Хранение солнечной энергии: автономные и сетевые системы

В современном мире солнечная энергия будет и далее оставаться основным возобновляемым источником энергии, к которому большинство людей будут обращаться. Важно понимать базовые типы таких систем. В этой связи мы сосредоточим обсуждение на системах хранения солнечной энергии — автономных (off-grid) и подключённых к централизованной электросети (grid-tied). Автономные системы не подключены к общественной электросети, тогда как системы, подключённые к сети, — подключены. Автономные системы обеспечивают энергонезависимость и включают солнечные панели, аккумуляторы и инверторы, позволяющие удовлетворять потребности в энергии. Системы, подключённые к сети, зависят от общественной электросети и способны забирать энергию из сети, когда выработка солнечных панелей низка, а также передавать избыток энергии обратно в сеть при высокой выработке. Автономные системы идеально подходят для удалённых районов, где отсутствует доступ к централизованной электросети; однако такие системы требуют наличия аккумуляторных батарей для хранения энергии на ночь и в пасмурные периоды. В пригородных и городских условиях наиболее эффективны системы, подключённые к сети, поскольку в этих районах имеется возможность использовать сетевое энергоснабжение, а необходимость в аккумуляторных системах хранения энергии отсутствует.

Технические преимущества автономных солнечных систем накопления энергии

Что касается независимого использования энергии, автономные солнечные системы накопления энергии обладают уникальными техническими преимуществами. Наиболее важным из этих преимуществ является полная энергетическая независимость, защищающая пользователей от роста тарифов на коммунальные услуги, отключений электроснабжения и нестабильности тарифов. В системах используются литий-железо-фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы, обеспечивающие более 6000 циклов зарядки-разрядки и устойчивость к экстремальным температурам. Умные системы управления аккумуляторами (BMS), встроенные в аккумуляторы, охватывают наиболее распространённые сценарии выхода аккумуляторов из строя: перезаряд, высокие температуры и короткое замыкание.

Другое важное преимущество — масштабируемость автономных солнечных систем. Удалённые общины, загородные дома и коммерческие объекты в отдалённых районах могут изначально установить автономную солнечную систему, а затем расширить её за счёт дополнительных аккумуляторов или панелей для удовлетворения растущего спроса на электроэнергию. Автономные системы также обладают преимуществом бесшумности. Это особенно важно в тех местах, где лучшие участки для размещения солнечных систем совпадают с жилыми зонами или территориями с повышенной чувствительностью к шуму: такие системы оснащаются высококачественными компонентами, мощными литий-ионными элементами и эффективной силовой электроникой, что сводит к минимуму потребность в техническом обслуживании.

Преимущества сетевых солнечных систем с накоплением энергии

При рассмотрении систем хранения солнечной энергии сетевые солнечные системы могут обеспечить пользователям преимущества, носящие исключительно технический характер, в частности связанные со способом их подключения к электросети. С технической точки зрения значительным стимулом является экономия средств или повышение экономической эффективности: поскольку пользователи используют сеть в качестве «виртуальной батареи», им удается отказаться от крупных автономных систем хранения энергии, что снижает затраты. Такие пользователи могут участвовать в программе нет-метринга (расчёта по разнице между потреблённой и отданной в сеть электроэнергией), при которой излишки выработанной ими энергии продаются обратно в сеть. Это позволяет сократить расходы на электроэнергию, а также сократить общий срок окупаемости первоначальных инвестиций. В целом простота монтажа обусловлена отсутствием резервных генераторов или крупных аккумуляторных систем.

Современные сетевые системы могут использовать интеллектуальные технологии, которые позволяют пользователям в реальном времени отслеживать всю вырабатываемую, потребляемую и поставляемую в сеть энергию. Такая возможность даёт пользователю шанс оптимизировать энергопотребление, увеличив долю солнечной энергии и сократив объём энергии, получаемой из сети. Это снижает нагрузку на электросеть и повышает долю возобновляемых источников энергии, что является одной из форм поддержки сети. Такие системы могут быть интегрированы в существующие сетевые инфраструктуры. Они имеют сертификаты UL, CE и RoHS.

В повседневной эксплуатации автономные системы играют ключевую роль в обеспечении удалённых объектов энергией. Длительный срок службы и устойчивость к погодным воздействиям обеспечивают бесперебойное энергоснабжение, заменяя дорогостоящие дизельные генераторы и полностью исключая выбросы углерода. Пользователи отмечают повышение стабильности работы и ощутимую долгосрочную экономию, что подтверждает эффективность данной системы при решении задач автономного энергоснабжения.

Системы, подключенные к электросети, стали популярны среди городских предпринимателей и домовладельцев. Небольшой розничный магазин установил систему, подключённую к электросети, и воспользовался программой учёта нетто-энергии, чтобы сократить свой счёт за электроэнергию на 75 %. Он использовал бизнес-мониторинг в режиме реального времени, чтобы перенести часть своей деятельности на часы максимальной выработки солнечной энергии. Домовладельцы и предприниматели ценят автоматическое переключение между солнечной и сетевой электроэнергией. Многие отмечают, что наличие дополнительного функционала солнечного накопителя повысило стоимость их недвижимости.

Понимание производительности и эффективности

Между двумя системами существуют различия, обусловленные как особенностями проектирования, так и конкретными условиями эксплуатации. Автономные системы зависят от эффективности солнечных панелей и ёмкости аккумуляторов по энергии и циклам зарядки-разрядки. Аккумуляторы LiFePO4 предпочтительны благодаря более высокой плотности энергии и большему количеству циклов зарядки-разрядки. Эффективность солнечных панелей, преобразующих солнечный свет непосредственно в электричество, напрямую влияет на выходную мощность. Совместное применение более эффективных систем хранения и преобразования энергии снижает потери и обеспечивает лучшие характеристики всей системы.

Системы, подключенные к электросети, не требуют дополнительной логики хранения энергии, поскольку они синхронизируются с сетью. Их эффективность зависит от совместимости солнечных панелей и инверторов с электросетью. Более качественный инвертор обеспечивает меньшие потери энергии при преобразовании постоянного тока (DC) в переменный ток (AC), используемый в электросети. Чистый учёт (net metering) повышает показатель эффективности в зависимости от действующей политики. Балансировка системы с учётом режима потребления энергии пользователем улучшает характеристики накопления энергии.

Анализ долгосрочной ценности и сравнение затрат

При оценке обеих систем прозрачность затрат имеет решающее значение. Автономные (off-grid) системы требуют более высоких первоначальных инвестиций из-за необходимости установки аккумуляторных батарей и резервных компонентов. Однако эти расходы компенсируются тем, что пользователи не платят за подключение к электросети, защищены от роста тарифов на электроэнергию, а при прогнозируемом сроке службы аккумуляторов свыше 6000 циклов обеспечиваются низкие совокупные затраты в течение всего срока эксплуатации. Такие системы обеспечивают бесценную ценность в местах, где отсутствует доступ к централизованной электросети.

Системы, подключенные к электросети, имеют более низкие стартовые затраты. Они начинают окупаться сразу же благодаря экономии от нет-учета. Окупаемость инвестиций наступает быстрее, чем у автономных систем, за счет снижения счетов за электроэнергию. Их работа зависит от наличия электросети и политик нет-учета, установленных компетентными органами. Поэтому для обеспечения долгосрочной жизнеспособности важно изучить местные нормативные акты и правила регулирования со стороны энергоснабжающих компаний. Технологии, связанные с солнечной энергетикой, будут совершенствоваться и компенсируют рост цен на энергию как для сетевых, так и для автономных систем.

Заключение

С точки зрения энергетической независимости автономные системы (off-grid) являются отличным решением. Они также надёжны в удалённых местностях, а защита от сбоев централизованной электросети делает их идеальными для сельских районов, удалённых предприятий или достижения самообеспеченности. Экономия средств и упрощённый монтаж делают такие системы привлекательными для сельской и пригородной местности. При выборе системы следует учитывать местоположение, энергетические потребности, финансовые возможности и поставленные цели. Сотрудничество с авторитетными производителями, а также консультантами в области возобновляемой энергетики позволит принять обоснованное решение. Обе системы развиваются вместе с технологиями аккумуляторов и растущей надёжностью возобновляемых источников энергии.