Przewodnik po baterii zapasowej do użytku domowego na rok 2022 |Rodzaje, koszty, korzyści..

Nawet w 2022 r. magazynowanie energii fotowoltaicznej będzie nadal najgorętszym tematem, a zasilanie bateryjne w budynkach mieszkalnych to najszybciej rozwijający się segment energii słonecznej, tworzący nowe rynki i możliwości ekspansji w zakresie modernizacji instalacji fotowoltaicznych dla domów i małych i dużych firm na całym świecie.Zasilanie bateryjne w budynkach mieszkalnychma kluczowe znaczenie dla każdego domu fotowoltaicznego, zwłaszcza w przypadku burzy lub innego zagrożenia.Zamiast eksportować nadmiar energii słonecznej do sieci, co powiesz na jej magazynowanie w akumulatorach na wypadek sytuacji awaryjnych?Ale w jaki sposób zmagazynowana energia słoneczna może być opłacalna?Poinformujemy Cię o kosztach i rentowności domowego systemu przechowywania akumulatorów oraz przedstawimy najważniejsze punkty, o których powinieneś pamiętać przy zakupie odpowiedniego systemu przechowywania. Co to jest system przechowywania baterii w budynkach mieszkalnych? Jak to działa? Przydomowy akumulator lub system magazynowania fotowoltaicznego jest użytecznym dodatkiem do systemu fotowoltaicznego, umożliwiającym wykorzystanie zalet układu słonecznego i będzie odgrywać coraz ważniejszą rolę w przyspieszaniu zastępowania paliw kopalnych energią odnawialną.Domowa bateria słoneczna magazynuje energię elektryczną wytworzoną z energii słonecznej i oddaje ją operatorowi w wymaganym czasie.Zasilanie awaryjne z baterii jest przyjazną dla środowiska i opłacalną alternatywą dla generatorów gazowych. Ci, którzy samodzielnie wykorzystują instalację fotowoltaiczną do produkcji prądu, szybko osiągną jego granice.W południe system dostarcza mnóstwo energii słonecznej, tylko wtedy nie ma w domu nikogo, kto by z niej skorzystał.Wieczorem natomiast potrzeba dużo prądu – ale wtedy słońce już nie świeci.Aby zrekompensować tę lukę w dostawach, od operatora sieci kupuje się znacznie droższą energię elektryczną. W tej sytuacji zasilanie bateryjne w gospodarstwie domowym jest prawie nieuniknione.Oznacza to, że niewykorzystany prąd z dnia jest dostępny wieczorem i w nocy.Dzięki temu energia elektryczna wytwarzana samodzielnie jest dostępna przez całą dobę i niezależnie od pogody.W ten sposób wykorzystanie własnej energii słonecznej wzrasta aż do 80%.Stopień samowystarczalności, czyli odsetek zużycia energii elektrycznej pokrywany przez instalację fotowoltaiczną, wzrasta aż do 60%. Zapasowy akumulator do użytku domowego jest znacznie mniejszy niż lodówka i można go zamontować na ścianie w pomieszczeniu gospodarczym.Nowoczesne systemy magazynowania zawierają dużą ilość inteligencji, która może wykorzystywać prognozy pogody i samouczące się algorytmy, aby przyciąć gospodarstwo domowe do maksymalnego zużycia własnego.Osiągnięcie niezależności energetycznej nigdy nie było łatwiejsze – nawet jeśli dom pozostaje podłączony do sieci. Czy domowy system przechowywania baterii jest tego wart?Od jakich czynników zależą? Aby dom zasilany energią słoneczną mógł działać nawet w przypadku przerw w dostawie prądu, akumulatory w budynkach mieszkalnych są niezbędne i z pewnością będą działać także wieczorem.Ale podobnie baterie słoneczne poprawiają ekonomikę działalności systemu, zatrzymując energię elektryczną słoneczną, która w przeciwnym razie z pewnością zostałaby oddana do sieci ze stratą, tylko po to, aby ponownie wykorzystać tę energię elektryczną, czasami gdy jest ona najdroższa.Domowe magazynowanie baterii zabezpiecza właściciela energii słonecznej przed awariami sieci i chroni ekonomikę działalności systemu przed zmianami w ramach cen energii. To, czy warto w niego inwestować, zależy od kilku czynników: Poziom kosztów inwestycji. Im niższy koszt za kilowatogodzinę pojemności, tym szybciej system magazynowania się zwróci. Żywotnośćdomowa bateria słoneczna W branży zwyczajowo przyjmuje się 10-letnią gwarancję producenta.Zakłada się jednak dłuższy okres użytkowania.Większość domowych baterii słonecznych w technologii litowo-jonowej działa niezawodnie przez co najmniej 20 lat. Udział energii elektrycznej zużytej na własne potrzeby Im bardziej magazynowanie energii słonecznej zwiększa zużycie własne, tym większe prawdopodobieństwo, że będzie to opłacalne. Koszty energii elektrycznej zakupionej z sieci Kiedy ceny prądu są wysokie, właściciele systemów fotowoltaicznych oszczędzają, zużywając samodzielnie wygenerowany prąd.Oczekuje się, że w ciągu najbliższych kilku lat ceny energii elektrycznej będą nadal rosły, dlatego wielu uważa baterie słoneczne za mądrą inwestycję. Taryfy przyłączone do sieci Im mniej właściciele systemów fotowoltaicznych otrzymują za kilowatogodzinę, tym bardziej opłaca się im magazynować energię elektryczną zamiast wprowadzać ją do sieci.W ciągu ostatnich 20 lat stawki opłat za usługi podłączone do sieci stale spadały i nadal będą spadać. Jakie rodzaje domowych systemów magazynowania energii są dostępne? Domowe systemy zasilania awaryjnego oferują wiele korzyści, w tym odporność, oszczędność kosztów i zdecentralizowaną produkcję energii elektrycznej (znaną również jako „domowe rozproszone systemy energetyczne”).Jakie są zatem kategorie domowych baterii słonecznych?Jak powinniśmy wybrać? Klasyfikacja funkcjonalna według funkcji tworzenia kopii zapasowych: 1. Domowy zasilacz UPS Jest to usługa klasy przemysłowej w zakresie zasilania rezerwowego, której wymagają szpitale, pokoje danych, rząd federalny lub rynki wojskowe, aby zapewnić ciągłą pracę swoich najważniejszych, a także wrażliwych urządzeń.Dzięki domowemu zasilaczowi UPS światła w domu mogą nawet nie migotać w przypadku awarii sieci energetycznej.Większość domów nie potrzebuje lub nie zamierza płacić za taki stopień niezawodności, chyba że w Twoim domu znajduje się kluczowy sprzęt kliniczny. 2. Zasilanie „przerywalne” (zapasowe dla całego domu). Następnym krokiem w stosunku do UPS jest to, co będziemy nazywać „zasilaniem przerywanym” lub IPS.IPS z pewnością umożliwi zasilanie całego domu energią słoneczną i bateriami w przypadku awarii sieci, ale z pewnością doświadczysz krótkiego okresu (kilka sekund), w którym wszystko w domu stanie się czarne lub szare, jako system zapasowy wchodzi do sprzętu.Być może będziesz musiał zresetować migające zegary elektroniczne, ale poza tym będziesz mógł korzystać ze wszystkich urządzeń gospodarstwa domowego tak jak zwykle, tak długo, jak długo wyczerpią się baterie. 3. Zasilanie awaryjne (częściowe rezerwowe). Niektóre funkcje zasilania rezerwowego działają poprzez aktywację obwodu sytuacji awaryjnej po wykryciu, że moc sieci faktycznie spadła.Umożliwi to urządzeniom zasilającym domu podłączonym do tego obwodu – zazwyczaj lodówkom, oświetleniu, a także kilku dedykowanym gniazdkom elektrycznym – dalsze zasilanie akumulatorów i/lub paneli fotowoltaicznych przez czas przerwy w dostawie prądu.Ten rodzaj zasilania awaryjnego będzie najprawdopodobniej jedną z najpopularniejszych, rozsądnych i przyjaznych dla budżetu opcji dla domów na całym świecie, ponieważ korzystanie z całego domu na baterii akumulatorów szybko je wyczerpie. 4. Częściowy system solarny i magazynujący poza siecią. Ostatnią opcją, która może przyciągać wzrok, jest „system częściowo odłączony od sieci”.W przypadku częściowego systemu odłączonego od sieci koncepcja polega na stworzeniu w domu wydzielonego obszaru „poza siecią”, który w sposób ciągły działa w oparciu o system fotowoltaiczny i akumulatorowy, wystarczająco duży, aby utrzymać się bez pobierania energii z sieci.W ten sposób niezbędne działki rodzinne (lodówki, oświetlenie itp.) pozostają włączone nawet w przypadku awarii sieci, bez żadnych zakłóceń.Ponadto, ponieważ panele słoneczne i akumulatory są zaprojektowane tak, aby mogły działać samodzielnie bez sieci, nie byłoby potrzeby przydzielania zużycia energii, chyba że dodatkowe urządzenia zostaną podłączone do obwodu poza siecią. Klasyfikacja na podstawie technologii chemii akumulatorów: Akumulatory kwasowo-ołowiowe jako akumulatory zapasowe w budynkach mieszkalnych Akumulatory kwasowo-ołowioweto najstarsze akumulatory i najtańsze dostępne na rynku akumulatory do magazynowania energii.Pojawiły się na początku ubiegłego wieku, w latach XX wieku i do dziś pozostają preferowanymi akumulatorami w wielu zastosowaniach ze względu na ich solidność i niski koszt. Ich głównymi wadami są niska gęstość energii (są ciężkie i nieporęczne) oraz krótka żywotność, nie wytrzymująca dużej liczby cykli ładowania i rozładowywania, akumulatory kwasowo-ołowiowe wymagają regularnej konserwacji, aby zrównoważyć chemię w akumulatorze, a więc jego właściwości sprawiają, że nie nadaje się do wyładowań o średniej i wysokiej częstotliwości lub zastosowań, które trwają 10 lat lub dłużej. Mają także wadę polegającą na małej głębokości rozładowania, która w skrajnych przypadkach jest zwykle ograniczona do 80% lub 20% w normalnej pracy, co zapewnia dłuższą żywotność.Nadmierne rozładowanie powoduje degradację elektrod akumulatora, co zmniejsza jego zdolność do magazynowania energii i ogranicza jego żywotność. Akumulatory ołowiowo-kwasowe wymagają stałego utrzymywania stanu naładowania i powinny być zawsze przechowywane w maksymalnym stanie naładowania, metodą flotacji (utrzymywanie ładunku niewielkim prądem elektrycznym, wystarczającym do zniwelowania efektu samorozładowania). Baterie te występują w kilku wersjach.Najpopularniejsze są akumulatory wentylowane, które wykorzystują ciekły elektrolit, akumulatory żelowe z regulacją zaworów (VRLA) i akumulatory z elektrolitem osadzonym w macie z włókna szklanego (znane jako AGM – absorpcyjna mata szklana), które mają pośrednią wydajność i obniżony koszt w porównaniu do akumulatorów żelowych. Akumulatory z regulacją zaworową są praktycznie szczelne, co zapobiega wyciekom i wysychaniu elektrolitu.Zawór działa poprzez uwalnianie gazów w sytuacjach przeładowania. Niektóre akumulatory kwasowo-ołowiowe są przeznaczone do stacjonarnych zastosowań przemysłowych i mogą wytrzymać głębsze cykle rozładowania.Dostępna jest także wersja bardziej nowoczesna, czyli akumulator ołowiowo-węglowy.Materiały na bazie węgla dodane do elektrod zapewniają wyższe prądy ładowania i rozładowania, wyższą gęstość energii i dłuższą żywotność. Zaletą akumulatorów kwasowo-ołowiowych (w dowolnej ich odmianie) jest to, że nie wymagają one skomplikowanego systemu zarządzania ładowaniem (jak ma to miejsce w przypadku akumulatorów litowych, które zobaczymy dalej).Akumulatory ołowiowe znacznie rzadziej zapalają się i eksplodują w przypadku przeładowania, ponieważ ich elektrolit nie jest łatwopalny, tak jak w przypadku akumulatorów litowych. Również lekkie przeładowanie nie jest niebezpieczne w przypadku tego typu akumulatorów.Nawet niektóre kontrolery ładowania mają funkcję wyrównywania, która powoduje lekkie przeładowanie akumulatora lub zestawu akumulatorów, powodując osiągnięcie przez wszystkie akumulatory stanu pełnego naładowania. Podczas procesu wyrównywania napięcie akumulatorów, które ostatecznie zostaną w pełni naładowane przed innymi, zostanie nieznacznie zwiększone, bez ryzyka, podczas gdy prąd przepływa normalnie przez szeregowe połączenie elementów.W ten sposób możemy powiedzieć, że akumulatory ołowiowe mają zdolność do naturalnego wyrównywania, a niewielkie braki równowagi pomiędzy akumulatorami w akumulatorze lub pomiędzy akumulatorami w banku nie stwarzają żadnego ryzyka. Wydajność:Sprawność akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest znacznie niższa niż akumulatorów litowych.Chociaż wydajność zależy od szybkości ładowania, zwykle zakłada się, że wydajność w obie strony wynosi 85%. Pojemność przechowywania:Akumulatory kwasowo-ołowiowe są dostępne w różnych napięciach i rozmiarach, ale ważą 2-3 razy więcej na kWh niż akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe, w zależności od jakości akumulatora. Koszt baterii:Akumulatory kwasowo-ołowiowe są o 75% tańsze niż akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe, ale nie daj się zwieść niskiej cenie.Akumulatorów tych nie da się szybko naładować ani rozładować, mają znacznie krótszą żywotność, nie posiadają zabezpieczającego systemu zarządzania akumulatorami, a także mogą wymagać cotygodniowej konserwacji.Skutkuje to ogólnie wyższym kosztem cyklu, niż jest to uzasadnione w celu zmniejszenia kosztów energii lub obsługi urządzeń o dużej wytrzymałości. Baterie litowe jako bateria zapasowa w budynkach mieszkalnych Obecnie akumulatory, które odniosły największy sukces komercyjny, to akumulatory litowo-jonowe.Po zastosowaniu technologii litowo-jonowej w przenośnych urządzeniach elektronicznych wkroczyła ona do zastosowań przemysłowych, systemów zasilania, fotowoltaicznych magazynów energii i pojazdów elektrycznych. Baterie litowo-jonoweprzewyższają wiele innych typów akumulatorów pod wieloma względami, w tym pojemnością magazynowania energii, liczbą cykli pracy, szybkością ładowania i opłacalnością.Obecnie jedyną kwestią jest bezpieczeństwo, łatwopalne elektrolity mogą zapalić się w wysokich temperaturach, co wymaga stosowania elektronicznych systemów sterowania i monitorowania. Lit jest najlżejszym ze wszystkich metali, ma najwyższy potencjał elektrochemiczny i oferuje wyższą gęstość objętościową i masową energii niż inne znane technologie akumulatorów. Technologia litowo-jonowa umożliwiła zwiększenie wykorzystania systemów magazynowania energii, związanych głównie z nieciągłymi źródłami energii odnawialnej (słonecznej i wiatrowej), a także przyczyniła się do wprowadzenia pojazdów elektrycznych. Baterie litowo-jonowe stosowane w systemach zasilania i pojazdach elektrycznych są akumulatorami typu płynnego.Baterie te wykorzystują tradycyjną konstrukcję baterii elektrochemicznej, z dwiema elektrodami zanurzonymi w roztworze ciekłego elektrolitu. Separatory (porowate materiały izolacyjne) służą do mechanicznego oddzielenia elektrod, umożliwiając jednocześnie swobodny przepływ jonów przez ciekły elektrolit. Główną cechą elektrolitu jest umożliwienie przewodzenia prądu jonowego (tworzonego przez jony, czyli atomy z nadmiarem lub brakiem elektronów), jednocześnie uniemożliwiając przepływ elektronów (jak to ma miejsce w materiałach przewodzących).Podstawą funkcjonowania akumulatorów elektrochemicznych jest wymiana jonów pomiędzy elektrodami dodatnimi i ujemnymi. Badania nad bateriami litowymi sięgają lat 70. XX wieku, a technologia osiągnęła dojrzałość i zaczęła być wykorzystywana komercyjnie około lat 90. XX wieku. Baterie litowo-polimerowe (z elektrolitami polimerowymi) są obecnie stosowane w telefonach akumulatorowych, komputerach i różnych urządzeniach mobilnych, zastępując starsze baterie niklowo-kadmowe, których głównym problemem jest „efekt pamięci”, stopniowo zmniejszający pojemność.Gdy akumulator jest ładowany przed całkowitym rozładowaniem. W porównaniu do starszych akumulatorów niklowo-kadmowych, zwłaszcza akumulatorów kwasowo-ołowiowych, akumulatory litowo-jonowe mają wyższą gęstość energii (przechowują więcej energii na objętość), mają niższy współczynnik samorozładowania i wytrzymują większą liczbę cykli ładowania i rozładowania co oznacza długą żywotność. Około początku XXI wieku w przemyśle motoryzacyjnym zaczęto stosować baterie litowe.Około 2010 roku akumulatory litowo-jonowe zyskały zainteresowanie magazynowaniem energii elektrycznej w zastosowaniach mieszkaniowychwielkoskalowe systemy ESS (Energy Storage System)., głównie ze względu na zwiększone wykorzystanie źródeł energii na całym świecie.Okresowa energia odnawialna (słoneczna i wiatrowa). Baterie litowo-jonowe mogą mieć różną wydajność, żywotność i cenę, w zależności od sposobu ich wykonania.Zaproponowano kilka materiałów, głównie na elektrody. Zazwyczaj bateria litowa składa się z metalicznej elektrody na bazie litu, która tworzy dodatni biegun akumulatora i elektrody węglowej (grafitowej), która tworzy biegun ujemny. W zależności od zastosowanej technologii elektrody litowe mogą mieć różną budowę.Najczęściej stosowane materiały do ​​produkcji baterii litowych i główne cechy tych baterii są następujące: Tlenki litu i kobaltu (LCO):Wysoka energia właściwa (Wh/kg), dobra pojemność magazynowania i zadowalająca żywotność (liczba cykli), odpowiedni do urządzeń elektronicznych, wadą jest moc właściwa (W/kg). Mały, zmniejszający prędkość załadunku i rozładunku; Tlenki litu i manganu (LMO):umożliwiają wysokie prądy ładowania i rozładowania przy niskiej energii właściwej (Wh/kg), co zmniejsza pojemność magazynowania; Lit, nikiel, mangan i kobalt (NMC):Łączy właściwości akumulatorów LCO i LMO. Dodatkowo obecność niklu w składzie pomaga zwiększyć energię właściwą, zapewniając większą pojemność magazynowania.Nikiel, mangan i kobalt można stosować w różnych proporcjach (w celu wsparcia jednego lub drugiego) w zależności od rodzaju zastosowania.Ogólnie rzecz biorąc, wynikiem tego połączenia jest akumulator o dobrej wydajności, dobrej pojemności, długiej żywotności i niskim koszcie. Lit, nikiel, mangan i kobalt (NMC):Łączy w sobie cechy akumulatorów LCO i LMO.Dodatkowo obecność niklu w składzie pomaga podnieść energię właściwą, zapewniając większą pojemność magazynowania.Nikiel, mangan i kobalt można stosować w różnych proporcjach, w zależności od rodzaju zastosowania (aby faworyzować tę lub inną cechę).Ogólnie rzecz biorąc, wynikiem tej kombinacji jest bateria o dobrej wydajności, dobrej pojemności, dobrej żywotności i umiarkowanych kosztach.Ten typ akumulatora jest szeroko stosowany w pojazdach elektrycznych i nadaje się również do stacjonarnych systemów magazynowania energii; Fosforan litowo-żelazowy (LFP):Kombinacja LFP zapewnia akumulatorom dobrą wydajność dynamiczną (prędkość ładowania i rozładowywania), dłuższą żywotność i zwiększone bezpieczeństwo dzięki dobrej stabilności termicznej.Brak niklu i kobaltu w ich składzie zmniejsza koszty i zwiększa dostępność tych akumulatorów do masowej produkcji.Chociaż jego pojemność magazynowania nie jest najwyższa, została przyjęta przez producentów pojazdów elektrycznych i systemów magazynowania energii ze względu na wiele korzystnych cech, zwłaszcza niski koszt i dobrą wytrzymałość; Lit i tytan (LTO):Nazwa odnosi się do akumulatorów, które w jednej z elektrod mają tytan i lit, zastępując węgiel, natomiast druga elektroda jest taka sama, jak w jednym z pozostałych typów (np. NMC – lit, mangan i kobalt).Pomimo niskiej energii właściwej (co przekłada się na zmniejszoną pojemność magazynowania), to połączenie charakteryzuje się dobrymi parametrami dynamicznymi, dobrym bezpieczeństwem i znacznie zwiększoną żywotnością.Baterie tego typu wytrzymują ponad 10 000 cykli pracy przy 100% głębokości rozładowania, podczas gdy inne typy baterii litowych wytrzymują około 2000 cykli. Akumulatory LiFePO4 przewyższają akumulatory kwasowo-ołowiowe wyjątkowo wysoką stabilnością cyklu, maksymalną gęstością energii i minimalną wagą.Jeśli akumulator jest regularnie rozładowywany od 50% DOD, a następnie w pełni naładowany, akumulator LiFePO4 może wykonać do 6500 cykli ładowania.Zatem dodatkowa inwestycja zwraca się w dłuższej perspektywie, a stosunek ceny do wydajności pozostaje nie do pobicia.Są preferowanym wyborem do ciągłego użytkowania jako baterie słoneczne. Wydajność:Ładowanie i rozładowywanie akumulatora charakteryzuje się całkowitą efektywnością cyklu wynoszącą 98%, a jednocześnie jest szybko ładowane i rozładowywane w czasie krótszym niż 2 godziny – a nawet szybciej, co skraca żywotność. Pojemność przechowywania: akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe mogą mieć moc ponad 18 kWh, co zajmuje mniej miejsca i waży mniej niż akumulator kwasowo-ołowiowy o tej samej pojemności. Koszt baterii: Fosforan litowo-żelazowy jest zwykle droższy niż akumulatory kwasowo-ołowiowe, ale zwykle ma niższy koszt cyklu w wyniku większej trwałości