מדריך לגיבוי סוללות למגורים 2022 | סוגים, עלויות, יתרונות..

אפילו בשנת 2022, אחסון PV עדיין יהיה הנושא החם ביותר, וגיבוי סוללות למגורים הוא הפלח הצומח ביותר של אנרגיה סולארית, ויוצר שווקים חדשים והזדמנויות הרחבת שיפוץ סולארי עבור בתים ועסקים גדולים וקטנים ברחבי העולם.גיבוי סוללה למגוריםהוא קריטי לכל בית סולארי, במיוחד במקרה של סערה או חירום אחר. במקום לייצא עודפי אנרגיה סולארית לרשת, מה דעתך לאחסן אותה בסוללות למקרי חירום? אבל איך אנרגיה סולארית מאוחסנת יכולה להיות רווחית? אנו נעדכן אותך לגבי העלות והרווחיות של מערכת אחסון סוללות ביתית ונפרט את נקודות המפתח שכדאי לזכור בעת רכישת מערכת האחסון הנכונה. מהי מערכת אחסון סוללות למגורים？איך זה עובד? מערכת אחסון סוללות למגורים או מערכת אחסון פוטו-וולטאית היא תוספת שימושית למערכת הפוטו-וולטאית כדי לנצל את היתרונות של מערכת סולארית ותמלא תפקיד חשוב יותר ויותר בהאצת החלפת הדלקים המאובנים באנרגיה מתחדשת. הסוללה הביתית הסולרית אוגרת את החשמל המופק מאנרגיית השמש ומשחררת אותו למפעיל בזמן הנדרש. כוח גיבוי סוללה הוא חלופה ידידותית לסביבה וחסכונית למחוללי גז. מי שמשתמש במערכת פוטו-וולטאית לייצור חשמל בעצמו יגיע במהירות לגבולותיה. בצהריים, המערכת מספקת שפע של חשמל סולארי, רק אז אין מי בבית שישתמש בה. בערב, לעומת זאת, יש צורך בהרבה חשמל - אבל אז השמש כבר לא זורחת. כדי לפצות על פער זה באספקה, החשמל היקר משמעותית נרכש ממפעיל הרשת. במצב זה, גיבוי סוללה למגורים הוא כמעט בלתי נמנע. המשמעות היא שהחשמל הלא מנוצל מהיום זמין בערב ובלילה. חשמל בייצור עצמי זמין לפיכך מסביב לשעון וללא קשר למזג האוויר. בדרך זו, השימוש באנרגיה סולארית מתוצרת עצמית גדל לעד 80%. מידת האספקה ​​העצמית, כלומר שיעור צריכת החשמל המכוסה על ידי המערכת הסולארית, עולה לעד 60%. גיבוי סוללה למגורים קטן בהרבה ממקרר וניתן להרכבה על קיר בחדר השירות. מערכות אחסון מודרניות מכילות אינטליגנציה רבה שיכולה להשתמש בתחזיות מזג אוויר ובאלגוריתמים של למידה עצמית כדי לקצץ את משק הבית לצריכה עצמית מרבית. השגת עצמאות אנרגטית מעולם לא הייתה קלה יותר - גם אם הבית נשאר מחובר לרשת. האם מערכת אחסון סוללות ביתית שווה את זה? מהם הגורמים התלויים? אחסון סוללות למגורים הכרחי כדי שבית המופעל באמצעות אנרגיה סולארית יישאר לפעול לאורך הפסקות הרשת ובוודאי יעבוד גם בשעות הערב. אך באופן דומה, סוללות סולאריות משפרות את הכלכלה העסקית של המערכת על ידי שמירה על אנרגיה חשמלית סולארית, שבוודאי אחרת הייתה מוצעת בחזרה לרשת בהפסד, רק כדי לפרוס מחדש את הכוח החשמלי הזה לפעמים כשהכוח הוא היקר ביותר. אחסון סוללות ביתי מאבטח את הבעלים הסולארי מתקלות ברשת ומגן על המערכת כלכלה עסקית מול שינויים במסגרות מחירי האנרגיה. האם כדאי להשקיע או לא תלוי במספר גורמים: רמת עלויות ההשקעה. ככל שהעלות לקילוואט-שעה קיבולת נמוכה יותר, כך מערכת האחסון תשלם את עצמה מהר יותר. חייו של הסוללה ביתית סולארית אחריות יצרן של 10 שנים נהוגה בענף. עם זאת, מניחים אורך חיים שימושי ארוך יותר. רוב הסוללות הביתיות הסולריות עם טכנולוגיית ליתיום-יון מתפקדות באופן אמין במשך 20 שנה לפחות. נתח חשמל לצריכה עצמית ככל שאחסון סולארי מגדיל את הצריכה העצמית, כך גדל הסיכוי שזה יהיה כדאי. עלויות חשמל ברכישה מהרשת כאשר מחירי החשמל גבוהים, בעלי מערכות פוטו-וולטאיות חוסכים בצריכת החשמל המופק בעצמו. בשנים הקרובות מחירי החשמל צפויים להמשיך לעלות, ולכן רבים רואים בסוללות סולאריות השקעה נבונה. תעריפים מחוברים לרשת ככל שבעלי מערכות סולאריות מקבלים פחות לקילו-ואט-שעה, כך משתלם להם לאגור את החשמל במקום להזין אותו לרשת. במהלך 20 השנים האחרונות, התעריפים המחוברים לרשת ירדו בהתמדה וימשיכו לעשות זאת. אילו סוגים של מערכות אחסון אנרגיה ביתיות זמינות? מערכות גיבוי לסוללות ביתיות מציעות יתרונות רבים, כולל חוסן, חיסכון בעלויות וייצור חשמל מבוזר (המכונה גם "מערכות אנרגיה מבוזרות בבית"). אז מהן הקטגוריות של סוללות סולאריות לבית? איך עלינו לבחור? סיווג פונקציונלי לפי פונקציית גיבוי: 1. ספק כוח UPS ביתי זהו שירות בדרגה תעשייתית עבור כוח גיבוי, המחייב בדרך כלל בתי חולים, חדרי נתונים, ממשל פדרלי או שווקים צבאיים לצורך פעולה רציפה של המכשירים החיוניים וגם הרגישים שלהם. עם ספק כוח UPS ביתי, ייתכן שהאורות בבית שלך אפילו לא יהבהבו אם רשת החשמל נכשלת. רוב הבתים אינם צריכים או מתכוונים לשלם עבור מידת האמינות הזו - אלא אם כן הם מפעילים ציוד קליני חיוני בביתכם. 2. ספק כוח 'ניתן להפסקה' (גיבוי בית מלא). השלב הבא למטה מ-UPS הוא מה שנקרא 'ספק כוח פסק', או IPS. IPS בהחלט יאפשר לכל הבית שלך להמשיך לפעול על סוללות וסוללות אם הרשת יורדת, אבל אתה בוודאי תחווה תקופה קצרה (כמה שניות) שבה הכל הולך להיות שחור או אפור בבית שלך כמערכת הגיבוי נכנס לציוד. ייתכן שתצטרך לאפס את השעונים האלקטרוניים המהבהבים שלך, אך מלבד זאת תוכל להשתמש בכל אחד מהמכשירים הביתיים שלך כפי שהיית עושה בדרך כלל כל עוד הסוללות שלך מחזיקות. 3. אספקת חשמל במצב חירום (גיבוי חלקי). חלק מפונקציונליות כוח הגיבוי פועלת על ידי הפעלת מעגל מצב חירום כאשר הוא מזהה שהרשת אכן ירדה. זה יאפשר למכשירי החשמל הביתיים המקושרים למעגל זה - בדרך כלל מקררים, אורות וכן כמה שקעי חשמל ייעודיים - להמשיך להפעיל את הסוללות ו/או הפאנלים הפוטו-וולטאיים למשך ההפסקה. סביר להניח שסוג גיבוי זה יהיה אחת האפשרויות הפופולריות, הסבירות והידידותיות ביותר לתקציב עבור בתים ברחבי העולם, שכן הפעלת בית שלם על בנק סוללות תרוקן אותם במהירות. 4. מערכת סולארית ואחסון חלקית מחוץ לרשת. אפשרות אחרונה שעשויה להיות מושכת את העין היא 'מערכת חלקית מחוץ לרשת'. עם מערכת מחוץ לרשת חלקית, הרעיון הוא לייצר אזור "מחוץ לרשת" בבית, הפועל ללא הרף על מערכת סולארית וסוללה גדולה מספיק כדי לשמור על עצמה מבלי לשאוב חשמל מהרשת. באופן זה, מגרשים משפחתיים נחוצים (מקררים, אורות וכו') נשארים דולקים גם אם הרשת יורדת, ללא שום הפרעה. בנוסף, מכיוון שהסוללות והסוללות פועלות לנצח בעצמן ללא הרשת, לא יהיה צורך להקצות את צריכת החשמל אלא אם כן יחוברו מכשירים נוספים למעגל מחוץ לרשת. סיווג מטכנולוגיית כימיה של סוללות: סוללות עופרת כגיבוי סוללות למגורים סוללות עופרת-חומצההן הסוללות הנטענות הוותיקות ביותר והסוללה בעלות הנמוכה ביותר הזמינה לאחסון אנרגיה בשוק. הן הופיעו בתחילת המאה הקודמת, בשנות ה-1900, ועד היום נותרו הסוללות המועדפות ביישומים רבים בשל חוסנן ועלותן הנמוכה. החסרונות העיקריים שלהן הם צפיפות האנרגיה הנמוכה שלהן (הן כבדות ומגושמות) ותוחלת החיים הקצרה שלהן, שאינן מקבלות מספר רב של מחזורי טעינה ופריקה, סוללות עופרת מצריכות תחזוקה שוטפת כדי לאזן את הכימיה בסוללה, ולכן המאפיינים שלה. להפוך אותו ללא מתאים לפריקה בתדר בינוני עד גבוה או ליישומים שנמשכים 10 שנים או יותר. יש להם גם את החסרון של עומק פריקה נמוך, המוגבלת בדרך כלל ל-80% במקרים קיצוניים או 20% בפעולה רגילה, לחיים ארוכים יותר. פריקת יתר פוגעת באלקטרודות הסוללה, מה שמפחית את יכולתה לאגור אנרגיה ומגביל את חייה. סוללות עופרת דורשות תחזוקה מתמדת של מצב הטעינה שלהן ויש לאחסן אותן תמיד במצב הטעינה המקסימלי שלהן באמצעות טכניקת הציפה (שמירה על מטען בזרם חשמלי קטן, מספיק כדי לבטל את אפקט הפריקה העצמית). ניתן למצוא סוללות אלו במספר גרסאות. הנפוצות ביותר הן סוללות עם אוורור, המשתמשות באלקטרוליט נוזלי, סוללות ג'ל מווסתות שסתומים (VRLA) וסוללות עם אלקטרוליט מוטבע במחצלת פיברגלס (המכונה AGM – absorbent glass mat), בעלות ביצועים בינוניים ועלות מופחתת בהשוואה לסוללות ג'ל. סוללות מווסתות שסתומים אטומות למעשה, מה שמונע דליפה וייבוש של האלקטרוליט. השסתום פועל בשחרור גזים במצבי טעינת יתר. כמה סוללות חומצת עופרת פותחו עבור יישומים תעשייתיים נייחים ויכולות לקבל מחזורי פריקה עמוקים יותר. יש גם גרסה מודרנית יותר, שהיא סוללת העופרת-פחמן. חומרים מבוססי פחמן שנוספו לאלקטרודות מספקים זרמי טעינה ופריקה גבוהים יותר, צפיפות אנרגיה גבוהה יותר וחיים ארוכים יותר. יתרון אחד של סוללות עופרת חומצה (בכל אחת מהווריאציות שלה) הוא שהן אינן זקוקות למערכת ניהול טעינה מתוחכמת (כפי שקורה בסוללות ליתיום, שנראה בהמשך). סוללות עופרת נוטות הרבה פחות להתלקח ולהתפוצץ בעת טעינת יתר מכיוון שהאלקטרוליט שלהן אינו דליק כמו זה של סוללות ליתיום. כמו כן, טעינת יתר קלה אינה מסוכנת בסוללות מסוג זה. אפילו לחלק מבקרי הטעינה יש פונקציית איזון שמטעינה מעט את הסוללה או את בנק הסוללות, מה שגורם לכל הסוללות להגיע למצב הטעון במלואו. במהלך תהליך ההשוואה, הסוללות שבסופו של דבר נטענות במלואן לפני האחרות יוגברו מעט, ללא סיכון, בעוד שהזרם זורם בדרך כלל דרך החיבור הטורי של אלמנטים. בדרך זו, אנו יכולים לומר שלסוללות עופרת יש את היכולת להשוות באופן טבעי וחוסר איזון קטן בין הסוללות של הסוללה או בין הסוללות של בנק אינו מהווה סיכון. ביצועים:היעילות של סוללות עופרת-חומצה נמוכה בהרבה מזו של סוללות ליתיום. בעוד שהיעילות תלויה בקצב הטעינה, בדרך כלל מניחה יעילות הלוך ושוב של 85%. קיבולת אחסון:סוללות עופרת מגיעות במגוון מתחים וגדלים, אך שוקלות פי 2-3 יותר לקוט"ש מאשר פוספט ליתיום ברזל, בהתאם לאיכות הסוללה. עלות סוללה:סוללות עופרת זולות ב-75% מסוללות ליתיום ברזל פוספט, אך אל תלך שולל בגלל המחיר הנמוך. סוללות אלו אינן ניתנות לטעינה או פריקה מהירה, בעלות אורך חיים קצר בהרבה, אין להן מערכת ניהול סוללות מגן, ועשויות לדרוש תחזוקה שבועית. זה מביא לעלות כללית גבוהה יותר למחזור ממה שסביר כדי להפחית את עלויות החשמל או לתמוך במכשירים כבדים. סוללות ליתיום כגיבוי סוללה למגורים נכון לעכשיו, הסוללות המוצלחות ביותר מבחינה מסחרית הן סוללות ליתיום-יון. לאחר יישום טכנולוגיית ליתיום-יון על מכשירים אלקטרוניים ניידים, היא נכנסה לתחומי יישומים תעשייתיים, מערכות חשמל, אחסון אנרגיה פוטו-וולטאית וכלי רכב חשמליים. סוללות ליתיום-יוןלהתעלות על סוגים רבים אחרים של סוללות נטענות בהיבטים רבים, כולל קיבולת אחסון אנרגיה, מספר מחזורי עבודה, מהירות טעינה וחסכוניות. נכון לעכשיו, הנושא היחיד הוא בטיחות, אלקטרוליטים דליקים יכולים להתלקח בטמפרטורות גבוהות, מה שמצריך שימוש במערכות בקרה וניטור אלקטרוניות. ליתיום הוא הקל ביותר מבין כל המתכות, בעל הפוטנציאל האלקטרוכימי הגבוה ביותר, ומציע צפיפות אנרגיה נפחית ומונית גבוהה יותר מאשר טכנולוגיות סוללות מוכרות אחרות. טכנולוגיית הליתיום-יון אפשרה להניע את השימוש במערכות אגירת אנרגיה, הקשורות בעיקר למקורות אנרגיה מתחדשים לסירוגין (שמש ורוח), וגם הניעה את האימוץ של כלי רכב חשמליים. סוללות ליתיום-יון המשמשות במערכות חשמל וכלי רכב חשמליים הן מסוג נוזלי. סוללות אלו משתמשות במבנה המסורתי של סוללה אלקטרוכימית, עם שתי אלקטרודות טבולות בתמיסת אלקטרוליט נוזלית. מפרידים (חומרי בידוד נקבוביים) משמשים להפרדה מכנית בין האלקטרודות תוך מתן אפשרות לתנועה חופשית של יונים דרך האלקטרוליט הנוזלי. התכונה העיקרית של אלקטרוליט היא לאפשר הולכה של זרם יוני (הנוצר על ידי יונים, שהם אטומים עם עודף או חוסר באלקטרונים), תוך שהוא לא מאפשר לאלקטרונים לעבור דרכם (כפי שקורה בחומרים מוליכים). חילופי יונים בין אלקטרודות חיוביות ושליליות הוא הבסיס לתפקודן של סוללות אלקטרוכימיות. ניתן לאתר את המחקר על סוללות ליתיום בשנות ה-70, והטכנולוגיה הבשילה והחלה בשימוש מסחרי בסביבות שנות ה-90. סוללות ליתיום פולימר (עם אלקטרוליטים פולימריים) משמשות כיום בטלפונים של סוללות, מחשבים ומכשירים ניידים שונים, המחליפות סוללות ניקל-קדמיום ישנות יותר, שהבעיה העיקרית שלהן היא "אפקט הזיכרון" שמפחית בהדרגה את קיבולת האחסון. כאשר הסוללה טעונה לפני שהיא מתרוקנת במלואה. בהשוואה לסוללות ניקל-קדמיום ישנות יותר, במיוחד סוללות עופרת, לסוללות ליתיום-יון יש צפיפות אנרגיה גבוהה יותר (אוגרת יותר אנרגיה לנפח), בעלות מקדם פריקה עצמית נמוך יותר, ויכולות לעמוד בפני יותר טעינה ומספר מחזורי הפריקה , כלומר חיי שירות ארוכים. בסביבות תחילת שנות ה-2000 החלו להשתמש בסוללות ליתיום בתעשיית הרכב. בסביבות 2010, סוללות ליתיום-יון זכו לעניין באחסון אנרגיה חשמלית ביישומי מגוריםמערכות ESS (מערכת אחסון אנרגיה) בקנה מידה גדול, בעיקר בשל השימוש המוגבר במקורות כוח ברחבי העולם. אנרגיה מתחדשת לסירוגין (שמש ורוח). לסוללות ליתיום-יון יכולות להיות ביצועים שונים, תוחלת חיים ועלויות שונות, בהתאם לאופן הכנתן. הוצעו מספר חומרים, בעיקר עבור אלקטרודות. בדרך כלל, סוללת ליתיום מורכבת מאלקטרודה מתכתית על בסיס ליתיום שיוצרת את המסוף החיובי של הסוללה ואלקטרודת פחמן (גרפיט) ​​שיוצרת את המסוף השלילי. בהתאם לטכנולוגיה המשמשת, אלקטרודות על בסיס ליתיום יכולות להיות בעלות מבנים שונים. החומרים הנפוצים ביותר לייצור סוללות ליתיום והמאפיינים העיקריים של סוללות אלו הם כדלקמן: תחמוצות ליתיום וקובלט (LCO):אנרגיה ספציפית גבוהה (Wh/kg), יכולת אחסון טובה ואורך חיים משביע רצון (מספר מחזורים), מתאים למכשירים אלקטרוניים, החיסרון הוא הספק ספציפי (W/kg) קטן, מפחית את מהירות הטעינה והפריקה; תחמוצות ליתיום ומנגן (LMO):לאפשר זרמי טעינה ופריקה גבוהים עם אנרגיה ספציפית נמוכה (Wh/kg), מה שמפחית את קיבולת האחסון; ליתיום, ניקל, מנגן וקובלט (NMC):משלב את המאפיינים של סוללות LCO ו-LMO.בנוסף, נוכחות ניקל בהרכב עוזרת להגדיל את האנרגיה הספציפית, ומספקת קיבולת אחסון גדולה יותר. ניתן להשתמש בניקל, מנגן וקובלט בפרופורציות משתנות (כדי לתמוך באחד או באחר) בהתאם לסוג היישום. בסך הכל, התוצאה של השילוב הזה היא סוללה עם ביצועים טובים, קיבולת אחסון טובה, חיים ארוכים ועלות נמוכה. ליתיום, ניקל, מנגן וקובלט (NMC):משלב תכונות של סוללות LCO ו-LMO. בנוסף, נוכחות ניקל בהרכב עוזרת להעלות את האנרגיה הספציפית, ומספקת יכולת אחסון גדולה יותר. ניתן להשתמש בניקל, מנגן וקובלט בפרופורציות שונות, בהתאם לסוג היישום (כדי להעדיף מאפיין זה או אחר). באופן כללי, התוצאה של השילוב הזה היא סוללה עם ביצועים טובים, קיבולת אחסון טובה, חיים טובים ועלות מתונה. מצבר מסוג זה נמצא בשימוש נרחב בכלי רכב חשמליים והוא מתאים גם למערכות אחסון אנרגיה נייחות; ליתיום ברזל פוספט (LFP):שילוב ה-LFP מספק לסוללות ביצועים דינמיים טובים (מהירות טעינה ופריקה), אורך חיים מוארך ובטיחות מוגברת בשל היציבות התרמית הטובה שלה. היעדר ניקל וקובלט בהרכבם מפחית את העלות ומגדיל את הזמינות של סוללות אלה לייצור המוני. למרות שכושר האחסון שלו אינו הגבוה ביותר, הוא אומץ על ידי יצרני רכבים חשמליים ומערכות אחסון אנרגיה בשל מאפייניו הרבים והיתרונות, במיוחד עלותו הנמוכה והחוסן הטוב; ליתיום וטיטניום (LTO):השם מתייחס לסוללות שיש בהן טיטניום וליתיום באחת האלקטרודות, המחליפות את הפחמן, בעוד שהאלקטרודה השנייה זהה לשימוש באחד הסוגים האחרים (כגון NMC – ליתיום, מנגן וקובלט). למרות האנרגיה הספציפית הנמוכה (שמתורגמת לקיבולת אחסון מופחתת), לשילוב הזה יש ביצועים דינמיים טובים, בטיחות טובה וחיי שירות מוגברים מאוד. סוללות מסוג זה יכולות לקבל יותר מ-10,000 מחזורי פעולה ב-100% עומק פריקה, בעוד שסוגים אחרים של סוללות ליתיום מקבלים כ-2,000 מחזורים. סוללות LiFePO4 מתגברות על סוללות עופרת עם יציבות מחזור גבוהה במיוחד, צפיפות אנרגיה מקסימלית ומשקל מינימלי. אם הסוללה מתרוקנת באופן קבוע מ-50% DOD ולאחר מכן טעונה במלואה, סוללת LiFePO4 יכולה לבצע עד 6,500 מחזורי טעינה. כך שההשקעה הנוספת משתלמת בטווח הארוך, ויחס המחיר/ביצועים נותר ללא תחרות. הם הבחירה המועדפת לשימוש מתמשך כסוללות סולאריות. ביצועים:לטעינה ושחרור הסוללה יש אפקטיביות של 98% מחזוריות, תוך טעינה מהירה וגם משוחררת במסגרות זמן של פחות מ-2 שעות - ואפילו מהר יותר לקיצור חיים. קיבולת אחסון: חבילת סוללת ליתיום ברזל פוספט יכולה להיות מעל 18 קילו-וואט, שצורכת פחות מקום ושוקלת פחות מסוללת עופרת עם אותה קיבולת. עלות סוללה: פוספט ליתיום ברזל נוטה לעלות יותר מאשר סוללות עופרת, אך בדרך כלל יש לו עלות מחזור נמוכה יותר כתוצאה מאורך חיים רב יותר