Нюансы хранения энергии из возобновляемых источников в аккумуляторных батареях

В последнее время все больше внимания привлекают технологии распределенных энергетических микросетей, важной составляющей которых являются аккумуляторные батареи. Вот уже много лет в Германии, Японии и других странах возобновляемая энергетика занимает все большую долю в общей энергогенерации, вытесняя классические технологии. В некоторых областях Африки, где инфраструктура централизованного энергообеспечения не развита, стационарные солнечные установки являются просто незаменимыми.

Производство энергии в личных домохозяйствах становится все более популярным и в южных штатах США (так называемый “солнечный пояс”); тенденция к удешевлению солнечных элементов и увеличению долговечности аккумуляторных батарей лишь способствуют этому. Электрические батареи аккумулируют энергию во время ее перепроизводства, позволяя обеспечить электропитание и в периоды отсутствия света или ветра.


Аккумуляторы EverExceed

 

Standard Range AGM Deep Cycle Range AGM Gellyte Range GEL
свинцово-кислотные аккумуляторы аккумуляторы для газового котла гелевые аккумуляторы 12 вольт 100 ач и 200 ач 
10 - 12 лет / 600 циклов 10 - 12 лет / 700 циклов 10 - 12 лет / 750 циклов
универсальная серия AGM для глубоких разрядов AGM универсальная серия GEL

Использование возобновляемых источников энергии конечно же имеет экономический смысл, но тем не менее это все еще дорого в сравнении с классическими технологиями электрогенерации. Большая часть развитого мира обеспечена дешевым и надежным электричеством от центральных сетей переменного тока, стоимость киловатта-часа которого составляет от $0,06 в некоторых районах Канады, до $ 0,15 в большинстве городов и до $0,40 в некоторых европейских странах. Электроэнергия же, произведенная с помощью солнечных установок, имеет стоимость порядка $ 0,20 за киловатт-час. А при добавлении дополнительных периферийных расходов стоимость “солнечного” электричества в большинстве частей мира будет дороже примерно в два раза в сравнении с поставляемой централизованно.

Но несмотря на такую довольно высокую стоимость, установка солнечных панелей в домохозяйствах становится все более популярной, к тому же, с каждым годом стоимость солнечных элементов снижается. Наиболее распространенными фотовольтаическими солнечными элементами являются элементы из кристаллического кремния с КПД около 20 процентов. Гибкие панели для портативного использования, для сравнения, имеют КПД всего лишь 10 процентов. Стоимость оборудования для солнечной установки в перерасчете на 1 ватт энергии составляет около $2,00-2,50 с тенденцией уменьшения.

В странах, богатых солнечным светом, где стоимость электроэнергии высока, электричество, генерируемое солнечными установками, может подаваться обратно в сеть переменного тока. Это приведет к тому, что электрический счетчик будет просто вращаться в обратном направлении, компенсируя ранее потребленную энергию. Но у такой системы есть недостаток - количество сгенерированной энергии не может превышать количество потребленной. Превышение количества энергии, поставленной обратно в сеть переменного тока, может вызвать колебания напряжения, что, в свою очередь, может привести к перегрузке сети и даже ее отключению.


Аккумуляторы EverExceed GEL

 

Marin GEL Range Deep Cycle GEL Range Solar GEL Range
аккумулятор для электромотора аккумуляторы глубокого разряда аккумуляторы для солнечных батарей
10 - 12 лет / 800 циклов 10 - 12 лет / 800 циклов 10 - 12 лет / 800 циклов
для электромоторов лодок и катеров для глубоких циклических разрядов для солнечных электростанций

Присоединение распределенных микросетей к централизованной электросети может получать как поддержку, так и противодействие правительства. С одной стороны, создаются программы, субсидирующие использование возобновляемых источников энергии, а с другой, энергетические компании всячески препятствуют присоединению распределенных микросетей. Утверждается, что генерируемая домохозяйствами электроэнергия усложняет управление системой и вносит некий дисбаланс, так как энергия поступает в сеть во время умеренного потребления, а при пиковых нагрузках существенной помощи от источников возобновляемой энергии нет.

Причины конфликта ясны, ведь именно энергетические компании несут ответственность за стабильное обеспечение электроэнергией, в то время как владельцы распределенных микросетей лишены тревог, связанных с чрезмерным износом и старением энергосетей, вызванных пиковыми нагрузками. Но все же стоит отметить, что в последнее время происходят значительные подвижки, и концепция распределенных микросетей находит все больше понимания и поддержки на самых высоких уровнях.

Идея аккумулирования энергии не нова. Одним из наиболее эффективных примеров может служить накапливание воды в водохранилище гидроэлектростанции, когда при возникновении пиковых нагрузок подача на турбины увеличивается и этим удовлетворяется повышенный спрос на электричество. Еще одним примером сохранения энергии может служить механический маховик или сжатый воздух в подземных хранилищах. Но для малых и средних установок лучше всего подходят аккумуляторные батареи. (Смотрите BU-1001: Электрические батареи в промышленности).

Наиболее распространенной электрохимической системой в сфере распределенных микросетей является свинцово-кислотная [BU-202], но у нее есть недостаток - короткий срок службы. Данный недостаток отчасти вызван особенностями эксплуатации, а именно повышенными циклическими нагрузками - в светлое время суток аккумулятор заряжается, ночью же разряжается. Свинцово-кислотная электрохимическая система имеет ограниченное количество циклов и подвержена сульфатации [BU-804b] при отсутствии периодической полной зарядки. Полное время зарядки с режимом насыщения занимает 16 часов, и ни одна солнечная установка не сможет поставлять энергию так долго. К тому же, с течением времени солнечные панели имеют тенденцию к уменьшению мощности из-за загрязнения и старения. Это часто приводит к недостаточному заряду свинцово-кислотных аккумуляторов.


Аккумуляторы EverExceed

 

OPzS NI-CD OPzV
аккумуляторы opzs промышленные аккумуляторы ni-cd аккумуляторы opzv
20 лет / 1500 циклов 25 лет / 2000 циклов 20 лет / 1500 циклов
для промышленного и частного применения: телекоммуникации, аварийное освещение, солнечные электростанции, системы безопасности, (UPS) источники бесперебойного питания и т.д.

Вышеописанные проблемы частично решил переход на литий-ионную систему. Такие аккумуляторы более устойчивы к циклическим нагрузкам и не должны быть обязательно полностью заряжены; недозаряд даже увеличивает срок их службы, хоть и уменьшает время автономной работы. Недостатком является высокая стоимость - в два-три раза выше стоимости свинцово-кислотного аккумулятора.

Литий-ионный аккумулятор Tesla Powerwall, разработанный для обеспечения электропитания домохозяйства, представлен в двух версиях - 7 и 10 кВт*ч, что является вполне достаточным для обеспечения нескольких часов работы. Обе версии имеют одинаковое количество элементов, но используют разные литий-ионные технологии. 7 кВт*ч версия использует надежную NMC, широко распространенную во многих отраслях промышленности, а 10 кВт*ч версия произведена с помощью NCA, которая также используется в электромобиле Tesla S. NCA предлагает высокую плотность энергии и короткое время зарядки, в то время как NMC обеспечивает большее количество циклов при немного меньшей емкости. (Смотрите BU-205: Виды литий-ионных аккумуляторов).

Обе технологии, и NMC, и NCA, являются более оптимизированными под емкостные показатели и не любят больших нагрузок. Мощность аккумуляторов Powerwall ограничена 2 кВт, что вполне достаточно для запуска холодильника и других не особо мощных устройств, но для питания электроплиты или мощного кондиционера этой мощности будет мало. Не претендуя на роль полноценного резервного источника питания, Powerwall во взаимодействии с централизованной сетью переменного тока поможет сэкономить от трети до половины средств на оплате электричества.

Для полного заряда 10 кВт*ч аккумулятора за 5 часов потребуется солнечная панель, способная обеспечить 5-12 кВт. При оценочной цене $2 за ватт, солнечная установка мощностью 10 кВт будет стоит порядка $20 000. Монтаж такой установки и покупка преобразователя постоянного тока в переменный для синхронизации сетей удвоит стоимость. И это еще не учтена покупка аккумуляторной батареи.


Аккумуляторы Victron Energy

 

AGM Deep Cycle
GEL Deep Cycle Литиевые (LiFePO4)
аккумуляторы AGM аккумуляторы GEL аккумуляторы литий-железо-фосфатные
10 лет / 400 циклов 10 лет / 500 циклов 20 лет / 2200 циклов
универсальное применение для циклических разрядов для частых глубоких разрядов

Существует один нюанс, который забывают учитывать при расчете стоимости солнечной установки. Солнечные элементы имеют срок службы 25 лет, а аккумуляторные батареи - около 10. Применив эту амортизационную составляющую к уже сделанным расчетам, получим ежемесячную сумму содержания на уровне 2 500$. Соответственно, для экономической обоснованности стоимость ежемесячно сэкономленной энергии должна быть не меньше 2 500$.

Последнее обновление 2016-02-25


Контроль и защита аккумуляторов

 

Батарейный монитор Защита от глубокого разряда Батарейный балансир
Батарейный монитор Защита от глубокого разряда Стабилизатор тока заряда аккумулятора
контроль более 25 параметров, история и синхронизация защита от низкого и высокого напряжения, возможность регулировки для 12, 24, 36 и 48В систем, возможность параллельного подключения


Рейтинг и отзывы: 1 1 1 1 1 0/5 на основе 0 голосов