Основания для аккумулирования энергии

Хранилища для возобновляемых источников Системы хранения энергии. Обзор

Возможность использования возобновляемых источников энергии для производства энергии, необходимой для жизнедеятельности человека, является важным шагом в сокращении эксплуатации ископаемого топлива и выбросов вредных газов в атмосферу.

Фотоэлектрические солнечные батареи являются основной технологией для производства возобновляемой энергии. Однако, поскольку она не является ни предсказуемой, ни постоянной, возникает необходимость в ее хранении.

В настоящее время системы хранения энергии характеризуются надежными, безопасными и высокопроизводительными технологиями.

Электрохимическое накопление энергии, вырабатываемой фотоэлектрическими системами, отвечает требованию использования чистой, возобновляемой и дешевой энергии, поступающей от солнца, в том числе и при отсутствии излучения.

Электричество является наиболее гибкой формой для различных сфер применения, как бытовых, так и промышленных.

Аккумуляторы для хранения энергии

Таким образом, солнечная энергия и система хранения являются идеальным сочетанием, подтверждающим, что энергоснабжение от солнечных источников может максимально обеспечить потребности. Накопление может быть использовано как локализованно, так и распределенно, то есть соответственно на уровне индивидуального использования и на уровне распределительной сети.

С точки зрения энергетической системы, она представляет собой важный инструмент для повышения гибкости по следующим причинам:

- поглощает и отдает энергию очень быстро и точно;
- смягчает кратковременную изменчивость (пики); - позволяет избежать затрат на модернизацию распределительных сетей;
Хранилище может также предоставлять дополнительные услуги и стабилизировать сеть (стабилизация частоты).

Fronius - уникальная универсальность

Fronius Gen PrimoПреимущества хранения энергии

Энергия, накопленная благодаря фотоэлектрической системе, позволяет ограничить отбор из электросети в моменты необходимости (когда батарея разряжена).

Пользователю не нужно беспокоиться о специальных настройках или обслуживании, поскольку управление полностью автоматизировано и передано системе управления хранения EMS.

Система управления энергией (EMS) гарантирует, что батарея заряжается только тогда, когда она "чувствует", что производство энергии больше, чем ее потребление. Он разряжается, когда пользователь стремится забрать энергию из сети.

Выгоды от накопления

1. Большая автономность от национальной электросети и повышенная доступная мощность даже в случае отключения электричества, хотя и не выполняет функции ИБП.

2. Увеличение самопотребления энергии, производимой фотоэлектрической системой. В среднем от 20/30% до 70/80%, в зависимости от размера системы хранения и особенностей потребления.

3. Сокращение расходов на электроэнергию и защита от будущего повышения цен на нее. 

4. Инновации: современные и надежные технологии, использующие литий-ионные батареи, теперь доступны на рынке.

Этот тип батарей не имеет "эффекта памяти" и может заряжаться и разряжаться, даже частично, несколько раз в день, с ожидаемым сроком службы более 10 лет.

5. Налоговые вычеты и другие стимулы: применение системы хранения электроэнергии к фотоэлектрической системе позволяет воспользоваться налоговыми вычетами. В некоторых итальянских регионах, таких как Ломбардия и Венето, действуют поощрительные льготы.

Рынок предлагает множество решений и множество продуктов, которые часто дополняют друг друга, как для потенциального клиента, так и для установщика. Разобраться с выбором не так просто.

Самопотребление и автаркияВажность управления потребления и возможности хранения энергии
(Авта́рки́я — система замкнутого воспроизводства сообщества, с минимальной зависимостью от обмена с внешней средой; экономический режим самообеспечения, в котором минимизируется внешний оборот)

Самопотребление - это соотношение между энергией, произведенной фотоэлектрической системой, и суммой энергии, произведенной самой системой.

Автаркия - это соотношение между энергией, произведенной фотоэлектрической системой и затем использованной, и совокупностью энергии, необходимой для пользователей. 

Подводя итог, можно сказать, что первый параметр выражает "насколько эксплуатируется фотоэлектрическая система", а второй - "каков уровень независимости".

Высокие показатели самодостаточности означают, что пользователи могут уменьшить негативное влияние роста цен на "электричество" и самостоятельно вырабатывать чистую энергию.

Самостоятельное потребление энергии происходит естественным образом: каждый раз, когда пользователь включается, когда светит солнце, энергия, генерируемая в это время фотоэлектрическими батареями, расходуется напрямую.

По этой причине управление потреблением и возможная установка системы хранения имеют важное значение.

При определении объема накопительной системы необходимо учитывать профиль потребления. В среднем в резистивных системах хранения емкость составляет от 2 до 10 кВт/ч.

Функциональность резервного хранилища энергии

В случае отключения электроэнергии 

Инверторы фотоэлектрических систем и накопители должны отключаться от электросети в случае отключения электроэнергии (блэкаут) и, следовательно, прерывать подачу электроэнергии.

Это связано с тем, что если они останутся подключенными, в распределительной сети может возникнуть опасное и неконтролируемое напряжение, создающее потенциальную опасность для технического персонала, который в этот момент должен работать в самой сети.

Резервное хранилище 

Измерение по пункту обмена электроэнергией с сетью общего пользования.
Система управления EMS накопительной системы, подключенной к сети, должна измерять энергию (или даже только ток), обмениваемую с самой сетью: на основе этих данных можно сделать вывод о том, какую операцию оптимально осуществить.
Например, если датчик измеряет ток, потребляемый из сети, это означает, что аккумулятору пора отдавать энергию путем разрядки.
Примечание: при установке счетчика важно правильно определить направление тока!

Схема расположения токового датчика

Некоторые инверторы систем хранения имеют второй выход переменного тока, называемый EPS (Emergency Power Supply), который полностью отключен от электросети и может питаться энергией, произведенной фотоэлектрическими панелями). 

Время переключения EPS накопительных систем составляет несколько десятков мс, что не всегда достаточно для поддержания электронных нагрузок во включенном состоянии. Поэтому его функциональность отличается от функциональности ИБП (источника бесперебойного питания). 

EPS схемы в системах хранения энергии

Как показано на следующих диаграммах, когда подача питания от сети отключена, инверторы отключаются от сети, и в игру вступает функция EPS. Благодаря этому можно обеспечить бесперебойность «привилегированных» нагрузок.

EPS на DC стороне системы

EPS на стороне DC

EPS на AC стороне системы

EPS на AC стороне системы

Характеристики аккумуляторов

Высокое или низкое напряжение батареи?

Одним из вопросов, который обсуждается среди профессионалов отрасли, является вопрос о напряжении аккумуляторов для бытовых систем хранения. 

Есть ли какая-то конфигурация лучше, чем другие? Есть три типа систем:

- Низко вольтовые, около 48 вольт;

- Так называемые "высоковольтные батареи", приблизительно 400 Вольт;

- Модульные системы высокого напряжения (от 250 до более, чем 500 В). Последнее достигается путем сборки большего количества батарей, как в кирпичи Lego, до получения необходимой емкости. 

Силовая электроника Системы хранения энергии
В дополнение к оценке топологии батареи, мы должны рассмотреть всю систему, включая силовую электронику, которая осуществляет связь с сетью или с системой генерации. 

Широко распространено мнение, что наибольшая польза и эффективность достигается при подключении батареи к стороне постоянного тока стандартного фотоэлектрического инвертора и использовании входного каскада DC/DC-преобразователя. 

При такой конфигурации наиболее подходящим напряжением батареи будет 1/3 - 1/4 напряжения шины постоянного тока инвертора. 

В настоящее время стандартная конфигурация батареи и системы преобразования еще не выработана, однако батареи 48 В дают экономические преимущества, в то время как батареи высокого напряжения могут похвастаться потенциально большей эффективностью.

Стандарты батарей

До сих пор не существует стандартного эталона для оценки параметров системы хранения энергии, таких как продолжительность эксплуатации, эффективность и возможность будущей утилизации.

Производители сами выбирают, как им заявлять о характеристиках своей продукции. Это относится как к стационарным батареям (аккумуляторным батареям), так и к батареям, используемым в секторе электромобилей (EV).

Однако благодаря давлению Еврокомиссии через Объединенный исследовательский центр (JRC) предпринимаются усилия по достижению общих стандартов, начиная с сектора батарей для электромобилей. 

Некоторые параметры стандартизации.

Факторов, которые следует учитывать при определении параметров стандартизации, много. Ниже приведены наиболее значимые:

Емкость аккумулятора является важным параметром при сравнении различных типов аккумуляторов и относится к общему электрическому заряду, участвующему в электрохимической реакции/

Энергетическая эффективность определяется как соотношение между чистой энергией, полученной батареей во время испытания на разряд, и общей энергией, необходимой для возврата к начальному уровню заряда.

Срок службы батареи и способы его выражения (количество циклов, общая энергия и т.д.), который играет решающую роль для производительности и безопасности.

Все эти параметры и некоторые другие, такие как номинальная мощность, пиковая мощность и т.д... участвуют в текущем процессе унификации и стандартизации и будут являться эталоном для оценки батарей.