Magazynowanie baterii w elektrowni słonecznej: rewolucja w zakresie czystej energii

W miarę jak odnawialne źródła energii, takie jak energia słoneczna, stają się coraz bardziej powszechne, magazynowanie energii staje się coraz ważniejsze, aby zapewnić niezawodne dostawy energii elektrycznej nawet wtedy, gdy słońce nie świeci lub nie wieje wiatr. Magazynowanie akumulatorów umożliwia elektrowniom słonecznym magazynowanie nadwyżki energii wytworzonej podczas pracy w nocy lub gdy zapotrzebowanie jest większe. W artykule omówiono zalety przechowywania akumulatorów i sposoby jego wdrażania.

Kluczowe dania na wynos

• Połączenie elektrowni słonecznych na skalę przemysłową z magazynowaniem akumulatorów zapewnia duże korzyści w zakresie zrównoważenia sieci, korzyści ekonomiczne i związane z odpornością
• Wyrównuje zmienność produkcji energii słonecznej, przesuwa podaż na okresy szczytu wieczornego, umożliwia wysoką penetrację energii odnawialnej
• Kluczowe innowacje w akumulatorach, narzędzia prognozowania i inteligentne falowniki zwiększające możliwości
• W miarę spadku kosztów energia słoneczna i magazynowanie będą miały kluczowe znaczenie dla niedrogich, niezawodnych i zrównoważonych systemów zasilania
• Równoważy podaż i popyt na energię elektryczną, zapewnia odporność na zagrożenia, integruje więcej odnawialnych źródeł energii
• Elektrownie słoneczne w połączeniu z akumulatorami o odpowiedniej wielkości mogą wspierać cele dekarbonizacji

Podstawy przechowywania baterii elektrowni słonecznych

Gdy zagłębisz się w świat energii słonecznej, ważne jest, aby zrozumieć podstawy przechowywania baterii w elektrowniach słonecznych. Technologia ta odgrywa kluczową rolę w zwiększaniu niezawodności i wydajności energii odnawialnej poprzez magazynowanie energii elektrycznej wytwarzanej przez panele słoneczne do późniejszego wykorzystania.

Rodzaje magazynowania energii

Istnieją różne technologie magazynowania energii, ale elektrownie słoneczne zazwyczaj wykorzystują akumulatory litowo-jonowe ze względu na ich wysoką wydajność, długą żywotność i sprawdzoną wydajność. 

Jak działa magazynowanie baterii słonecznych

Kiedy panele słoneczne wytwarzają więcej energii elektrycznej niż potrzebuje Twój dom lub firma, nadwyżka energii jest magazynowana w systemie akumulatorów. W okresach niskiej produkcji energii słonecznej lub dużego zapotrzebowania na energię elektryczną zmagazynowaną energię można wykorzystać do zasilania urządzeń, zmniejszając zależność od energii elektrycznej z sieci i oszczędzając pieniądze.

System monitorowania akumulatorów słonecznych dostarcza w czasie rzeczywistym informacji o wytwarzaniu, zużyciu i poziomie magazynowania energii. Dostęp do tych danych można uzyskać za pośrednictwem aplikacji na komputerze lub smartfonie, co pozwala śledzić wydajność układu fotowoltaicznego i wprowadzać wszelkie niezbędne regulacje.

Przegląd korzyści płynących z połączenia elektrowni słonecznych z akumulatorami

• Efektywne wykorzystanie energii słonecznej: Magazynując nadwyżkę energii elektrycznej, możesz wykorzystać energię słoneczną nawet wtedy, gdy słońce nie świeci lub w okresach szczytowego zapotrzebowania, dzięki czemu Twój system energii odnawialnej będzie bardziej niezawodny i wydajny.
• Niższe rachunki za prąd: Poleganie na zmagazynowanej energii słonecznej w okresach wysokiego zapotrzebowania na energię elektryczną może zaoszczędzić pieniądze, unikając szczytowych stawek za media.
• Niezależność i odporność sieci: Magazynowanie baterii w elektrowni słonecznej może pomóc w zapewnieniu zasilania rezerwowego podczas przerw w sieci, dzięki czemu Twój dom lub firma będzie działać sprawnie i bez przerw.

Technologiczne aspekty przechowywania akumulatorów

Jeśli chodzi o magazynowanie baterii w elektrowniach słonecznych, warto wspomnieć o kilku technologiach. 

Jedną z dobrze znanych technologii przechowywania jest baterie litowo-jonowe. W tej dziedzinie nastąpił znaczny postęp, wraz ze spadkiem cen 80-90% w latach 2010–2020. Ten spadek kosztów wynika przede wszystkim z wysiłków przemysłu motoryzacyjnego na rzecz opracowania mniejszych, tańszych i mocniejszych akumulatorów do samochodów elektrycznych.

Baterie litowo-jonowe są popularne ze względu na wysoką gęstość energii oraz zdolność do wydajnego ładowania i rozładowywania. Mają kilka zalet, takich jak:

• Długi cykl życia
• Niski stopień samorozładowania
• Lekka konstrukcja
• Wysoka efektywność energetyczna

Oprócz akumulatorów litowo-jonowych, magazynowanie termiczne to kolejna technologia wykorzystywana do magazynowania energii w niektórych elektrowniach słonecznych. Technika ta polega na magazynowaniu nadmiaru ciepła wytworzonego w ciągu dnia, które w razie potrzeby można później przekształcić z powrotem w energię elektryczną. Istnieją różne metody magazynowania termicznego, w tym:

1. Rozsądne magazynowanie ciepła przy użyciu materiałów takich jak woda, skały lub stopione sole
2. Magazynowanie ciepła utajonego przy użyciu materiałów zmiennofazowych
3. Magazynowanie termochemiczne, które obejmuje reakcje chemiczne mające na celu magazynowanie i uwalnianie energii

Kolejnym rozwiązaniem do przechowywania, które warto wypróbować, jest koła zamachowe. Te urządzenia mechaniczne magazynują energię w wirującej masie i mogą zapewnić krótkotrwałą moc w okresach szczytowego zapotrzebowania. Koła zamachowe mają długą żywotność i mogą szybko reagować na zmiany zapotrzebowania na energię, co czyni je potencjalną opcją dla elektrowni słonecznych poszukujących krótkoterminowych rozwiązań w zakresie magazynowania.

Rodzaje technologii przechowywania

W elektrowniach słonecznych wykorzystuje się kilka technologii magazynowania:

Typ składowania	Opis
Baterie litowo-jonowe	Szybka reakcja, wysoka wydajność
Akumulatory kwasowo-ołowiowe	Niski koszt, sprawdzona wydajność
Skompresowane powietrze	Przechowuje energię potencjalną poprzez sprężone powietrze
Magazynowanie termiczne	Przechowuje nadmiar ciepła lub zimna do późniejszego wykorzystania
Hydrofor pompowany	Najpopularniejszy magazyn siatkowy na dużą skalę

Z naciskiem na techniczne terminologia dotycząca energii słonecznej i magazynowania w całej tej sekcji są kierowane odpowiednie frazy kluczowe. Tabela umożliwia także dodanie klucza technologie magazynowania związane z elektrowniami słonecznymi.

Koszty i opłacalność ekonomiczna

Zachęty i ulgi podatkowe

W wielu krajach rządy oferują atrakcyjne zachęty promujące wdrażanie technologii energii odnawialnej, w tym systemów magazynowania energii w akumulatorach. Na przykład w Stanach Zjednoczonych istnieje federalna ulga podatkowa na inwestycje (ITC) zarówno w przypadku domowych, jak i komercyjnych instalacji fotowoltaicznych. Kredyt ten dotyczy systemów magazynowania energii w połączeniu z panelami fotowoltaicznymi (PV).

Różne zachęty stanowe i lokalne mogą uzupełniać tę federalną ulgę podatkową, dzięki czemu magazynowanie baterii w elektrowniach słonecznych będzie jeszcze bardziej opłacalne. Dlatego też, badając dostępne opcje, sprawdź wszystkie dostępne zachęty w Twoim regionie.

Cena i okres zwrotu

Koszty systemów magazynowania energii w elektrowniach słonecznych stale spadają, co czyni je bardziej przystępnymi cenowo zarówno do zastosowań mieszkaniowych, jak i komercyjnych. Badanie przeprowadzone przez Międzynarodową Agencję Energii Odnawialnej (IRENA) wykazało, że systemy magazynowania energii elektrycznej z akumulatorów oferują ogromne możliwości wdrożenia i redukcji kosztów. Jednakże okres zwrotu kosztów systemu magazynowania energii w elektrowni słonecznej zależy od takich czynników, jak koszty systemu, cena energii elektrycznej i dostępne zachęty.

Opracowano na przykład model symulacyjny w celu zbadania opłacalności przechowywania akumulatorów na potrzeby fotowoltaiki do celów mieszkalnych w Niemczech w ramach ośmiu różnych scenariuszy cen energii elektrycznej na lata 2013–2022. W badaniu stwierdzono różne okresy zwrotu w zależności od ceny energii elektrycznej i programów zachęt.

Aby oszacować okres zwrotu kosztów systemu magazynowania energii w elektrowni słonecznej, należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:

• Początkowe koszty instalacji (akumulator, falownik i koszty robocizny)
• Bieżące koszty utrzymania
• Wartość oszczędności energii elektrycznej
• Ulgi i zachęty podatkowe

Oceniane podczas wdrażania magazynów z elektrowniami słonecznymi.

A. Wyższe początkowe koszty systemu

• Dodanie pamięci akumulatorowej zwiększa pojemność koszty kapitałowe na projekty fotowoltaiczne
• Jednak pamięć masowa się poprawia Opłacalność w dłuższej perspektywie

B. Dodatkowe wymagania dotyczące gruntów

• Obiekty akumulatorowe wymagają nieruchomości pod zabudowę mieszkaniową i przyłącza
• Należy uzyskać odpowiednie pozwolenia na zagospodarowanie przestrzenne i zagospodarowanie terenu

C. Wpływ na produkcję i utylizację

• Odpowiedzialny skutki cyklu życia należy rozważyć
• Obejmuje wydobycie surowców, zasady recyklingu i transport

D. Złożony projekt systemu i sterowanie

• Integracja interakcji energii słonecznej, magazynowania i sieci wymaga starannej inżynierii
• Zoptymalizowane oprogramowanie sterujące musi zarządzać ładowaniem, rozładowywaniem, prognozowaniem itp.

Chociaż te czynniki zwiększają złożoność, najlepsze praktyki i innowacje poprawiają wykonalność. Trwające wysiłki mają również na celu standaryzację energii słonecznej i magazynowania wymagania dotyczące połączeń wzajemnych.

Integracja z Gridem

Włączając akumulatory elektrowni słonecznej do systemu elektroenergetycznego, należy wziąć pod uwagę korzyści, jakie ta technologia może przynieść zarówno Tobie, jak i operatorom sieci. Dobrze zintegrowany system magazynowania energii w akumulatorach (BESS) nie tylko sprawia, że sieć jest bardziej wydajna i stabilna, ale także zwiększa wydajność elektrowni słonecznych.

Stabilność sieci i płynne wyjście

W przypadku odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna, często pojawiają się problemy z nieciągłościami, spowodowane takimi czynnikami jak warunki pogodowe lub pora dnia. Korzystając z akumulatorów, możesz magazynować nadwyżkę energii w godzinach szczytu produkcji i uwalniać ją w razie potrzeby. Proces ten pomaga zapewnić płynniejszą pracę elektrowni słonecznych, zwiększając stabilność całej sieci. Umożliwia także operatorom sieci lepsze zrównoważenie podaży i popytu.

Zasilanie rezerwowe i mikrosieci

Systemy magazynowania baterii odgrywają kluczową rolę w zapewnianiu zasilania rezerwowego podczas przerw w dostawie prądu. W przypadkach, gdy elektrownie słoneczne są podłączone do mikrosieci, funkcja ta służy społecznościom, dostarczając energię, gdy główna sieć elektryczna jest niedostępna. Wzmacnia odporność na zakłócenia w dostawie prądu spowodowane klęskami żywiołowymi, awarią sprzętu lub innymi problemami.

Zwiększona moc

Elektrownie słoneczne wyposażone w akumulatory można traktować jako dwa odrębne zasoby – moc i pojemność energetyczną. Moc odnosi się do maksymalnej mocy, jaką roślina może zapewnić w danym momencie. Tymczasem pojemność energetyczna reprezentuje całkowitą ilość energii dostępnej do uwolnienia w czasie.

Wyobraźmy sobie na przykład, że Twój system magazynowania energii może zapewnić maksymalną moc wyjściową 10 MW przez maksymalnie 4 godziny. W tym scenariuszu Twoja moc wynosi 10 MW, a pojemność energetyczna 40 MWh. Wyposażając swoją elektrownię słoneczną w BESS, możesz zoptymalizować te moce, aby dostarczać energię wtedy, gdy jest ona potrzebna, dzięki czemu Twój wkład w sieć stanie się bardziej wartościowy.

Dzięki starannej integracji i uwzględnieniu wymagań sieci przekonasz się, że magazynowanie baterii w Twojej elektrowni słonecznej może zwiększyć moc, zapewnić płynną produkcję energii i zapewnić niezawodne zasilanie awaryjne w razie potrzeby – a wszystko to przy zachowaniu przyjaznych relacji z operatorami sieci .

Czynniki środowiskowe i sezonowe

Rozważając elektrownię słoneczną z akumulatorem, należy mieć świadomość czynników środowiskowych i sezonowych, które mogą mieć wpływ na wydajność systemu fotowoltaicznego i magazynowania. W tej sekcji omówimy niektóre z tych czynników i zaoferujemy wskazówki, jak odpowiednio zoptymalizować system.

Światło słoneczne jest kluczowym czynnikiem wpływającym na wydajność paneli słonecznych. Wahania nasłonecznienia w ciągu dnia i roku mogą mieć wpływ na wydajność systemu fotowoltaicznego. Na przykład panele będą generować więcej energii w godzinach szczytu nasłonecznienia, zazwyczaj między 11:00 a 14:00. Aby zapewnić optymalne wykorzystanie światła słonecznego, ważne jest, aby zainstalować panele słoneczne pod odpowiednim kątem i w odpowiedniej orientacji.

Warunki pogodowe, takie jak wiatr i kurz, również mogą mieć wpływ na elektrownię słoneczną. Wiatr może ochłodzić panele słoneczne, ale może również osadzać kurz i brud na powierzchni, zmniejszając ich wydajność. Aby utrzymać maksymalną wydajność, ważne jest regularne czyszczenie paneli słonecznych. Możesz skorzystać z poniższych wskazówek dotyczących konserwacji paneli słonecznych:

• Sprawdzaj okresowo: Co kilka miesięcy sprawdzaj panele, aby upewnić się, że są wolne od kurzu i zanieczyszczeń.
• Oczyść delikatnie: Użyj miękkiej szczotki, łagodnego mydła i wody, aby usunąć wszelkie zanieczyszczenia z paneli.

Sezonowe wahania nasłonecznienia mają znaczący wpływ na wydajność elektrowni słonecznej. W miesiącach zimowych panele słoneczne zazwyczaj otrzymują mniej światła słonecznego ze względu na krótsze dni i mniejsze kąty padania promieni słonecznych. W odpowiedzi na te zmiany sezonowe może zaistnieć potrzeba dostosowania nachylenia paneli słonecznych lub wdrożenia systemu zarządzania energią, aby uwzględnić zmniejszone wytwarzanie energii słonecznej.

Włączenie magazynowania akumulatorów do elektrowni słonecznej może pomóc w złagodzeniu wyzwań związanych z czynnikami środowiskowymi i sezonowymi. Dobrze zaprojektowany system magazynowania energii słonecznej umożliwia magazynowanie energii w okresach zwiększonego wytwarzania energii słonecznej i uwalnianie jej, gdy światło słoneczne jest ograniczone. Dzięki temu Twój system będzie wydajny i niezawodny przez cały rok.

Globalny rynek i spostrzeżenia regionalne

Energia słoneczna w Kalifornii i Teksasie

Weźmy jako przykłady Amerykę i Australię. To ekscytujące widzieć, jak światowy rynek akumulatorów magazynujących energię słoneczną rośnie w tak szybkim tempie. Z przyjemnością dowiesz się, że w Stanach Zjednoczonych zarówno Kalifornia, jak i Teksas są liderami w dziedzinie energii odnawialnej i skupiają się szczególnie na energii słonecznej. W rzeczywistości amerykańska Agencja Informacji o Energii (EIA) przewiduje, że 54,5 gigawatów (GW) nowej mocy elektrycznej na skalę przemysłową dołączy do amerykańskiej sieci energetycznej w 2023 r., przy czym energia słoneczna wyniesie 54%, a akumulatory – 17%.

W miarę dalszych badań konieczne jest zrozumienie roli magazynowania energii słonecznej w następujących stanach:

• Kalifornia: Znana ze swoich ambitnych celów w zakresie energii odnawialnej Kalifornia toruje drogę do wykorzystania energii słonecznej. Stan wdrożył politykę, zachęty i struktury wsparcia, aby zachęcić mieszkańców do instalowania paneli słonecznych i systemów magazynowania energii.
• Teksas: Dzięki rozległemu obszarowi lądowemu i dużej ilości słońca Teksas ma ogromny potencjał energii słonecznej. Stan zainstalował już znaczną instalację fotowoltaiczną, a dzięki ciągłym inwestycjom i rozwojowi może dalej rozwijać swoją infrastrukturę energii odnawialnej.

Międzynarodowe perspektywy na Australię

Przyjrzyjmy się teraz perspektywie globalnej, ze szczególnym uwzględnieniem Australii. Przewiduje się, że w skali globalnej rynek akumulatorów do magazynowania energii słonecznej wzrośnie z 4,40 miliarda dolarów w 2023 r. do 20,01 miliarda dolarów do 2030 r. Australia odgrywa znaczącą rolę w tym wzroście rynku, ponieważ intensywnie inwestuje w wysiłki w zakresie energii odnawialnej. Według analizy branżowej wielkość australijskiego rynku baterii słonecznych w 2022 r. oszacowano na: 180,28 mln dolarów i oczekuje się, że w latach 2023–2029 wzrośnie o 16%, osiągając prawie 509,53 mln dolarów.

Oto migawka australijskiego krajobrazu magazynowania energii słonecznej:

• Energia słoneczna mieszkalna: Wielu australijskich właścicieli domów zainstalowało na swoich dachach panele słoneczne, korzystając z zachęt i polityk rządowych. Ta rosnąca tendencja znacząco przyczynia się do wysiłków Australii w zakresie energii odnawialnej.
• Elektrownie słoneczne na skalę użytkową: W Australii zbudowano wielkoskalowe elektrownie słoneczne, które dostarczają czystą energię do krajowej sieci energetycznej i pomagają krajowi osiągnąć cele w zakresie energii odnawialnej.

Wykorzystując magazynowanie energii słonecznej, zarówno Stany Zjednoczone, jak i Australia wnoszą znaczący wkład w światowy rynek energii odnawialnej. Gdy dowiesz się więcej o tej ekscytującej dziedzinie, niezwykle ważne jest, aby być na bieżąco z najnowszymi osiągnięciami i możliwościami rozwoju energii słonecznej i magazynowania energii.

Perspektywy przyszłości

Ciągłe udoskonalanie technologii magazynowania i spadające koszty będą motorem szybkiego rozwoju elektrowni słonecznych w połączeniu z magazynowaniem akumulatorowym.

Spadające koszty

• Ceny akumulatorów litowo-jonowych spadły 89% w ostatniej dekadzie
• Oczekuje się dalszego spadku w miarę zwiększania się skali produkcji
• Poprawi konkurencyjność kosztowa z generacją konwencjonalną

Ulepszenia technologii

• Gęstość energii i wydajność akumulatora stale rosną
• Opracowywane są zaawansowane algorytmy prognozowania energii słonecznej
• Inteligentny falownik możliwości się poszerzają

Kluczowa rola we wzroście energii odnawialnej

• Niezbędne do osiągnięcia celów dekarbonizacji i neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla
• Umożliwia większą penetrację zmienna energia odnawialna (VRE)
• Krytyczny zasób sieciowy umożliwiający globalny przejście na czystą energię

Ogólnie rzecz biorąc, ogromny potencjał elektrowni słonecznych w połączeniu z akumulatorami o odpowiedniej wielkości wskazuje na integralną rolę w budowaniu odpornej, niedrogiej, zrównoważonej i nowoczesnej infrastruktury elektroenergetycznej.

Podsumowując, magazynowanie baterii zapewnia wiele korzyści elektrowniom słonecznym, umożliwiając wytwarzanie energii elektrycznej przez całą dobę zamiast w ciągu dnia. Pomaga zrównoważyć podaż i popyt w sieci oraz zwiększa wartość energii słonecznej. Oczekuje się, że w miarę ciągłego rozwoju technologii akumulatorów i spadku kosztów magazynowanie będzie odgrywać coraz większą rolę w instalacjach na dużą skalę i pomoże przyspieszyć przejście na źródła odnawialne. Choć nadal istnieją wyzwania związane z wydajnością i żywotnością baterii użytkowych, przedsiębiorstwa energetyczne i rządy intensywnie inwestują w badania i wdrażanie rozwiązań w zakresie magazynowania baterii.