A system magazynowania energii słonecznej magazynuje energię elektryczną wytwarzaną przez panele słoneczne i uwalnia ją, gdy moc słoneczna jest niska, ceny energii elektrycznej są wysokie lub sieć jest niedostępna. Kompletny projekt zwykle obejmuje zestaw fotowoltaiczny, baterie, system konwersji energii, BMS, EMS, zarządzanie termiczne, ochronę przeciwpożarową, rozdzielnicę i sprzęt monitorujący. Udane projekty zaczynają się od danych o obciążeniu, jasnego celu operacyjnego oraz prawidłowych obliczeń mocy i pojemności.

System magazynowania energii słonecznej: od pomysłu na projekt do niezawodnej eksploatacji

System magazynowania energii słonecznej łączy wytwarzanie energii fotowoltaicznej z magazynowaniem bateryjnym i inteligentnym sterowaniem mocą. W słoneczne godziny panele słoneczne generują energię elektryczną na bieżące potrzeby. Każda odpowiednia nadwyżka może naładować baterię zamiast być eksportowana lub ograniczona.

Czym jest system magazynowania energii słonecznej?

Nabywcy przygotowujący specyfikację projektu mogą zapoznać się z specyfikacjami technicznymi magazynowania bateryjnego DOE w celu uwzględnienia dodatkowych kwestii zakupowych.

Kompletne rozwiązanie z baterią ładowaną słonecznie może magazynować nadwyżki energii słonecznej, zmniejszać zależność od sieci i udostępniać energię odnawialną wtedy, gdy jest ona najbardziej potrzebna.

Zmagazynowana energia staje się dostępna po zachodzie słońca, w pochmurne dni, w okresach wysokich taryf lub podczas awarii sieci. To sprawia, że system słoneczny z magazynowaniem bateryjnym jest bardziej sterowalny niż instalacja wyłącznie słoneczna.

Magazynowanie energii słonecznej może być projektowane dla domów, firm, fabryk, gospodarstw rolnych, szpitali, centrów danych, mikrosieci i elektrowni słonecznych o skali przemysłowej. Jednak konfiguracja systemu musi być dopasowana do projektu. Mała instalacja awaryjna i farma słoneczna o mocy wielu megawatów wymagają bardzo odmiennych architektur elektrycznych, sterowania i środków bezpieczeństwa.

Jak działa magazynowanie energii słonecznej w bateriach?

System magazynowania energii słonecznej zarządza przepływem energii elektrycznej między panelami słonecznymi, bateriami, obciążeniami i siecią energetyczną.

Gdy produkcja słoneczna przekracza bieżące zapotrzebowanie, nadwyżka energii elektrycznej ładuje baterie. Gdy zapotrzebowanie wzrasta powyżej produkcji słonecznej, system rozładowuje zmagazynowaną energię. System zarządzania energią określa, kiedy powinno nastąpić ładowanie i rozładowywanie.

Strategia kontroli może priorytetyzować:

• Maksymalizację własnego zużycia energii słonecznej
• Redukcję szczytowego zapotrzebowania
• Przeniesienie energii słonecznej na godziny wieczorne
• Utrzymanie rezerw awaryjnych
• Redukcję importu z sieci
• Wspieranie mikrosieci off-grid
• Zgodność z harmonogramem wysyłki przez dostawcę energii

Najlepsza strategia zależy od taryf za energię elektryczną, ryzyka awarii, mocy słonecznej, zachowania obciążenia i celu finansowego projektu.

Główne elementy projektu magazynowania energii słonecznej

Kompletny system obejmuje znacznie więcej niż tylko moduły bateryjne.

LiFePO4 jest szeroko stosowany do stacjonarnego magazynowania energii słonecznej ze względu na stabilną chemię i długi cykl życia. Ten przewodnik wyjaśnia, czym jest bateria LiFePO4 i gdzie jest powszechnie stosowana.

Zestaw fotowoltaiczny

Zestaw fotowoltaiczny przekształca światło słoneczne w energię elektryczną prądu stałego. Jego moc znamionowa, przewidywany profil generacji i napięcie ciągu muszą być kompatybilne z wybranym falownikiem lub sprzętem sprzężonym prądem stałym.

NREL ocenił wiele konfiguracji PV-plus-storage, w tym samodzielne magazyny, systemy sprzężone AC i systemy sprzężone DC.

System baterii

Baterie magazynują energię do późniejszego wykorzystania. Nowoczesne projekty powszechnie wykorzystują baterie litowo-jonowe, zwłaszcza LiFePO4, ze względu na ich wydajność, żywotność cykliczną i stabilność termiczną.

Specyfikacje baterii powinny wyraźnie rozróżniać pojemność znamionową od pojemności użytkowej. Nie cała energia znamionowa jest dostępna do codziennej eksploatacji.

System konwersji mocy

PCS lub dwukierunkowy inwerter przekształca energię elektryczną między prądem stałym a przemiennym. Jego moc w kilowatach lub megawatach określa maksymalną moc ładowania i rozładowywania systemu.

System zarządzania baterią

BMS monitoruje napięcie, prąd, temperaturę i stan naładowania baterii. Zarządza również limitami ochrony i przekazuje ważne dane operacyjne do szerszego systemu sterowania.

System zarządzania energią

EMS koordynuje produkcję energii słonecznej, działanie baterii, zapotrzebowanie obiektu i interakcję z siecią. Może kontrolować redukcję szczytów zapotrzebowania, optymalizację taryf, rezerwy awaryjne i planowane dyspozycje.

Wyposażenie pomocnicze systemu

Projekt komercyjny może również wymagać transformatorów, rozdzielnic, pomiarów, przekaźników zabezpieczających, systemów HVAC lub chłodzenia cieczą, wykrywania pożaru, tłumienia pożaru, systemów kablowych i zdalnego monitorowania.

Magazynowanie sprzężone AC vs DC

Wybór między sprzężeniem AC a DC jest jedną z najważniejszych wczesnych decyzji projektowych.

Właściciele projektów powinni porównać BESS sprzężone AC vs DC przed sfinalizowaniem architektury inwertera, PCS i baterii.

System sprzężony AC łączy instalację fotowoltaiczną i BESS za pośrednictwem magistrali AC. Systemy słoneczne i bateryjne zazwyczaj używają oddzielnego sprzętu do konwersji. Takie podejście jest często praktyczne, gdy dodaje się baterie do istniejącej instalacji słonecznej.

System sprzężony DC łączy produkcję energii słonecznej i magazynowanie bateryjne po stronie DC. Może to zmniejszyć liczbę konwersji, gdy energia słoneczna ładuje baterię, i może przechwycić energię słoneczną, która w innym przypadku zostałaby obcięta przez inwerter.

Wybór między magazynowaniem sprzężonym AC a DC zależy od:

• Czy instalacja fotowoltaiczna jest nowa czy istniejąca
• Zakresów napięć paneli słonecznych i baterii
• Wymaganych trybów pracy
• Kompatybilności sprzętu
• Zasad podłączenia do sieci
• Stosunku PV do inwertera
• Wymogów rozbudowy
• Budżetu projektu

Żadna z konfiguracji nie jest automatycznie najlepsza dla każdego miejsca.

Systemy podłączone do sieci, off-grid i hybrydowe

System podłączony do sieci działa równolegle z siecią energetyczną. Może zwiększyć własne zużycie energii słonecznej, zmniejszyć opłaty za zapotrzebowanie szczytowe i przesunąć zużycie energii z okresów drogich taryf.

System magazynowania energii słonecznej off-grid musi wspierać obciążenia bez polegania na sieci energetycznej. Może łączyć panele słoneczne, baterie i generator diesla lub gazowy. Ponieważ produkcja energii odnawialnej zmienia się wraz z pogodą, projekty off-grid zazwyczaj wymagają starannego planowania mocy i rezerw energetycznych.

System hybrydowy może wykorzystywać energię słoneczną, baterie, energię elektryczną z sieci i generator. Niektóre systemy hybrydowe mogą odłączyć się od sieci i kontynuować pracę jako mikrosieć. Wymaga to odpowiedniego sprzętu izolacyjnego, sterowania i ochrony – nie tylko baterii i inwertera słonecznego.

Jak dobrać rozmiar systemu magazynowania energii słonecznej

Prawidłowe wymiarowanie zaczyna się od jasnego pytania: Co projekt ma osiągnąć dzięki baterii?

Amperogodziny należy rozpatrywać razem z napięciem baterii, aby określić pojemność energetyczną. Użyj tego przewodnika po obliczaniu amperogodzin baterii słonecznej, aby zrozumieć związek między Ah, napięciem i kWh.

Zespół projektowy powinien zbierać dane o obciążeniu w odstępach czasu, zazwyczaj w pomiarach 15-minutowych lub godzinowych. Powinien również oszacować produkcję energii słonecznej w ciągu dnia i w różnych porach roku.

Właściwe badanie wymiarowania systemu baterii słonecznych uwzględnia:

• Szczytowe i średnie obciążenia obiektu
• Dzienne zużycie energii
• Pojemność i produkcja paneli słonecznych
• Krytyczne obciążenia podczas awarii
• Wymagany czas podtrzymania
• Limity importu i eksportu z sieci
• Taryfy za energię elektryczną
• Głębokość rozładowania baterii
• Sprawność w obie strony
• Pomocniczne zużycie energii
• Degradacja baterii
• Przyszła rozbudowa

Moc i energia to różne pojęcia. Moc, mierzona w kilowatach, określa, ile obciążenia system może obsłużyć w danym momencie. Energia, mierzona w kilowatogodzinach, określa, jak długo może on obsłużyć to obciążenie.

Na przykład system 100kW/400kWh ma nominalny czterogodzinny czas pracy przy 100kW. Rzeczywisty czas pracy może być krótszy po uwzględnieniu limitów pojemności użytkowej, strat wydajności i wymaganych rezerw awaryjnych.

Obliczając, jak dobrać rozmiar systemu magazynowania energii słonecznej do użytku komercyjnego, projektanci muszą sprawdzić zarówno maksymalne obciążenie, jak i wymagany czas trwania. Wybór wystarczającej liczby kilowatogodzin bez odpowiedniej mocy PCS może spowodować, że system nie będzie w stanie uruchomić lub obsłużyć dużego sprzętu.

Wybór najlepszej baterii do magazynowania energii słonecznej

Chemia baterii wpływa na bezpieczeństwo systemu, żywotność, wydajność, koszt i wymagania konserwacyjne.

Baterie LiFePO4 są powszechnie wybierane do stacjonarnego magazynowania energii słonecznej ze względu na ich długą żywotność, stabilną chemię i dobrą wydajność w codziennym cyklu. Inne technologie, w tym różne chemie litowo-jonowe, baterie kwasowo-ołowiowe, baterie sodowo-jonowe i baterie przepływowe, mogą być odpowiednie dla konkretnych projektów.

Prawidłowo zaprojektowany komercyjny system magazynowania energii bateryjnej może wspierać redukcję szczytów, zasilanie awaryjne, przesuwanie obciążenia i własne zużycie energii słonecznej.

Wybierając najlepszą baterię do systemu magazynowania energii słonecznej, porównaj:

• Pojemność znamionowa i użytkowa
• Żywotność cyklu
• Głębokość rozładowania
• Tempo ładowania i rozładowywania
• Sprawność w obie strony
• Zakres temperatur
• Założenia dotyczące degradacji
• Warunki gwarancji
• Testy bezpieczeństwa
• Wymagania konserwacyjne
• Pojemność na koniec życia

Najniższa początkowa cena baterii nie zawsze oznacza najniższy koszt energii w całym okresie eksploatacji.

Awaryjne zasilanie baterii słonecznych podczas awarii sieci

System awaryjnego zasilania słoneczno-bateryjnego może wspierać wybrane obciążenia podczas awarii zasilania, ale działanie awaryjne musi być zaprojektowane w projekcie.

System może wymagać automatycznego przełącznika transferowego, izolacji sieci, dystrybucji obciążeń krytycznych, możliwości zimnego startu i kontrolera mikrosieci. PCS musi również mieć wystarczającą moc, aby obsłużyć prądy rozruchowe silnika i nagłe zmiany obciążenia.

Dla firm pytających, jak długo działa awaryjne zasilanie słoneczne z baterii podczas awarii, odpowiedź zależy od użytecznej pojemności baterii i chronionego obciążenia. Bateria o pojemności 400kWh, zasilająca stałe obciążenie 80kW, teoretycznie mogłaby działać przez pięć godzin. Rzeczywisty czas pracy będzie krótszy po uwzględnieniu strat systemowych, rezerw i zmiennych obciążeń.

Zastosowania komercyjne i na skalę użyteczności publicznej

Komercyjne magazynowanie energii słonecznej pomaga firmom zarządzać zarówno kosztami energii, jak i ryzykiem operacyjnym. Typowe zastosowania obejmują:

• Wygładzanie szczytów
• Redukcja opłat za moc szczytową
• Optymalizacja czasu użytkowania
• Własne zużycie energii słonecznej
• Zasilanie awaryjne
• Wsparcie ładowania pojazdów elektrycznych
• Redukcja zużycia paliwa przez generator
• Działanie mikrosieci

Fabryki, magazyny, szpitale, hotele, gospodarstwa rolne i centra danych mogą odnieść korzyści, gdy ich profile obciążenia, taryfy lub koszty przestojów uzasadniają inwestycję.

Magazynowanie energii słonecznej na skalę użyteczności publicznej obsługuje większe sieci energetyczne. Może przesuwać produkcję energii słonecznej na wieczorne zapotrzebowanie, zmniejszać ograniczenia, wygładzać produkcję odnawialnych źródeł energii i świadczyć usługi sieciowe. Projekty te wymagają szczegółowych studiów sieci, koordynacji ochrony, planowania dyspozytorni i zgody operatora sieci.

Koszt systemu magazynowania energii słonecznej

Na koszt systemu magazynowania energii słonecznej wpływa nie tylko pojemność akumulatora. Główne czynniki wpływające na koszt to:

• Pojemność energetyczna akumulatora
• Moc znamionowa PCS
• Czas przechowywania
• Sprzęt fotowoltaiczny
• Technologia chłodzenia
• System przeciwpożarowy
• Transformator i rozdzielnica
• Instalacja budowlana i elektryczna
• Prace związane z podłączeniem do sieci
• Pozwolenia i certyfikaty
• Wysyłka i uruchomienie
• Monitorowanie i konserwacja

Nabywcy badający koszt komercyjnego systemu magazynowania energii słonecznej powinni porównywać użyteczną pojemność, wydajność w całym cyklu życia i kompletny zakres zainstalowanych elementów, a nie tylko cenę za kilowatogodzinę.

W projektach komercyjnych i przemysłowych można rozważyć zastosowanie systemu magazynowania energii akumulatorowej 105kW/241kWh do redukcji szczytów zużycia, integracji słonecznej, zasilania awaryjnego i optymalizacji kosztów energii elektrycznej.

Zwrot z inwestycji może pochodzić z oszczędności energii elektrycznej, niższych opłat za moc szczytową, uniknięcia strat spowodowanych przerwami w dostawie prądu, zmniejszenia zużycia generatorów i przychodów z usług sieciowych. Dokładne modelowanie finansowe wymaga rzeczywistych danych o obciążeniu i odpowiedniej taryfy energii elektrycznej.

Bezpieczeństwo, instalacja i zgodność

Magazynowanie energii akumulatorowej wiąże się z wysokim napięciem DC, zagrożeniami elektrycznymi i zmagazynowaną energią chemiczną. Projekt powinien zatem obejmować skoordynowaną ochronę, odpowiednie odstępy, kontrolę temperatury, wykrywanie pożaru i procedury awaryjne.

Wymagania różnią się w zależności od kraju i rodzaju projektu. Obowiązujące normy elektryczne, dotyczące akumulatorów, ochrony przeciwpożarowej, transportu i podłączenia do sieci powinny zostać potwierdzone na etapie projektowania.

Ocena miejsca powinna również obejmować dostęp do sprzętu, obciążenia fundamentów, drenaż, wentylację, prowadzenie kabli, limity hałasu, warunki środowiskowe i przestrzeń serwisową.

Jak wybrać dostawcę magazynów energii słonecznej?

Niezawodny dostawca systemów magazynowania energii słonecznej powinien być w stanie wyjaśnić, w jaki sposób proponowany sprzęt spełnia cele techniczne projektu.

Poproś potencjalnych dostawców o potwierdzenie:

• Użytecznej pojemności baterii
• Ciągłej i szczytowej mocy PCS
• Zakresów napięć AC i DC
• Kompatybilności baterii i inwertera
• Funkcji sieciowych i off-grid
• Chłodzenia i ochrony przeciwpożarowej
• Protokołów komunikacyjnych
• Możliwości monitorowania
• Obowiązujących certyfikatów
• Zakresu gwarancji
• Limitów rozbudowy
• Wsparcia w zakresie instalacji i uruchomienia

Dla kompleksowego rozwiązania magazynowania energii słonecznej, oferta powinna jasno określać odpowiedzialność za projektowanie, sprzęt, wysyłkę, prace budowlane, podłączenie do sieci, instalację i obsługę posprzedażową.

Zbuduj projekt wokół jego celu

Udany system magazynowania energii słonecznej nie powstaje przez wybranie największej dostępnej baterii. Zaczyna się od zdefiniowanego przypadku użycia, wiarygodnych danych dotyczących obciążenia i realistycznych celów wydajnościowych.

Gdy cel projektu jest jasny, panele słoneczne, pojemność baterii, moc znamionowa PCS i strategia sterowania mogą być zaprojektowane jako jeden skoordynowany system. Takie podejście pomaga stworzyć bezpieczniejszy, bardziej niezawodny i ekonomicznie praktyczny projekt magazynowania energii słonecznej.