Αποθήκευση Ενέργειας από Ηλιακή Πηγή: Αυτόνομα Συστήματα έναντι Συστημάτων Σύνδεσης με το Δίκτυο

Στον σημερινό κόσμο, η ηλιακή ενέργεια θα παραμείνει συνεχώς η προτιμώμενη λύση ανανεώσιμης ενέργειας προς την οποία θα στρέφονται οι περισσότεροι. Η κατανόηση των πιο βασικών τύπων συστημάτων είναι σημαντική. Σε αυτό το πλαίσιο, θα επικεντρώσουμε τη συζήτηση στα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας από ηλιακή πηγή, δηλαδή στα αυτόνομα (off-grid) και στα συνδεδεμένα με το δίκτυο (grid-tied) συστήματα. Τα αυτόνομα συστήματα δεν συνδέονται με το δημόσιο ηλεκτρικό δίκτυο, ενώ τα συνδεδεμένα με το δίκτυο συστήματα συνδέονται. Τα αυτόνομα συστήματα είναι ενεργειακά ανεξάρτητα και περιλαμβάνουν ηλιακά πάνελ, συσσωρευτές και αντιστροφείς που καλύπτουν τις ενεργειακές ανάγκες. Τα συνδεδεμένα με το δίκτυο συστήματα εξαρτώνται από το δημόσιο ηλεκτρικό δίκτυο και διαθέτουν τη δυνατότητα να αντλούν ενέργεια από το δίκτυο όταν η παραγωγή ενέργειας από τα ηλιακά πάνελ είναι χαμηλή, καθώς και να επανατροφοδοτούν το δίκτυο με ενέργεια όταν η παραγωγή είναι υψηλή. Τα αυτόνομα συστήματα είναι ιδανικά για απομακρυσμένες περιοχές όπου δεν υπάρχει πρόσβαση στο δίκτυο· ωστόσο, αυτά τα συστήματα απαιτούν τράπεζες συσσωρευτών για την αποθήκευση ενέργειας κατά τη διάρκεια της νύχτας και των συννεφιασμένων περιόδων. Σε προαστιακά και αστικά περιβάλλοντα, τα συνδεδεμένα με το δίκτυο συστήματα λειτουργούν καλύτερα, καθώς αυτές οι περιοχές διαθέτουν αποθηκευτική ικανότητα με συσσωρευτές και δεν χρειάζεται να ανησυχούν για την πρόσβαση στο δίκτυο.

Τεχνικά Πλεονεκτήματα των Συστημάτων Αποθήκευσης Ενέργειας Ηλιακής Ενέργειας Χωρίς Σύνδεση στο Δίκτυο

Όσον αφορά την ανεξάρτητη χρήση ενέργειας, τα συστήματα αποθήκευσης ηλιακής ενέργειας χωρίς σύνδεση στο δίκτυο προσφέρουν μοναδικά τεχνικά πλεονεκτήματα. Το σημαντικότερο από αυτά είναι η πλήρης ενεργειακή ανεξαρτησία, η οποία προστατεύει τους χρήστες από τις υψηλές λογαριασμούς ηλεκτρικής ενέργειας, τις διακοπές ρεύματος και τις ασταθείς τιμές παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Τα συστήματα χρησιμοποιούν μπαταρίες LiFePO4, οι οποίες προσφέρουν περισσότερους από 6000 κύκλους φόρτισης/εκφόρτισης και αντοχή σε ακραίες θερμοκρασίες. Τα έξυπνα συστήματα διαχείρισης μπαταριών (BMS), που είναι ενσωματωμένα στις μπαταρίες, καλύπτουν τις πιο συνηθισμένες περιπτώσεις βλάβης της μπαταρίας, δηλαδή την υπερφόρτιση, τις υψηλές θερμοκρασίες και τις βραχυκυκλώσεις.

Ένα άλλο κύριο πλεονέκτημα είναι η κλιμάκωση των αυτόνομων φωτοβολταϊκών συστημάτων. Απομακρυσμένες κοινότητες, αγροτικά σπίτια και εμπορικές λειτουργίες με βάση απομακρυσμένες τοποθεσίες μπορούν να εφοδιαστούν με αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα και αργότερα να επεκτείνουν τα συστήματά τους με επιπλέον μπαταρίες ή φωτοβολταϊκά πάνελ για να καλύψουν την αυξανόμενη ζήτηση ενέργειας. Τα αυτόνομα συστήματα προσφέρουν επίσης το πλεονέκτημα της ησυχίας. Σε περιπτώσεις όπου οι καλύτερες τοποθεσίες για την εγκατάσταση φωτοβολταϊκών συστημάτων βρίσκονται επίσης σε κατοικημένες περιοχές ή σε περιοχές με ευαισθησία στον θόρυβο, αυτό είναι σημαντικό, καθώς τα συστήματα αυτά διαθέτουν υψηλής ποιότητας συστατικά, ισχυρά κύτταρα λιθίου-ιόντος και αποτελεσματικά ηλεκτρονικά ισχύος που ελαχιστοποιούν τις απαιτήσεις συντήρησης.

Πλεονεκτήματα των Συστημάτων Αποθήκευσης Ενέργειας Φωτοβολταϊκών Συνδεδεμένων στο Δίκτυο

Κατά την εξέταση συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας ηλιακής προέλευσης, τα συνδεδεμένα με το δίκτυο ηλιακά συστήματα μπορούν να προσφέρουν στους χρήστες πλεονεκτήματα που είναι ειδικά τεχνικής φύσης, όσον αφορά τον τρόπο σύνδεσής τους με το δίκτυο. Από τεχνικής άποψης, η εξοικονόμηση κόστους ή η οικονομική αποδοτικότητα αποτελεί σημαντικό κίνητρο: εφόσον οι χρήστες επιλέγουν να χρησιμοποιούν το δίκτυο ως «εικονική μπαταρία», μπορούν να αποφύγουν την εγκατάσταση μεγάλων συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας επί τόπου, με αποτέλεσμα να μειωθούν τα συνολικά κόστη. Οι εν λόγω χρήστες μπορούν να συμμετέχουν στην καθεστώσα της «καθαρής μέτρησης» (net metering), κατά την οποία πωλούν την πλεονάζουσα ενέργεια που παράγουν πίσω στο δίκτυο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση των δαπανών ενέργειας τους, ενώ συνολικά μειώνεται και ο χρόνος απόσβεσης της αρχικής τους επένδυσης. Συνολικά, η απλότητα της εγκατάστασης οφείλεται στην απουσία γεννητριών αντιπληρωμής ή μεγάλων συστημάτων μπαταριών.

Τα σημερινά συστήματα σύνδεσης με το δίκτυο είναι ικανά να αξιοποιούν έξυπνη τεχνολογία, η οποία παρέχει στους χρήστες τη δυνατότητα να παρακολουθούν σε πραγματικό χρόνο όλη την ενέργεια που παράγεται, καταναλώνεται και χρησιμοποιείται στο δίκτυο. Αυτή η δυνατότητα προσφέρει στο χρήστη την ευκαιρία να βελτιστοποιήσει τη χρήση ενέργειας, ώστε να χρησιμοποιεί περισσότερη ηλιακή ενέργεια και λιγότερη ενέργεια από το δίκτυο. Αυτό μειώνει το φορτίο στο δίκτυο και αυξάνει τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, πράγμα που αποτελεί μία μορφή υποστήριξης του δικτύου. Τα συστήματα αυτά μπορούν να ενσωματωθούν στα υφιστάμενα συστήματα δικτύου. Διαθέτουν πιστοποιητικά UL, CE και RoHS.

Στην καθημερινή χρήση, τα αυτόνομα συστήματα ήταν καθοριστικής σημασίας για απομακρυσμένες εγκαταστάσεις. Η μεγάλη διάρκεια ζωής κύκλου και η αντοχή στις καιρικές συνθήκες του συστήματος παρείχαν αδιάλειπτη ενέργεια, η οποία αντικατέστησε τους ακριβούς γεννήτριες πετρελαίου και εξάλειψε τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Οι χρήστες ανέφεραν βελτιωμένη σταθερότητα και αξιόλογη μακροπρόθεσμη εξοικονόμηση, αποδεικνύοντας ότι το σύστημα ανταποκρίνεται αποτελεσματικά στις απαιτήσεις αυτόνομης λειτουργίας.

Τα συστήματα σύνδεσης με το δίκτυο έχουν γίνει δημοφιλή μεταξύ επιχειρηματιών και ιδιοκτητών κατοικιών στις αστικές περιοχές. Ένα μικρό καταστήματος λιανικής εγκατέστησε σύστημα σύνδεσης με το δίκτυο και εφάρμοσε την τεχνική της καθαρής μέτρησης (net metering), εξοικονομώντας το 75% του λογαριασμού ηλεκτρικού ρεύματός του. Χρησιμοποίησε επιχειρησιακή παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο για να μετατοπίσει τις λειτουργίες του προς τις ώρες μέγιστης παραγωγής ηλιακής ενέργειας. Οι ιδιοκτήτες κατοικιών και οι επιχειρηματίες εκτιμούν την αυτόματη εναλλαγή μεταξύ ηλιακής και δικτυακής παροχής. Πολλοί ανέφεραν ότι η πρόσθετη δυνατότητα αποθήκευσης ηλιακής ενέργειας αύξησε την αξία της περιουσίας τους.

Κατανόηση της απόδοσης και της αποδοτικότητας

Υπάρχουν διαφορές στο σχεδιασμό και στη χρήση μεταξύ των δύο συστημάτων. Τα αυτόνομα συστήματα (off-grid) εξαρτώνται από την αποδοτικότητα των φωτοβολταϊκών πλαισίων και από την ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας και κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης των μπαταριών. Οι μπαταρίες LiFePO4 προτιμώνται, καθώς προσφέρουν καλύτερη πυκνότητα ενέργειας και διάρκεια ζωής σε κύκλους. Η αποδοτικότητα των ηλιακών πλαισίων, που μετατρέπουν το ηλιακό φως απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια, επηρεάζει άμεσα την παραγόμενη ισχύ. Η συνδυασμένη χρήση καλύτερης αποθήκευσης και μειωμένων απωλειών κατά τη μετατροπή ενέργειας οδηγεί σε καλύτερο σύστημα.

Τα συστήματα συνδεδεμένα με το δίκτυο δεν επιβαρύνονται από την επιπλέον λογική αποθήκευσης, καθώς συνδέονται με το δίκτυο. Η απόδοσή τους βασίζεται στη συμβατότητα των φωτοβολταϊκών πλαισίων και των μετατροπέων με το δίκτυο. Ένας υψηλής ποιότητας μετατροπέας προκαλεί μικρότερη απώλεια ενέργειας κατά τη μετατροπή από συνεχές ρεύμα (DC) σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) του δικτύου. Το σύστημα καθαρής μέτρησης (net metering) προσφέρει καλύτερη βαθμολογία απόδοσης, ανάλογα με την εφαρμοζόμενη πολιτική. Η εξισορρόπηση του συστήματος με το πρότυπο κατανάλωσης του χρήστη βελτιώνει την απόδοση της αποθήκευσης.

Ανάλυση της μακροπρόθεσμης αξίας και της σύγκρισης κόστους

Κατά την αξιολόγηση και των δύο συστημάτων, η διαφάνεια του κόστους είναι καθοριστικής σημασίας. Τα αυτόνομα συστήματα απαιτούν μεγαλύτερη αρχική επένδυση λόγω των μπαταριών και των συστατικών αντικατάστασης. Ωστόσο, αυτά τα κόστη αντισταθμίζονται, καθώς οι πελάτες δεν καταβάλλουν καμία χρέωση στο δίκτυο, προστατεύονται από την αύξηση των τιμών των υπηρεσιών και, με την προβλεπόμενη διάρκεια ζωής των μπαταριών να υπερβαίνει τους 6000 κύκλους, εγγυώνται χαμηλό συνολικό κόστος με την πάροδο του χρόνου. Αυτά τα συστήματα προσφέρουν ανεκτίμητη αξία σε περιοχές όπου δεν υπάρχει πρόσβαση στο δίκτυο.

Τα συστήματα που συνδέονται με το δίκτυο έχουν χαμηλότερο αρχικό κόστος. Αρχίζουν να αποδίδουν αμέσως λόγω των εξοικονομήσεων από την καθεστώσα της καθαρής μέτρησης (net metering). Η απόσβεση της επένδυσης είναι ταχύτερη σε σύγκριση με τα αυτόνομα συστήματα, λόγω της μείωσης των λογαριασμών. Βασίζονται στη διαθεσιμότητα του δικτύου και στις πολιτικές καθαρής μέτρησης που καθορίζονται από την αρμόδια αρχή. Ως εκ τούτου, η έρευνα για την τοπική νομοθεσία και τη ρύθμιση από τις εταιρείες ηλεκτρισμού είναι σημαντική για τη μακροπρόθεσμη βιωσιμότητα. Η τεχνολογία σχετικά με την ηλιακή ενέργεια θα βελτιωθεί και θα αντισταθμίσει την αύξηση του κόστους της ενέργειας και για τα δύο είδη συστημάτων.

Συμπέρασμα

Από την άποψη της ενεργειακής αυτάρκειας, τα συστήματα εκτός δικτύου είναι εξαιρετικά καλά. Είναι επίσης αξιόπιστα για απομακρυσμένες τοποθεσίες, ενώ η προστασία τους από προβλήματα του δικτύου τα καθιστά ιδανικά για αγροτικές περιοχές, απομακρυσμένες επιχειρήσεις ή για την επίτευξη αυτάρκειας. Οι εξοικονομήσεις κόστους και η απλούστευση της εγκατάστασης τα καθιστούν ιδανικά για χρήση σε αγροτικές και προαστιακές περιοχές. Κατά την επιλογή, λάβετε υπόψη την τοποθεσία, τις ενεργειακές ανάγκες, τα οικονομικά δεδομένα και τους στόχους που έχετε θέσει για το σύστημα. Η συνεργασία με αξιόπιστους κατασκευαστές, καθώς και με συμβούλους στον τομέα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, θα σας βοηθήσει να λάβετε μια ενημερωμένη απόφαση. Και τα δύο συστήματα εξελίσσονται μαζί με την τεχνολογία των μπαταριών και την αυξανόμενη αξιοπιστία των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.