих брендів і моделей. Але ми обираємо конкретну модель, виходячи з власних потреб і можливостей.

Тепер розглянемо кілька прикладів:

Приклад 1. Домогосподарство на чотири особи, досить енергоефективні пристрої. Якщо накопичувач живлення використовується у разі збою живлення, ми будемо використовувати його в основному для живлення ключових пристроїв і вибраних розеток. Припустимо, що необхідне обладнання – це освітлення, холодильник, пральна машина і можливість увімкнути ноутбук та інші мобільні пристрої (особливо якщо для управління опаленням або іншими пристроями використовується планшет або смартфон), теплова помпа і плюс /мінус три додаткові пристрої із середнім енергоспоживанням. Як буде розвиватися споживання електроенергії?

• Енергоощадний холодильник споживає приблизно 34 Вт на годину або менше. 24 год x 34 Вт = 816 кВт-год.
• економне освітлення в 6 кімнатах становить в середньому близько 6 Вт на лампочку, за 5 годин вдень – 180 Втч.
• Пральна машина приблизно 1,2 кВт-год на прання.
• хороший ноутбук, який використовується в навчальних і офісних цілях (інтегрована відеокарта) – приблизно 40-45 Вт. Якщо ми використовуємо його 5 годин на день, споживання становитиме максимум 225 Вт/год. Давайте кожному члену сім’ї по одному ноутбуку, який в середньому використовується 5 годин, це буде 225х5 або 1,28 кВт-год.
• індукційна плита, яка споживає, скажімо, 1500 Вт/год, використовується протягом 3 годин на день, становить 3 кВт-год на день.

До цього додайте споживання електроенергії тепловим помпам і обраними додатковими пристроями приблизно 1 кВт-год на день.

Ми отримуємо приблизно 6-7 кВт-год на добу. Ми припускаємо, що хоча ми економимо електроенергію (бо є збій), ми можемо нормально функціонувати – писати, вчитися, слухати музику, митися і користуватися гарячою водою. У такій ситуації достатньо складу місткістю менш як 10 кВт-год і аналогічної потужності.

Накопичувачі електроенергії для фотовольтаїки

Приклад 2: Звичайне споживання електроенергії великим односімейним будинком частково покривається накопиченням (власне споживання). Найпростіший спосіб розрахувати повне використання електроенергії для конкретного домогосподарства – це порівняти рахунки за останні кілька місяців. Тут ми наводимо лише офіційні діапазони споживання для різних домогосподарств:

• 1 особа: 800 – 1600 кВт-год/рік, тобто в середньому: 2,2-4,3 кВт-год/день,
• 2 особи: 1100 – 1700 кВт-год/рік, тобто в середньому: 3-4,6 кВт-год/день,
• 3 особи: 1400 – 2100 кВт-год/рік, тобто в середньому: 3,8 – 5,75 кВт-год/день,
• 4 особи: 1900 – 2300 кВт-год/рік, тобто в середньому: 5,2 – 6,3 кВт-год/день,
• 5 осіб: 2200 – 2700 кВт-год/рік, тобто в середньому: 6 – 7,4 кВт-год/день.

Виходячи з цих розрахунків, не важко здогадатися, чому середній накопичувач електроенергії для будинку має від 5 кВт до 15 кВт потужності та близько 10 кВт-год місткості.

Іншим критерієм вибору для багатьох домогосподарств буде ціна накопичувача енергії та її співвідношення з ефективністю обладнання.

Ціна зберігання енергії – рентабельність нової системи
Ціна зберігання енергії та її параметри

Якщо хтось купив туристичну батарею, він, можливо, не має уявлення, скільки коштує накопичення енергії для фотоелектричних пристроїв для середнього домогосподарства. Маленькі батареї для епізодичного використання дешевші, оскільки вони не повинні бути такими ж місткими або стійкими до постійного використання. Ціна накопичувача енергії для дому буде приблизно в десять разів вищою, залежно від потужності, якості та марки. Звичайно, можна вибрати дешевші й дорожчі моделі.

Дивіться також: Який термін служби сонячних панелей?