Saulės elektrinės baterijų saugykla: švarios energijos keitimas

Vis labiau populiarėjant atsinaujinantiems energijos šaltiniams, pavyzdžiui, saulės energijai, energijos kaupimas tampa vis svarbesnis siekiant užtikrinti patikimą elektros energijos tiekimą net tada, kai nešviečia saulė ar nepučia vėjas. Akumuliatoriaus saugykla leidžia saulės elektrinėms kaupti perteklinę energiją, kuri yra pagaminta naudojant naktį arba esant didesniam poreikiui. Šiame dokumente bus aptariami akumuliatoriaus saugojimo pranašumai ir kaip jis įgyvendinamas.

Key Takeaways

• Komunalinių paslaugų masto saulės elektrinių derinimas su baterijų saugykla suteikia didelę tinklo balansavimo, ekonominę ir atsparumo naudą
• Išlygina saulės energijos gamybos kintamumą, perkelia tiekimą į vakaro piko periodus, užtikrina didelę atsinaujinančios energijos skverbimąsi
• Pagrindinės baterijų, prognozavimo įrankių ir išmaniųjų keitiklių naujovės, pagerinančios galimybes
• Mažėjant sąnaudoms, saulės energija ir saugykla bus labai svarbios įperkamos, patikimos ir tvarios energijos sistemos
• Subalansuoja elektros pasiūlą ir paklausą, suteikia atsarginį atsparumą, integruoja daugiau atsinaujinančių energijos šaltinių
• Saulės elektrinės, suporuotos su tinkamo dydžio baterijų saugykla, gali padėti pasiekti dekarbonizacijos tikslus

Saulės elektrinės baterijų saugojimo pagrindai

Pasineriant į saulės energijos pasaulį, svarbu suprasti saulės elektrinių baterijų saugojimo pagrindus. Ši technologija atlieka lemiamą vaidmenį siekiant, kad atsinaujinanti energija būtų patikimesnė ir efektyvesnė, nes saulės baterijų pagamintą elektros energiją kaupia vėlesniam naudojimui.

Energijos kaupimo tipai

Yra įvairių energijos kaupimo technologijų, tačiau saulės elektrinėse paprastai naudojamos ličio jonų baterijos dėl jų didelio efektyvumo, ilgo tarnavimo laiko ir patikrinto veikimo. 

Kaip veikia saulės baterijų saugykla

Kai jūsų saulės baterijos pagamina daugiau elektros nei jūsų namų ar verslo poreikis, energijos perteklius kaupiamas akumuliatorių sistemoje. Mažos saulės energijos gamybos arba didelio elektros poreikio laikotarpiais sukaupta energija gali būti naudojama jūsų prietaisams maitinti, taip sumažinant jūsų priklausomybę nuo tinklo elektros ir sutaupant pinigų.

Stebėjimo sistema saulės baterijų saugykloje teikia realiu laiku informaciją apie energijos gamybą, suvartojimą ir akumuliatoriaus saugojimo lygį. Šiuos duomenis galite pasiekti naudodami kompiuterio ar išmaniojo telefono programėlę, leidžiančią stebėti saulės sistemos veikimą ir atlikti reikiamus pakeitimus.

Saulės elektrinių derinimo su baterijų saugykla privalumų apžvalga

• Efektyvus saulės energijos naudojimas: Sukaupę elektros energijos perteklių galite naudoti saulės energiją net tada, kai nešviečia saulė arba didžiausio poreikio metu, todėl atsinaujinančios energijos sistema taps patikimesnė ir efektyvesnė.
• Mažesnės elektros sąskaitos: Pasitikėdami sukaupta saulės energija didelio elektros poreikio laikotarpiais galite sutaupyti pinigų, nes išvengsite didžiausių komunalinių paslaugų tarifų.
• Tinklo nepriklausomumas ir atsparumas: Saulės elektrinės baterijų saugykla gali padėti užtikrinti atsarginę elektros energiją per tinklo gedimus, kad jūsų namai ar verslas veiktų sklandžiai ir be pertrūkių.

Akumuliatorių saugojimo technologiniai aspektai

Kalbant apie saulės elektrinių baterijų saugojimą, verta paminėti keletą technologijų. 

Viena gerai žinoma saugojimo technologija yra ličio jonų baterijos. Šioje srityje padaryta didelė pažanga – 2010–2020 m. kainos sumažėjo 80–90%. Šį sąnaudų sumažėjimą pirmiausia lėmė automobilių pramonės pastangos sukurti mažesnius, įperkamesnius ir galingesnius elektromobilių akumuliatorius.

Ličio jonų akumuliatoriai yra populiarūs dėl didelio energijos tankio ir gebėjimo efektyviai įkrauti bei išsikrauti. Jie turi keletą privalumų, tokių kaip:

• Ilgas ciklo gyvenimas
• Mažas savaiminio išsikrovimo greitis
• Lengvas dizainas
• Aukštas energijos vartojimo efektyvumas

Be ličio jonų baterijų, šiluminė saugykla yra dar viena technologija, naudojama energijos kaupimui kai kuriose saulės elektrinėse. Ši technika apima per dieną susidariusios šilumos perteklių, kurią vėliau prireikus galima paversti atgal į elektros energiją. Yra įvairių šilumos saugojimo būdų, įskaitant:

1. Protingas šilumos kaupimas naudojant tokias medžiagas kaip vanduo, akmenys ar išlydytos druskos
2. Latentinis šilumos kaupimas naudojant fazių keitimo medžiagas
3. Termocheminis saugojimas, apimantis chemines reakcijas energijai kaupti ir išleisti

Kitas saugojimo sprendimas, kurį verta ištirti smagračiai. Šie mechaniniai įrenginiai kaupia energiją besisukančioje masėje ir gali suteikti trumpalaikę galią didžiausios paklausos laikotarpiais. Smagračiai turi ilgą tarnavimo laiką ir gali greitai reaguoti į energijos poreikio pokyčius, todėl jie yra potencialus pasirinkimas saulės elektrinėms, ieškančioms trumpalaikių saugojimo sprendimų.

Sandėliavimo technologijų rūšys

Su saulės elektrinėmis naudojamos kelios saugojimo technologijos:

Sandėliavimo tipas	apibūdinimas
Ličio jonų baterijos	Greitas atsakas, didelis efektyvumas
Švino rūgšties akumuliatoriai	Maža kaina, patikrintas našumas
Suspaustas oras	Per suslėgtą orą kaupia potencialią energiją
Šiluminis saugojimas	Išsaugo šilumos ar šalčio perteklių, kad būtų galima naudoti vėliau
Siurbiamas hidro	Labiausiai paplitusi didelio masto tinklo saugykla

Pabrėždamas techninę saulės energijos ir saugojimo terminija visoje šioje skiltyje taikoma atitinkamoms raktinių žodžių frazėms. Lentelėje taip pat galima įtraukti raktą saugojimo technologijos susijusi su saulės elektrinėmis.

Išlaidos ir ekonominis gyvybingumas

Paskatos ir mokesčių kreditai

Daugelio šalių vyriausybės siūlo patrauklias paskatas skatinti atsinaujinančios energijos technologijų, įskaitant akumuliatorių saugojimo sistemas, taikymą. Pavyzdžiui, Jungtinėse Amerikos Valstijose yra federalinė investicijų mokesčių kreditas (ITC) tiek gyvenamiesiems, tiek komerciniams saulės energijos įrenginiams. Šis kreditas taikomas baterijų saugojimo sistemoms, kai jos suporuojamos su saulės fotovoltinėmis (PV) plokštėmis.

Įvairios valstijos ir vietinės paskatos gali papildyti tą federalinį mokesčių kreditą, todėl saulės elektrinių baterijų saugojimas tampa dar ekonomiškesnis. Taigi, tyrinėdami savo galimybes, būtinai ištirkite visas galimas paskatas jūsų regione.

Kainodara ir atsipirkimo laikotarpis

Saulės elektrinių baterijų saugojimo sistemų kainos nuolat mažėjo, todėl jos tapo prieinamesnės tiek gyvenamosioms, tiek komercinėms reikmėms. Tarptautinės atsinaujinančios energijos agentūros (IRENA) atliktas tyrimas parodė, kad baterijų elektros kaupimo sistemos siūlo didžiulį diegimo ir sąnaudų mažinimo potencialą. Tačiau saulės elektrinės baterijų kaupimo sistemos atsipirkimo laikotarpis priklauso nuo tokių veiksnių kaip sistemos kaštai, elektros kaina ir galimos paskatos.

Pavyzdžiui, buvo sukurtas imitacinis modelis, skirtas ištirti ekonominį gyvenamosios paskirties fotovoltinės energijos baterijų saugojimo gyvybingumą Vokietijoje pagal aštuonis skirtingus elektros kainų scenarijus 2013–2022 m. Tyrimo metu nustatyta, kad atsipirkimo laikotarpis skiriasi priklausomai nuo elektros kainos ir paskatų schemų.

Norėdami įvertinti saulės elektrinės baterijų saugojimo sistemos atsipirkimo laikotarpį, atsižvelkite į šiuos dalykus:

• Pradinės montavimo išlaidos (baterijos, keitiklio ir darbo sąnaudos)
• Nuolatinės priežiūros išlaidos
• Sutaupytos elektros energijos vertė
• Mokesčių kreditai ir paskatos

Įvertinta diegiant saugyklą su saulės elektrinėmis.

A. Didesnės išankstinės sistemos išlaidos

• Padidėja akumuliatoriaus saugykla kapitalo sąnaudos saulės energijos projektams
• Tačiau saugojimas padidėja kainos efektyvumas ilgalaikėje perspektyvoje

B. Papildomi žemės reikalavimai

• Akumuliatorių patalpoms reikalingas nekilnojamasis turtas būstui ir jungtims
• Turi būti gauti tinkami zonavimo ir žemės naudojimo leidimai

C. Gamybos ir šalinimo poveikis

• Atsakingas gyvavimo ciklo poveikį reikia atsižvelgti
• Apima žaliavų gavybą, perdirbimo politiką, transportavimą

D. Sudėtingas sistemos projektavimas ir valdymas

• Norint integruoti saulės, saugyklos ir tinklo sąveiką, reikia kruopštaus inžinerijos
• Optimizuotos programinės įrangos valdikliai turi valdyti įkrovimą, iškrovimą, prognozavimą ir kt.

Nors šie veiksniai daro sudėtingumą, geriausia praktika ir naujovės gerina įgyvendinamumą. Taip pat dedamos pastangos standartizuoti saulės energiją ir saugojimą sujungimo reikalavimai.

Integracija su tinkleliu

Įtraukiant saulės elektrinės baterijų saugyklą į elektros energijos sistemą, būtina atsižvelgti į būdus, kaip ši technologija gali būti naudinga tiek jums, tiek tinklo operatoriams. Gerai integruota akumuliatoriaus energijos kaupimo sistema (BESS) ne tik daro tinklą efektyvesnį ir stabilesnį, bet ir padidina saulės elektrinių pajėgumus.

Tinklo stabilumas ir sklandus išėjimas

Pertrūkių problemų dažnai kyla naudojant atsinaujinančius energijos šaltinius, pvz., saulės energiją, dėl tokių veiksnių kaip oro sąlygos ar paros laikas. Naudodami akumuliatoriaus saugyklą galite kaupti energijos perteklių didžiausio gamybos metu ir išleisti, kai reikia. Šis procesas padeda užtikrinti sklandesnį saulės elektrinių našumą ir suteikia stabilumo visam tinklui. Tai taip pat leidžia tinklo operatoriams geriau suderinti pasiūlą ir paklausą.

Atsarginis maitinimas ir mikrotinklai

Akumuliatorių saugojimo sistemos atlieka svarbų vaidmenį teikiant atsarginę energiją nutrūkus maitinimui. Tais atvejais, kai saulės elektrinės yra prijungtos prie mikrotinklų, ši galimybė tarnauja bendruomenėms, tiekiant energiją, kai nėra pagrindinio elektros tinklo. Tai sustiprina jūsų atsparumą elektros energijos tiekimo sutrikimams, kuriuos sukėlė stichinės nelaimės, įrangos gedimas ar kitos problemos.

Patobulinta galios talpa

Saulės elektrines su baterijų saugykla galima įsivaizduoti kaip du atskirus išteklius – galią ir energijos talpą. Galios galia reiškia didžiausią galią, kurią gamykla gali suteikti bet kuriuo metu. Tuo tarpu energijos talpa reiškia bendrą energijos kiekį, kurį galima išleisti per tam tikrą laiką.

Pavyzdžiui, įsivaizduokite, kad jūsų akumuliatoriaus saugojimo sistema gali užtikrinti maksimalią 10 MW galią iki 4 valandų. Pagal šį scenarijų jūsų galia yra 10 MW, o energijos galia – 40 MWh. Įrengę savo saulės elektrinę su BESS, galite optimizuoti šiuos pajėgumus ir tiekti energiją, kai jos reikia, todėl jūsų indėlis į tinklą bus vertingesnis.

Kruopščiai integruodami ir atsižvelgdami į tinklo reikalavimus, pastebėsite, kad saulės elektrinės baterijų saugykla gali padidinti galią, užtikrinti sklandų energijos tiekimą ir užtikrinti patikimą atsarginę galią prireikus – išlaikant draugiškus santykius su tinklo operatoriais. .

Aplinkos ir sezoniniai veiksniai

Svarstant saulės elektrinę su baterijų saugykla, svarbu žinoti aplinkos ir sezoninius veiksnius, kurie gali turėti įtakos jūsų saulės energijos plius saugojimo sistemos veikimui. Šiame skyriuje aptarsime kai kuriuos iš šių veiksnių ir pateiksime patarimų, kaip atitinkamai optimizuoti sistemą.

Saulės šviesa yra labai svarbus veiksnys jūsų saulės kolektorių veikimui. Saulės šviesos svyravimai per dieną ir metus gali turėti įtakos jūsų fotovoltinės sistemos efektyvumui. Pavyzdžiui, jūsų plokštės generuos daugiau energijos didžiausio saulės šviesos valandomis, paprastai nuo 11 iki 14 val. Norint užtikrinti optimalų saulės šviesos naudojimą, būtina saulės baterijas sumontuoti tinkamu kampu ir padėtimi.

Oro sąlygos, pvz., vėjas ir dulkės, taip pat gali turėti įtakos jūsų saulės elektrinei. Vėjas gali atvėsinti jūsų saulės baterijas, bet taip pat gali nusodinti dulkes ir nešvarumus ant paviršiaus ir sumažinti jų veikimą. Svarbu reguliariai valyti saulės baterijas, kad išlaikytumėte maksimalų efektyvumą. Galite naudoti šiuos patarimus, kaip prižiūrėti saulės baterijas:

• Reguliariai tikrinkite: Kas kelis mėnesius apžiūrėkite savo plokštes, kad įsitikintumėte, jog jose nėra dulkių ir šiukšlių.
• Švelniai valykite: Naudokite minkštą šepetėlį, švelnų muilą ir vandenį, kad pašalintumėte nuo plokščių susikaupusias medžiagas.

Sezoniniai saulės spindulių svyravimai daro didelę įtaką jūsų saulės elektrinės veikimui. Žiemos mėnesiais saulės baterijos paprastai gauna mažiau saulės šviesos dėl trumpesnių dienų ir mažesnių saulės kampų. Atsižvelgiant į šiuos sezoninius pokyčius, gali tekti pakoreguoti saulės kolektorių pakreipimą arba įdiegti energijos valdymo sistemą, kad būtų atsižvelgta į sumažėjusį saulės energijos gamybą.

Akumuliatorių saugojimo integravimas į saulės elektrinę gali padėti sušvelninti aplinkos ir sezoninių veiksnių keliamus iššūkius. Gerai suprojektuota saulės energijos kaupimo sistema leidžia kaupti energiją didelio saulės generavimo laikotarpiais ir išleisti, kai saulės šviesa yra ribota. Tai užtikrina, kad jūsų sistema išliks efektyvi ir patikima ištisus metus.

Pasaulinė rinka ir regioninės įžvalgos

Saulės energija Kalifornijoje ir Teksase

Paimkime pavyzdžius Amerikoje ir Australijoje. Smagu, kad pasaulinė saulės baterijų rinka auga tokiu sparčiu tempu. Jums bus malonu žinoti, kad Jungtinėse Valstijose tiek Kalifornija, tiek Teksasas yra atsinaujinančios energijos lyderiai ir daugiausia dėmesio skiria saulės energijai. Tiesą sakant, JAV Energetikos informacijos administracija (EIA) tai numato 54,5 gigavato (GW) naujos komunalinės paskirties elektros galios 2023 m. prisijungs prie Amerikos elektros tinklo, o saulės energija sudarys 54%, o akumuliatoriaus saugykla - 17%.

Tiriant toliau, būtina suprasti saulės energijos kaupimo vaidmenį šiose būsenose:

• Kalifornija: Kalifornija, žinoma dėl savo ambicingų atsinaujinančios energijos tikslų, ruošia kelią saulės energijos diegimui. Valstybė įgyvendino politiką, skatinimo priemones ir paramos struktūras, skatinančias gyventojus įsirengti saulės baterijas ir baterijų laikymo sistemas.
• Teksasas: Teksasas turi didžiulį žemės plotą ir daug saulės spindulių, todėl jis turi didžiulį saulės energijos potencialą. Valstybė jau yra įdiegusi nemažus saulės energijos pajėgumus, o toliau investuodama ir plėtodama atsinaujinančios energijos infrastruktūrą gali toliau plėsti.

Tarptautinės Australijos perspektyvos

Dabar pažvelkime į pasaulinę perspektyvą, daugiausia dėmesio skirdami Australijai. Prognozuojama, kad pasauliniu mastu saulės energijos kaupimo baterijų rinka išaugs nuo 4,40 mlrd. USD 2023 m. iki 20,01 mlrd. USD iki 2030 m. Australija vaidina svarbų vaidmenį šiame rinkos augime, nes ji daug investuoja į atsinaujinančios energijos pastangas. Remiantis pramonės analize, Australijos saulės baterijų rinkos dydis 2022 m JAV dolerių, 180,28 mln ir tikimasi, kad nuo 2023 m. iki 2029 m. padidės 16% ir pasieks beveik USD 509,53 mln.

Štai Australijos saulės energijos kaupimo kraštovaizdžio momentinė nuotrauka:

• Gyvenamoji saulės energija: Daugelis Australijos namų savininkų ant savo stogų įsirengė saulės baterijas, kurias remia vyriausybės paskatos ir politika. Ši auganti tendencija labai prisideda prie Australijos atsinaujinančios energijos pastangų.
• Komunalinio masto saulės elektrinės: visoje Australijoje buvo pastatytos didelio masto saulės elektrinės, kurios tiekia švarią energiją į nacionalinį elektros tinklą ir padeda šaliai pasiekti atsinaujinančios energijos tikslus.

Apimdamos saulės energijos kaupimą, tiek JAV, tiek Australija labai prisideda prie pasaulinės atsinaujinančios energijos rinkos. Kai sužinosite daugiau apie šią įdomią sritį, labai svarbu būti informuotam apie naujausius pokyčius ir saulės energijos bei energijos kaupimo augimo galimybes.

Ateities perspektyva

Nuolatinis saugojimo technologijų tobulinimas ir mažėjančios sąnaudos paskatins spartų saulės elektrinių augimą kartu su baterijų saugykla.

Mažėjančios išlaidos

• Ličio jonų baterijų kainos sumažėjo 89% pastarąjį dešimtmetį
• Tikimasi, kad gamybos apimtis dar labiau sumažės
• Pagerins sąnaudų konkurencingumą su įprastine karta

Technologijų patobulinimai

• Akumuliatoriaus energijos tankis ir efektyvumas nuolat didėja
• Kuriami pažangūs saulės prognozavimo algoritmai
• Išmanusis keitiklis pajėgumai plečiasi

Pagrindinis vaidmuo atsinaujinančios energijos augime

• Būtinas norint pasiekti dekarbonizacijos ir anglies neutralumo tikslus
• Leidžia geriau įsiskverbti į kintamoji atsinaujinanti energija (VRE)
• Kritinis tinklo turtas, leidžiantis pasauliniu mastu švarios energijos perėjimas

Apskritai didžiulis saulės elektrinių potencialas kartu su tinkamo dydžio baterijų saugykla rodo, kad jie atlieka svarbų vaidmenį kuriant atsparią, prieinamą, tvarią ir modernią elektros infrastruktūrą.

Apibendrinant galima pasakyti, kad baterijų saugojimas suteikia daug pranašumų saulės elektrinėms, nes leidžia gaminti elektros energiją visą parą, o ne dienos šviesą. Tai padeda subalansuoti pasiūlą ir paklausą tinkle ir padidina saulės energijos vertę. Akumuliatorių technologijai toliau tobulėjant ir mažėjant sąnaudoms, tikimasi, kad saugykla vaidins didesnį vaidmenį didelio masto įrenginiuose ir padės paspartinti perėjimą prie atsinaujinančių šaltinių. Nors išlieka iššūkių, susijusių su komunalinių paslaugų masto baterijų veikimu ir eksploatavimo trukme, energetikos įmonės ir vyriausybės daug investuoja į baterijų saugojimo tyrimus ir diegimą.