Dom / Wiadomości / Wiadomości branżowe / Jak panele słoneczne i zaawansowane magazynowanie baterii łączą się, aby zapewnić prawdziwą autonomię energetyczną domu
Dom / Wiadomości / Wiadomości branżowe / Jak panele słoneczne i zaawansowane magazynowanie baterii łączą się, aby zapewnić prawdziwą autonomię energetyczną domu
Przejście od zależności od sieci do zasilania samodzielnie zarządzanego
Właściciele domów w różnych strefach klimatycznych na nowo zastanawiają się, w jaki sposób energia elektryczna dociera do ich gniazdek. Wahania cen, przedłużające się przerwy w dostawie energii podczas burz i spadające koszty wytwarzania energii z dachów popchnęły gospodarstwa domowe w stronę prostego pytania: czy dom może produkować, magazynować i zarządzać własną energią bez konieczności korzystania z sieci energetycznej o każdej porze dnia? Rozwiązaniem w coraz większym stopniu są dwa elementy współpracujące ze sobą, a nie izolowane – panele słoneczne zbierające światło dzienne i zestaw akumulatorów, który przechowuje je do wykorzystania po zachodzie słońca.
Autonomia energetyczna nie oznacza całkowitego odłączenia od sieci, chociaż w przypadku niektórych gospodarstw wiejskich pozostaje to opcją. Dla większości gospodarstw domowych oznacza to zmianę równowagi mocy: generowanie znaczącej części dziennego zużycia na miejscu, magazynowanie nadwyżki i wykorzystywanie zmagazynowanej mocy w okresach szczytowych cen lub przerw w dostawie energii, zamiast płacić wyższe stawki za media.
Co faktycznie robi system magazynowania energii w konfiguracji domowej
Mieszkalny system magazynowania energii znajduje się pomiędzy panelem fotowoltaicznym, domowym panelem elektrycznym i przyłączem do sieci energetycznej. Jego zadanie jest trojakie: wychwytywanie w czasie rzeczywistym nadwyżki produkcji energii słonecznej, której dom nie wykorzystuje, bezpieczne utrzymywanie tej mocy i uwalnianie jej na żądanie, gdy zachodzi słońce, gdy nad głową przechodzi chmura lub gdy sama sieć ulegnie awarii.
Bez magazynowania panele słoneczne rekompensują zużycie energii tylko w godzinach dziennych. Każda niewykorzystana produkcja jest albo odsyłana do sieci w celu uzyskania kredytu (jeśli pozwala na to polityka pomiaru netto), albo tracona. Dodanie pamięci przekształca tę nadwyżkę w użyteczną energię wieczorną i nocną, co zwykle ma miejsce, gdy zapotrzebowanie gospodarstw domowych jest największe – przygotowanie obiadu, oświetlenie, systemy rozrywki i klimatyzacja – wszystkie te elementy zużywają więcej po godzinie 17:00 w większości profili obciążenia w budynkach mieszkalnych.
Składnik systemu
Funkcja podstawowa
Typowe okno operacyjne
Układ Słoneczny
Przekształca światło słoneczne w energię elektryczną prądu stałego
Tylko w godzinach dziennych
Falownik/kontroler ładowania
Przekształca i reguluje przepływ mocy
Ciągły podczas aktywnych cykli obciążenia lub ładowania
Bank baterii
Magazynuje nadwyżkę energii do późniejszego wykorzystania
Ładuje w dzień, rozładowuje wieczorem/w nocy lub podczas przestojów
Kontroler Zarządzania Energią
Decyduje, kiedy ładować, rozładowywać lub pobierać energię z sieci
Ciągły, zautomatyzowany
Dlaczego akumulatory litowo-jonowe dominują w magazynach mieszkalnych
Wybór składu chemicznego akumulatora określa wydajność systemu przechowywania w całym okresie jego użytkowania. Baterie litowo-jonowe , a w szczególności wariant LiFePO4 (fosforan litowo-żelazowy) stosowany w większości nowoczesnych stojaków mieszkaniowych, stał się domyślną rekomendacją dla instalacji domowych ze względów praktycznych, a nie z preferencji marketingowych.
Tolerancja na głębokie rozładowanie – większość pakietów LiFePO4 można wielokrotnie przełączać do 80–90% głębokości rozładowania bez przyspieszonej degradacji.
Stabilność termiczna – struktura katody z fosforanu żelaza jest znacznie bardziej odporna na niestabilność termiczną niż starsze związki litowo-kobaltowe.
Żywotność cykliczna — typowe mieszkaniowe szafy litowo-jonowe wytrzymują od 4000 do 6000 pełnych cykli przy znamionowej głębokości rozładowania, co przekłada się na ponad dekadę codziennego użytkowania.
Kompaktowa konstrukcja — wyższa gęstość energii na jednostkę objętości oznacza, że jednostka montowana na ścianie lub w stojaku może pomieścić znaczną pojemność bez zajmowania miejsca w garażu.
Minimalnenena konserwacja — szczelne, samokontrolujące się systemy zarządzania akumulatorami eliminują procedury nawadniania i wyrównywania wymagane w starszych bankach kwasu ołowiowego.
Gospodarstwa domowe porównujące chemikalia również powinny się ważyć Baterie stojakowe LiFePO4 w porównaniu ze starszymi akumulatorami kwasu ołowiowego lub tlenku litowo-kobaltowego na podstawie całkowitego kosztu posiadania, a nie samej ceny naklejki. Bank kwasu ołowiowego wymieniany co trzy do pięciu lat często kosztuje w perspektywie piętnastu lat więcej niż pojedyncza instalacja litowo-jonowa.
Porównanie środków chemicznych do przechowywania do użytku domowego
Poniższa tabela podsumowuje różnice pomiędzy trzema najczęściej omawianymi substancjami chemicznymi dotyczącymi przechowywania w budynkach mieszkalnych w zależności od czynników mających znaczenie dla właściciela domu planującego system.
Czynnik
LiFePO4 (litowo-jonowy)
Kwas ołowiowy (zalany/AGM)
NMC (litowo-jonowy)
Typowe życie cykliczne
4000 do 6000 cykli
500 do 1200 cykli
2000 do 3000 cykli
Użyteczna głębokość rozładowania
80 do 90 procent
40 do 50 procent
80 do 90 procent
Profil ryzyka termicznego
Niski
Niski, but off-gassing risk
Umiarkowane
Potrzeby konserwacyjne
Minimal
Regularne dla typów zalanych
Minimal
Ślad na kWh
Kompaktowy
Duży
Kompaktowy
Chemia NMC oferuje nieco wyższą gęstość energii niż LiFePO4, ale kompromis w zakresie marginesu termicznego i trwałości cyklu jest powodem, dla którego większość budowanych obecnie systemów szaf do zastosowań mieszkaniowych standaryzuje zamiast tego ogniwa z fosforanu żelaza.
Jak panele słoneczne i akumulatory współpracują ze sobą przez cały dzień
Wartość kojarzenia generacji z pamięcią masową staje się jasna, gdy porówna się ją z rzeczywistą dzienną krzywą obciążenia. Poniższy diagram przedstawia typowy cykl mieszkaniowy od wschodu do następnego wschodu słońca, pokazując, gdzie akumulator się ładuje, gdzie jest przechowywany i gdzie się rozładowuje, aby pokryć dom.
Rano: matryca rozpoczyna produkcję wraz ze wzrostem natężenia promieniowania; wczesne wyniki obejmują najpierw obciążenia podstawowe.
Południe: produkcja zazwyczaj przewyższa zapotrzebowanie gospodarstw domowych; nadwyżka jest kierowana do banku akumulatorów, aż do osiągnięcia pełnego stanu naładowania.
Od południa do wieczora: w miarę zmniejszania się mocy słonecznej dom czerpie energię z energii zmagazynowanej, a nie z sieci.
Przez noc: akumulator kontynuuje zasilanie odbiorników podstawowych, aż stan naładowania osiągnie zadaną minimalną rezerwę, po czym system może powrócić do zasilania z sieci, jeśli zostanie skonfigurowany w ten sposób.
Dobór systemu pod kątem realistycznej niezależności energetycznej domu
Nadmiar marnuje kapitał; niedowymiarowanie pozostawia luki podczas okresów pochmurnych lub przestojów. Dobór rozmiaru należy rozpocząć od rzeczywistych danych dotyczących zużycia, a nie założeń, najlepiej wyciągnąć z dwunastomiesięcznych rozliczeń za media, aby uchwycić sezonowe wahania w zakresie ogrzewania, chłodzenia i godzin dziennych.
Profil gospodarstwa domowego
Średnie dzienne użycie
Sugerowany zakres przechowywania
Sugerowany rozmiar tablicy
Małe gospodarstwo domowe, wydajny sprzęt
10 do 15 kWh
10 do 13 kWh
4 do 6 kW
Przeciętny dom rodzinny
20 do 30 kWh
13 do 20 kWh
6 do 9 kW
Dużyr home with EV charging
35 do 50 kWh
20 do 30 kWh
9 do 13 kW
Typowym celem częściowej autonomii jest dobranie rozmiaru pamięci masowej tak, aby obejmował wieczorne i nocne okno ładowania – zwykle od sześciu do dziesięciu godzin – przy jednoczesnym doborze macierzy tak, aby w pełni naładować tę pojemność oraz zużycie w ciągu dnia w przeciętny dzień słoneczny dla lokalnej strefy klimatycznej.
Kopia zapasowa powiązana z siecią a konfiguracje z pełnym połączeniem poza siecią
Nie każde gospodarstwo domowe musi lub chce całkowicie odejść od sieci elektroenergetycznej. W planowaniu budynków mieszkalnych dominują dwie konfiguracje, a właściwy wybór zależy od częstotliwości przestojów, lokalnych zasad pomiaru sieci i budżetu.
Połączony z siecią z baterią podtrzymującą
Tablica i akumulator pozostają podłączone do sieci. System pobiera energię w pierwszej kolejności z magazynu, a następnie z sieci i może automatycznie stworzyć wyspę w przypadku przerwy w dostawie prądu. Jest to najczęstsza konfiguracja mieszkaniowa, ponieważ równoważy koszty i odporność.
Rozwiązania w zakresie magazynowania energii poza siecią
Dom jest całkowicie odłączony od sieci energetycznej, stuprocentowe zużycie energii zależy od tablicy i zestawu akumulatorów, często uzupełnianego przez generator zapasowy na dłuższe okresy słabego nasłonecznienia. Trasa ta wymaga większej pojemności magazynu i bardziej konserwatywnego zarządzania obciążeniem, ale całkowicie eliminuje miesięczne opłaty za media.
Instalacje zasilania awaryjnego z baterii słonecznych do zastosowań mieszkaniowych, które pozostają połączone z siecią, zazwyczaj szybciej odzyskują inwestycję, ponieważ pozwalają uniknąć nadmiernych marginesów wytwarzania i magazynowania, których wymagają systemy działające wyłącznie poza siecią, aby przetrwać wielodniowe zdarzenia przy niskim nasłonecznieniu.
Utrzymanie niezawodności połączonego systemu przez cały okres jego użytkowania
Dobrze określony system nadal wymaga okresowej konserwacji, aby osiągnąć znamionowy okres użytkowania. Poniższa lista kontrolna obejmuje elementy, które najbardziej bezpośrednio wpływają na długoterminowe wyniki.
Upewnij się, że oprogramowanie układowe systemu zarządzania baterią jest aktualne, ponieważ aktualizacje często poprawiają wydajność algorytmu ładowania.
Sezonowo sprawdzaj powierzchnie paneli pod kątem zanieczyszczeń, nagromadzenia kurzu lub cieniowania przez nowy wzrost drzew.
Sprawdź, czy otwory wentylacyjne chłodzące falownik są drożne, szczególnie w zamkniętych pomieszczeniach gospodarczych.
Co roku przeglądaj historyczne dzienniki stanu naładowania, aby wykryć stopniowy spadek pojemności, zanim wpłynie to na czas tworzenia kopii zapasowych.
Przetestuj funkcję automatycznego tworzenia wysp przynajmniej raz w roku, zamiast czekać na faktyczną awarię, aby sprawdzić, czy działa.
Często zadawane pytania
P1: Jak długo domowy zestaw akumulatorów może zasilać dom podczas awarii?
Czas trwania zależy całkowicie od pojemności zmagazynowanej w porównaniu z aktywnym obciążeniem. Średniej wielkości bank mieszkaniowy obsługujący wyłącznie podstawowe obwody, takie jak chłodzenie, oświetlenie i sprzęt sieciowy, często może działać od jednego do trzech dni. Zasilanie całego domu, łącznie z HVAC, spowoduje wyczerpanie tego samego banku w ciągu kilku godzin.
P2: Czy panele słoneczne nadal wytwarzają energię bez zainstalowanej baterii?
Tak. Panele mogą działać wyłącznie na falowniku podłączonym do sieci, eksportując nadwyżkę produkcji do zakładu energetycznego w celu uzyskania kredytu. Bateria to dodatek, który wychwytuje nadwyżkę lokalnie, zamiast ją wysyłać, co staje się cenne w przypadku częstych przestojów lub ograniczonych kredytów eksportowych.
P3: Jaka powierzchnia dachu jest potrzebna, aby w znaczący sposób zrównoważyć zużycie energii elektrycznej przez dom?
Różni się to w zależności od wydajności panelu i lokalnego natężenia promieniowania, ale ogólnie rzecz biorąc, pokrycie 60 do 80 procent średniego zużycia w gospodarstwie domowym wymaga zazwyczaj od 300 do 500 stóp kwadratowych użytecznej, niezacienionej powierzchni dachu.
P4: Czy istniejącą instalację fotowoltaiczną można później wyposażyć w akumulator?
W większości przypadków tak, pod warunkiem, że istniejący falownik jest kompatybilny z integracją akumulatorową lub zostanie do niego dodany kompatybilny falownik przystosowany do pracy na akumulatorze. Wykwalifikowany instalator powinien ocenić typ falownika istniejącego systemu przed określeniem kompatybilnej jednostki magazynowania.
P5: Jaka jest realistyczna żywotność domowego zestawu akumulatorów litowo-jonowych?
Systemy oparte na LiFePO4 są powszechnie oceniane na dziesięć do piętnastu lat codziennej pracy cyklicznej, zanim pojemność spadnie poniżej użytecznego progu, chociaż rzeczywista żywotność zależy w dużym stopniu od głębokości rozładowania i temperatury otoczenia.
P6: Czy pełna niezależność od sieci jest realistyczna w przypadku większości domów?
Jest to osiągalne, ale wymaga znacznie większej pojemności magazynowania i wytwarzania niż system tworzenia kopii zapasowych podłączonych do sieci, a także konserwatywnego zarządzania obciążeniem podczas długich okresów niskiego nasłonecznienia. Większość gospodarstw domowych uważa, że konfiguracja kopii zapasowych połączona z siecią zapewnia podobną odporność na co dzień przy niższych kosztach początkowych.
