Нюансы хранения энергии из возобновляемых источников в аккумуляторных батареях
- Категория: Поддержка по зарядным устройствам
- Опубликовано 14.05.2016 23:42
- Автор: Abramova Olesya
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.
Standard Range AGM | Deep Cycle Range AGM | Gellyte Range GEL |
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.
Marin GEL Range | Deep Cycle GEL Range | Solar GEL Range |
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.
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 $20 000. Монтаж такой установки и покупка преобразователя постоянного тока в переменный для синхронизации сетей удвоит стоимость. И это еще не учтена покупка аккумуляторной батареи.
AGM Deep Cycle |
GEL Deep Cycle | Литиевые (LiFePO4) |
10 лет / 400 циклов | 10 лет / 500 циклов | 20 лет / 2200 циклов |
универсальное применение | для циклических разрядов | для частых глубоких разрядов |
Существует один нюанс, который забывают учитывать при расчете стоимости солнечной установки. Солнечные элементы имеют срок службы 25 лет, а аккумуляторные батареи - около 10. Применив эту амортизационную составляющую к уже сделанным расчетам, получим ежемесячную сумму содержания на уровне 2 500$. 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 |
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 |