Зберігання сонячної енергії: автономні та мережеві системи

У сучасному світі сонячна енергетика й надалі залишатиметься найпоширенішим рішенням у галузі відновлюваних джерел енергії, до якого звертатимуться більшість людей. Розуміння найпростіших типів систем є важливим. У цьому контексті ми зосередимо обговорення на системах накопичення сонячної енергії — автономних (off-grid) та системах, підключених до мережі (grid-tied). Автономні системи не підключаються до загальної електромережі, тоді як системи, підключені до мережі, — підключаються. Автономні системи є енергетично незалежними й складаються з сонячних панелей, акумуляторів та інверторів, які забезпечують задоволення енергетичних потреб. Системи, підключені до мережі, залежать від загальної електромережі й мають здатність споживати електроенергію з мережі, коли виробництво сонячної енергії панелями є низьким, а також передавати надлишкову енергію назад у мережу під час високого рівня виробництва. Автономні системи є ідеальними для віддалених районів, де відсутнє підключення до електромережі; однак такі системи вимагають наявності акумуляторних батарей для зберігання енергії на ніч та періоди похмурої погоди. У передмістях та урбанізованих зонах найкраще працюють системи, підключені до мережі, оскільки в цих районах є доступ до електромережі, а отже, немає потреби в акумуляторних системах зберігання енергії.

Технічні переваги автономних сонячних систем накопичення енергії

Щодо незалежного використання енергії, автономні сонячні системи накопичення мають унікальні технічні переваги. Найважливішою з цих переваг є повна енергетична незалежність, яка захищає користувачів від високих рахунків за комунальні послуги, перебоїв у подачі електроенергії та нестабільних тарифів на електроенергію. У цих системах використовуються літій-залізо-фосфатні (LiFePO4) акумулятори, які забезпечують понад 6000 циклів заряджання/розряджання та стійкість до екстремальних температур. Розумні системи керування акумуляторами (BMS), інтегровані в акумулятори, охоплюють найпоширеніші сценарії виходу акумуляторів з ладу: перезарядження, підвищені температури та короткі замикання.

Інша головна перевага — масштабованість автономних сонячних систем. Віддалені спільноти, сільські будинки та комерційні операції у віддалених районах можуть встановити автономні сонячні системи, а згодом розширити їх додатковими акумуляторами або панелями, щоб задовольнити зростаючу потребу в електроенергії. Автономні системи також мають перевагу тихої роботи. Це особливо важливо в тих місцях, де кращі ділянки для встановлення сонячних систем розташовані поблизу житлових зон або територій із підвищеною чутливістю до шуму, оскільки такі системи оснащені якісними компонентами, потужними літій-іонними акумуляторами та ефективною силовою електронікою, що мінімізує потребу в технічному обслуговуванні.

Переваги сонячних систем накопичення енергії, підключених до мережі

При розгляді систем зберігання сонячної енергії сонячні системи, підключені до мережі, можуть забезпечити користувачів перевагами, які мають переважно технічний характер, зокрема щодо способу їхнього підключення до електромережі. З технічної точки зору значним стимулом є економія коштів або ефективність витрат: оскільки користувачі обирають електромережу як «віртуальну акумуляторну батарею», вони можуть відмовитися від великих автономних систем зберігання енергії, що зменшує витрати. Такі користувачі можуть брати участь у програмі чистого обліку енергії (net metering), коли вони продають надлишкову вироблену енергію назад у мережу. Це призводить до зниження витрат на енергію, а також скорочує загальний термін окупності початкових інвестицій. Загалом простота монтажу зумовлена відсутністю резервних генераторів або великих акумуляторних систем.

Сучасні системи, підключені до мережі, здатні використовувати інтелектуальні технології, що надає користувачам можливість переглядати всю енергію, яка виробляється, споживається та використовується в реальному часі в електромережі. Ця можливість надає користувачеві шанс оптимізувати споживання енергії, щоб використовувати більше сонячної енергії й менше електроенергії з мережі. Це зменшує навантаження на мережу й збільшує використання відновлюваних джерел енергії, що є одним із видів підтримки електромережі. Такі системи можна інтегрувати в існуючі мережеві системи. Вони мають сертифікати UL, CE та RoHS.

У повсякденному використанні автономні системи завжди були життєво важливими для роботи віддалених об’єктів. Тривалий термін служби цих систем та їх стійкість до погодних умов забезпечували безперервне енергопостачання, замінивши дорогі дизельні генератори й усунувши викиди вуглекислого газу. Користувачі відзначили покращену стабільність роботи та помітну економію у довгостроковій перспективі, що свідчить про ефективне вирішення системою завдань, пов’язаних із автономним енергопостачанням.

Системи, підключені до мережі, набули популярності серед міських підприємців та домогосподарів. У невеликому роздрібному магазині встановили систему, підключену до мережі, і застосували систему чистого обліку електроенергії, щоб зекономити 75 % рахунків за електроенергію. Власник магазину використовував бізнес-моніторинг у реальному часі, щоб перенести більшу частину своїх операцій на години пікової генерації сонячної енергії. Домогосподарі та підприємці цінують автоматичне перемикання між сонячною та мережевою електроенергією. Багато хто відзначив, що додаткова функція сонячного зберігання енергії підвищила вартість їх нерухомості.

Розуміння продуктивності та ефективності

Між двома системами існують відмінності, пов’язані з проектуванням та конкретними сценаріями використання. Автономні системи залежать від ефективності сонячних панелей та ємності акумуляторів щодо зберігання енергії та кількості циклів заряджання/розряджання. Акумулятори LiFePO4 є переважним варіантом через їх вищу щільність енергетичної ємності та тривалості циклу життя. Ефективність сонячних панелей, які безпосередньо перетворюють сонячне світло на електричну енергію, безпосередньо впливає на загальний вихід системи. Поєднання покращеної системи зберігання енергії та зниження втрат енергії під час перетворення забезпечує кращу загальну ефективність системи.

Системи, підключені до мережі, не мають додаткової логіки зберігання, оскільки вони інтегруються з електромережею. Їх ефективність залежить від сумісності сонячних панелей та інверторів із мережею. Інвертор вищої якості втрачає менше енергії під час перетворення постійного струму (DC) у змінний струм (AC) для подачі в мережу. Чисте облікове вимірювання (net metering) забезпечує кращий показник ефективності залежно від чинної політики. Узгодження системи з режимом споживання енергії користувачем забезпечує кращі показники зберігання енергії.

Аналіз довгострокової цінності та порівняння вартості

При оцінці обох систем прозорість витрат є вирішальною. Автономні системи вимагають більших початкових інвестицій через необхідність установки акумуляторних батарей та резервних компонентів. Однак ці витрати компенсуються тим, що клієнти не сплачують ніяких платежів за користування електромережею, захищені від зростання тарифів комунальних послуг, а також завдяки тривалому терміну служби акумуляторів — понад 6000 циклів заряджання/розряджання, що гарантує низьку загальну вартість експлуатації протягом тривалого часу. Такі системи забезпечують безцінну цінність у місцях, де немає доступу до електромережі.

Системи, підключені до мережі, мають нижчі початкові витрати. Вони починають окуповуватися відразу завдяки економії від чистого обліку споживання. Термін окупності інвестицій скоротжується порівняно з автономними системами через зниження рахунків за електроенергію. Такі системи залежать від доступності електромережі та політики чистого обліку, встановленої відповідними органами влади. Тому дослідження місцевої політики та регуляторних вимог комунальних підприємств є важливим для забезпечення їхньої довгострокової ефективності. Технології, пов’язані з сонячною енергетикою, будуть удосконалюватися й компенсуватимуть зростання вартості енергії як для підключених до мережі, так і для автономних систем.

Висновок

З точки зору енергетичної незалежності автономні системи є чудовим рішенням. Вони також надійні для віддалених місць, а захист від проблем із загальною електромережею робить їх ідеальними для сільських районів, віддалених підприємств або забезпечення самозабезпечення. Економія коштів та спрощена установка роблять їх чудовим варіантом для сільських і передміських зон. При виборі системи слід враховувати місцезнаходження, енергетичні потреби, фінансові можливості та цілі, які ви ставите перед системою. Співпраця з авторитетними виробниками, а також консультантами з відновлюваних джерел енергії допоможе зробити обґрунтований вибір. Обидві системи розвиваються разом із технологіями акумуляторів та зростаючою надійністю відновлюваних джерел енергії.