System magazynowania energii słonecznej przechowuje nadwyżkę energii elektrycznej wytworzonej przez panele słoneczne i uwalnia ją, gdy budynek potrzebuje więcej energii, niż wytwarza instalacja fotowoltaiczna. Może zwiększyć autokonsumpcję energii słonecznej, zmniejszyć opłaty za szczytowe zapotrzebowanie, przesunąć energię na droższe okresy taryfowe i zapewnić zasilanie awaryjne. Kompletny system zazwyczaj obejmuje baterie, PCS lub hybrydowy inwerter, BMS, EMS, chłodzenie, zabezpieczenia i sprzęt monitorujący. Jego koszt zależy od mocy, pojemności, czasu trwania, funkcji bezpieczeństwa i wymagań instalacyjnych.

System magazynowania energii słonecznej: Praktyczny przewodnik po korzyściach, projektowaniu i kosztach

System magazynowania energii słonecznej rozwiązuje ten problem z synchronizacją. Przechowuje niewykorzystaną energię słoneczną i udostępnia ją później. Zamiast natychmiast eksportować lub ograniczać nadwyżki energii, system może wykorzystać tę energię do zasilania lokalnych obciążeń, zmniejszenia zużycia z sieci lub utrzymania niezbędnych operacji podczas awarii zasilania.

Kompletne rozwiązanie do magazynowania energii słonecznej może przechowywać nadwyżkę energii słonecznej, zmniejszać zależność od sieci i dostarczać energię elektryczną, gdy produkcja słoneczna jest niedostępna.

Co to jest system magazynowania energii słonecznej?

Panele słoneczne wytwarzają energię elektryczną, gdy dostępne jest światło słoneczne, ale zapotrzebowanie na energię nie zawsze podąża za tym samym harmonogramem. Przedsiębiorstwo może generować nadwyżkę energii słonecznej w południe, a następnie doświadczyć największego zapotrzebowania na energię elektryczną wieczorem.

Ta kombinacja jest często nazywana magazynowaniem energii słonecznej z akumulatorami. Może być instalowana za licznikiem w domu, budynku komercyjnym lub fabryce, lub podłączona przed licznikiem w farmie słonecznej na skalę użytkową.

Przewodnik Departamentu Energii USA dotyczący podstaw energii słonecznej i magazynowania wyjaśnia, w jaki sposób baterie mogą udostępniać energię słoneczną, gdy światło słoneczne jest ograniczone, i pomagać w zarządzaniu zmiennością produkcji słonecznej.

Jak działa magazynowanie energii słonecznej?

System magazynowania energii słonecznej zarządza energią elektryczną między czterema głównymi punktami: instalacją fotowoltaiczną, akumulatorem, podłączonymi obciążeniami i siecią energetyczną.

Gdy produkcja słoneczna jest wyższa niż natychmiastowe zapotrzebowanie obiektu, nadwyżka energii elektrycznej ładuje akumulator. Gdy produkcja słoneczna spada poniżej zapotrzebowania, akumulator rozładowuje się poprzez system konwersji mocy lub hybrydowy falownik.

Dla firm, komercyjne magazynowanie energii w akumulatorach może łączyć redukcję szczytowego zapotrzebowania, przesunięcie obciążenia, zasilanie awaryjne i autokonsumpcję energii słonecznej w jednym systemie.

System zarządzania energią kontroluje ten proces zgodnie z priorytetami projektu. Na przykład może on:

• Ładować akumulatory nadwyżką energii słonecznej
• Zmniejszać zużycie sieci w drogich okresach
• Utrzymywać minimalną rezerwę awaryjną
• Ograniczać maksymalne zapotrzebowanie obiektu na sieć
• Wspierać obciążenia poza siecią
• Postępować zgodnie z zaplanowanym planem dyspozycji operatora

Akumulator nie wytwarza energii elektrycznej. Zmienia on czas wykorzystania dostępnej energii słonecznej, czyniąc energię słoneczną bardziej elastyczną i kontrolowalną.

Jakie wyposażenie obejmuje system?

Kompletny system magazynowania energii słonecznej zawiera kilka skoordynowanych komponentów.

Instalacja fotowoltaiczna (PV)

Instalacja PV przekształca światło słoneczne w energię elektryczną prądu stałego. Jej pojemność i profil generacji wpływają na to, ile nadwyżki energii może być dostępne do magazynowania.

Moduły bateryjne

Moduły bateryjne przechowują energię elektryczną. Mogą być instalowane w jednostkach montowanych na ścianie, szafach wewnętrznych, szafach zewnętrznych lub systemach kontenerowych, w zależności od skali projektu.

Zrozumienie czym jest bateria LiFePO4 może pomóc nabywcom w ocenie jej bezpieczeństwa, żywotności cyklicznej, wymagań konserwacyjnych i przydatności do codziennego magazynowania energii słonecznej.

System konwersji mocy (PCS)

PCS kontroluje ładowanie i rozładowywanie baterii, jednocześnie konwertując energię elektryczną między prądem stałym a przemiennym. Jego moc znamionowa określa, ile energii system może dostarczyć jednorazowo.

System zarządzania baterią (BMS)

BMS monitoruje napięcie ogniw, temperaturę, prąd i stan naładowania. Stosuje również limity ochronne i komunikuje się ze sterownikiem systemu.

System zarządzania energią (EMS)

EMS decyduje, kiedy i dlaczego bateria działa. Może koordynować produkcję słoneczną, zapotrzebowanie obiektu, taryfy za energię elektryczną, limity sieci i pracę generatora.

Wyposażenie pomocnicze

Projekty komercyjne mogą również wymagać transformatorów, rozdzielnic, przekaźników zabezpieczających, pomiarów, klimatyzacji lub chłodzenia cieczą, ochrony przeciwpożarowej, urządzeń komunikacyjnych i zdalnego monitorowania.

Korzyści z magazynowania energii słonecznej

Wartość baterii zależy od tego, jak dobrze jej strategia działania odpowiada miejscu.

Wykonawcy EPC i nabywcy projektów mogą zapoznać się z specyfikacjami technicznymi magazynowania energii w bateriach DOE podczas opracowywania wymagań zamówień.

Wyższa autokonsumpcja energii słonecznej

Akumulator magazynuje energię słoneczną, która w innym przypadku zostałaby wyeksportowana lub ograniczona. Zmagazynowana energia może następnie zasilać obciążenia wieczorne lub wczesnym rankiem, umożliwiając właścicielowi wykorzystanie większej ilości energii elektrycznej wytworzonej na miejscu.

Peak Shaving (Wyrównanie szczytów zapotrzebowania)

Komercyjne magazynowanie energii słonecznej w akumulatorach może rozładowywać się w krótkich okresach wysokiego zapotrzebowania. Zmniejsza to maksymalną moc pobieraną z sieci i może obniżyć opłaty za zapotrzebowanie.

Przesunięcie obciążenia

Akumulator może przenosić energię słoneczną z niskowartościowych okresów dziennych na wyżej wartościowe godziny wieczorne. Jest to szczególnie przydatne tam, gdzie ceny energii elektrycznej zmieniają się w zależności od pory dnia.

Zasilanie awaryjne

System zasilania awaryjnego z akumulatorem słonecznym może zasilać wybrane obciążenia w przypadku awarii sieci. Praca awaryjna wymaga odpowiedniej izolacji, sterowania i urządzeń dystrybucyjnych oprócz samego akumulatora.

Odporność energetyczna

Firmy mogą wykorzystywać zmagazynowaną energię do ochrony krytycznego sprzętu, zmniejszania przerw w produkcji i wspierania podstawowych usług. Dostępny czas podtrzymania zależy od użytecznej pojemności i wielkości chronionego obciążenia.

Lepsza integracja odnawialnych źródeł energii

Duże farmy słoneczne mogą wykorzystywać magazynowanie energii w akumulatorach do wygładzania produkcji, zmniejszania ograniczeń i dostarczania energii słonecznej zgodnie z zaplanowanym harmonogramem.

Magazynowanie energii sprzężone AC vs DC

Architektura elektryczna wpływa na wydajność, elastyczność i wybór sprzętu.

Właściciele projektów powinni porównać BESS sprzężone AC vs DC przed wyborem PCS, falownika i ogólnej architektury elektrycznej.

W systemie sprzężonym AC, instalacja fotowoltaiczna i bateria zazwyczaj wykorzystują oddzielne falowniki i łączą się poprzez szynę AC. Ta konfiguracja jest często odpowiednia, gdy magazyn energii w bateriach jest dodawany do istniejącej instalacji słonecznej.

W systemie sprzężonym DC, instalacja fotowoltaiczna i bateria łączą się po stronie DC. Konstrukcja może przechwytywać energię słoneczną, która w innym przypadku zostałaby obcięta przez falownik PV i może zmniejszyć etapy konwersji podczas ładowania bezpośrednio z energii słonecznej.

Decyzja między magazynowaniem energii sprzężonym AC a DC powinna uwzględniać:

• Czy system fotowoltaiczny jest nowy, czy już istnieje
• Zakresy napięć PV i baterii
• Wymagane tryby pracy
• Kompatybilność sprzętu
• Wymagania dotyczące przyłączenia do sieci
• Plany rozbudowy
• Budżet projektu

Sprzężenie AC zazwyczaj oferuje dużą elastyczność w przypadku modernizacji, podczas gdy sprzężenie DC jest często brane pod uwagę w przypadku nowych, zintegrowanych projektów magazynowania energii słonecznej.

Jak zaprojektować system magazynowania energii słonecznej

Dobry projekt systemu magazynowania energii słonecznej zaczyna się od zamierzonego rezultatu – a nie od z góry ustalonej wielkości baterii.

Pierwszym krokiem jest określenie głównego przypadku użycia. Czy system ma służyć do zasilania awaryjnego, wyrównywania szczytów, autokonsumpcji energii słonecznej, pracy poza siecią, czy usług komunalnych? Próba osiągnięcia każdego celu za pomocą jednej strategii operacyjnej może prowadzić do sprzecznych wymagań.

Projektanci powinni następnie zebrać:

• Dane o obciążeniu z piętnastominutową lub godzinną rozdzielczością
• Dzienne i sezonowe szacunki produkcji słonecznej
• Zapisy szczytowego zapotrzebowania
• Informacje o obciążeniach krytycznych
• Taryfy za energię elektryczną
• Limity importu i eksportu sieci
• Wymagany czas podtrzymania awaryjnego
• Dostępna przestrzeń instalacyjna
• Warunki środowiskowe
• Plany przyszłej rozbudowy

Informacje te pomagają określić wymaganą moc PCS, pojemność baterii i strategię sterowania.

Jak dobrać rozmiar systemu magazynowania energii słonecznej

Moc i energia muszą być obliczone osobno.

Amperogodziny nie pokazują całkowitej pojemności energetycznej, chyba że uwzględni się również napięcie akumulatora. Ten przewodnik po obliczeniach amperogodzin akumulatora słonecznego wyjaśnia, jak Ah, napięcie i kilowatogodziny są ze sobą powiązane.

Moc baterii mierzona jest w kilowatach lub megawatach. Określa ona, jak duże obciążenie system może obsłużyć w danym momencie. Energia baterii mierzona jest w kilowatogodzinach lub megawatogodzinach. Określa ona, jak długo bateria może obsłużyć to obciążenie.

Na przykład system 100kW/400kWh ma nominalny czterogodzinny czas działania przy rozładowywaniu z mocą 100kW. Rzeczywisty czas działania może być niższy z powodu strat efektywności, zużycia pomocniczego, limitów głębokości rozładowania i rezerwowej pojemności.

Przy określaniu jak dobrać rozmiar systemu magazynowania energii słonecznej do użytku komercyjnego, należy wziąć pod uwagę:

1. Maksymalną moc, jaką musi dostarczyć akumulator
2. Energię wymaganą w docelowym okresie
3. Dostępną nadwyżkę energii słonecznej
4. Pożądany czas podtrzymania awaryjnego lub wyrównywania szczytów
5. Degradację akumulatora w ciągu całego okresu eksploatacji projektu

Akumulator może mieć wystarczająco zmagazynowanej energii, ale niewystarczającą moc PCS do obsługi dużych obciążeń. Odwrotnie, system o dużej mocy z ograniczoną pojemnością energetyczną może obsłużyć skok zapotrzebowania, ale nie długotrwałą awarię.

Jaki akumulator jest najlepszy do magazynowania energii słonecznej?

LiFePO4 jest powszechnie wybierany do magazynowania energii słonecznej w akumulatorach LiFePO4, ponieważ oferuje stabilną chemię, długą żywotność cykliczną i wysoką wydajność w zastosowaniach z codziennym cyklem ładowania/rozładowywania.

Jednak najlepszy akumulator do komercyjnego magazynowania energii słonecznej zależy od czegoś więcej niż tylko od chemii. Nabywcy powinni porównać:

• Pojemność znamionową i użyteczną
• Żywotność cykliczną
• Głębokość rozładowania
• Szybkość ładowania i rozładowania
• Sprawność w obie strony
• Temperatura pracy
• Metoda chłodzenia
• Założenia dotyczące degradacji
• Testy bezpieczeństwa
• Zakres gwarancji

Akumulatory kwasowo-ołowiowe mogą nadal być odpowiednie do niektórych mniejszych zastosowań lub zastosowań o niskiej liczbie cykli. Inne technologie, w tym akumulatory sodowo-jonowe i przepływowe, mogą oferować zalety w określonych warunkach środowiskowych lub wymaganiach dotyczących czasu trwania.

System magazynowania energii słonecznej 50kW/100kWh może wspierać autokonsumpcję energii słonecznej, kontrolę szczytowego zapotrzebowania i zasilanie awaryjne dla odpowiednich obciążeń komercyjnych.

Czy akumulatory słoneczne działają podczas awarii?

Tak, ale tylko wtedy, gdy system jest zaprojektowany do pracy jako system awaryjny.

Podłączony do sieci falownik solarny często wyłącza się w przypadku awarii zasilania. Chroni to pracowników i zapobiega zasilaniu odłączonych linii sieciowych przez system solarny.

Aby działać podczas przerwy w dostawie prądu, projekt może wymagać automatycznego przełącznika transferu, izolacji sieci, panelu obciążeń krytycznych, sterownika mikro-sieci i falownika formującego sieć lub PCS.

Każdy, kto pyta, jak długo działa bateria słoneczna podczas przerwy w dostawie prądu, musi porównać użyteczną pojemność baterii z chronionym obciążeniem. Bateria 200 kWh obsługująca stałe obciążenie 50 kW ma teoretyczny czas działania wynoszący cztery godziny. Rzeczywisty czas działania będzie się różnić, ponieważ obciążenia zmieniają się, a część pojemności baterii może być zarezerwowana.

Ile kosztuje system magazynowania energii słonecznej z baterią?

Na koszt systemu magazynowania energii słonecznej z baterią mają wpływ:

• Pojemność baterii
• Moc PCS
• Czas trwania magazynowania
• Chemia baterii
• Chłodzenie powietrzem lub cieczą
• Wykrywanie i gaszenie pożarów
• Transformator i rozdzielnica
• Projekt obudowy
• Instalacja i prace budowlane
• Podłączenie do sieci
• Testowanie i uruchomienie
• Wysyłka i certyfikacja

Ponieważ każdy projekt jest inny, porównywanie sprzętu wyłącznie na podstawie ceny za kilowatogodzinę może być mylące.

Projekty wymagające większej pojemności mogą rozważyć komercyjny system BESS 105kW/241kWh dla fabryk, hoteli, gospodarstw rolnych, magazynów i mikro-sieci.

Realistyczna analiza kosztów komercyjnego systemu magazynowania energii słonecznej z baterią powinna obejmować użyteczną pojemność, oczekiwany cykl życia, wydajność, degradację, konserwację i warunki gwarancji. Model finansowy powinien również oszacować oszczędności na opłatach za zapotrzebowanie, wartość arbitrażu energetycznego, uniknięte koszty awarii i potencjalne przychody z usług sieciowych.

Wybór dostawcy systemu magazynowania energii słonecznej z baterią

Niezawodny dostawca systemu magazynowania energii słonecznej z baterią powinien dostarczyć więcej niż tylko specyfikacje baterii. Proponowana bateria, PCS, BMS i EMS muszą współpracować w ramach wymaganych limitów napięcia, mocy i komunikacji.

Przed złożeniem ostatecznej oferty należy potwierdzić:

• Energię znamionową i użyteczną
• Ciągłą moc ładowania i rozładowania
• Obsługiwane napięcia AC i DC
• Funkcje sieciowe i off-grid
• Projekt zarządzania termicznego
• System ochrony przeciwpożarowej
• Protokoły monitorowania i komunikacji
• Obowiązujące certyfikaty
• Gwarancja i gwarancje wydajności
• Opcje rozbudowy
• Uruchomienie i wsparcie techniczne

W przypadku kompleksowego rozwiązania komercyjnego systemu baterii słonecznych dostawca powinien jasno określić zakres inżynierii, sprzętu, instalacji, podłączenia do sieci i obsługi posprzedażnej.

Buduj wokół rzeczywistego celu energetycznego

Udany system magazynowania energii słonecznej z baterią zaczyna się od konkretnego celu technicznego lub finansowego. Gdy zespół projektowy zrozumie profil obciążenia, produkcję energii słonecznej, strukturę taryfową i wymagania dotyczące zasilania awaryjnego, może wybrać odpowiednią pojemność baterii, moc PCS i strategię działania.

Staranne projektowanie sprawia, że energia słoneczna staje się bardziej niezawodnym zasobem. Zapobiega również przewymiarowaniu, zmniejsza ryzyko techniczne i pomaga projektowi dostarczyć mierzalną wartość przez cały okres jego eksploatacji.

Większe projekty komercyjne i przemysłowe mogą wymagać 125kW/261kWh C&I BESS do codziennego przesuwania energii, redukcji opłat za zapotrzebowanie i wsparcia awaryjnego.