Wzrost popytu na baterie słoneczne do domowego zasilania awaryjnego

Wyobraź sobie taką sytuację: gdy zapada wieczór i sieć energetyczna zawodzi, Twoja okolica pogrąża się w ciemności, a Twój dom pozostaje jasno oświetlony, z urządzeniami domowymi pracującymi i systemami rozrywki działającymi bez zakłóceń. To nie science fiction - to rzeczywistość możliwa dzięki bateriom słonecznym działającym w połączeniu z systemami magazynowania energii.

Baterie litowo-jonowe, źródło zasilania niezbędnych urządzeń XXI wieku, takich jak smartfony, laptopy i pojazdy elektryczne, pojawiły się teraz jako idealne rozwiązanie do magazynowania energii słonecznej. Ale w jaki sposób dokładnie baterie słoneczne magazynują i uwalniają energię? Jakie czynniki wpływają na ich wydajność? Ten artykuł analizuje domowe magazynowanie energii z analitycznego punktu widzenia, badając zasady działania, modele zastosowań i strategie wyboru.

Podstawową funkcją baterii słonecznych jest magazynowanie nadwyżki energii elektrycznej wytworzonej przez panele słoneczne do późniejszego wykorzystania. Zapewnia to ciągły dostęp do czystej energii nawet w nocy lub w pochmurne dni. Ponieważ systemy solarne z magazynowaniem energii stanowią znaczące inwestycje, zrozumienie ich synergii jest kluczowe.

Gdy światło słoneczne dociera do paneli słonecznych, efekt fotowoltaiczny zamienia światło w energię elektryczną. Panele słoneczne generują prąd stały (DC), który odpowiada wymaganiom wejściowym do ładowania akumulatorów. Jednak domy i sieci energetyczne działają na prąd zmienny (AC), co wymaga konwersji przed użyciem w gospodarstwie domowym.

Dwie podstawowe konfiguracje systemów obsługują tę konwersję w różny sposób:

• Systemy z połączeniem DC: Prąd stały z paneli słonecznych płynie bezpośrednio do akumulatorów w celu magazynowania lub jest konwertowany na prąd zmienny za pomocą wbudowanych falowników do natychmiastowego użytku domowego.
• Systemy z połączeniem AC: Prąd stały z paneli słonecznych jest natychmiast konwertowany na prąd zmienny za pomocą falowników solarnych do użytku domowego, a nadwyżka energii jest konwertowana z powrotem na prąd stały przez falowniki akumulatorów w celu magazynowania.

Każda konwersja między prądem zmiennym a stałym powoduje niewielką utratę energii poprzez rozpraszanie ciepła. Systemy z połączeniem DC zazwyczaj okazują się bardziej wydajne, minimalizując etapy konwersji. Jednak modernizacja baterii z połączeniem DC okazuje się trudna w przypadku istniejących systemów solarnych z mikroinwerterami na poziomie paneli.

Gdy akumulatory osiągną pełną pojemność, nadwyżka energii słonecznej jest zazwyczaj przekazywana do lokalnej sieci energetycznej. Większość przedsiębiorstw użyteczności publicznej rekompensuje właścicielom instalacji solarnych tę wyeksportowaną energię poprzez kredyty rozliczeniowe.

Gdy zapotrzebowanie w gospodarstwie domowym wymaga zmagazynowanej energii, falowniki akumulatorów konwertują prąd stały z powrotem na prąd zmienny, rozprowadzając energię przez panel elektryczny w domu. Nowoczesne akumulatory litowo-jonowe mogą rozładować 85-100% zmagazynowanej pojemności bez znacznej degradacji żywotności, chociaż rzeczywista wydajność uwzględnia straty konwersji.

Baterie słoneczne działają głównie w trzech konfiguracjach: tryb zasilania awaryjnego, tryb samokonsumpcji lub kombinacje hybrydowe. Wzorce użytkowania określają zachowanie systemu i charakterystykę wydajności.

Ta dobrze znana funkcja zapewnia zasilanie awaryjne podczas przerw w dostawie prądu. W przeciwieństwie do samodzielnych systemów solarnych, które automatycznie wyłączają się podczas przerw w dostawie prądu (dla bezpieczeństwa pracowników użyteczności publicznej), systemy z zasilaniem z akumulatorów działają nadal.

Systemy awaryjne są zazwyczaj podłączone do dedykowanych paneli obciążenia krytycznego, które priorytetyzują niezbędne obwody, takie jak chłodzenie, oświetlenie, urządzenia medyczne i systemy komunikacyjne podczas przerw w dostawie prądu.

Ta strategia oszczędzania kosztów maksymalizuje wykorzystanie energii słonecznej, minimalizując interakcję z siecią - szczególnie cenne dla użytkowników, którzy mają niekorzystne zasady rozliczeń netto lub stawki za czas użytkowania. W przeciwieństwie do systemów awaryjnych, które utrzymują pełne naładowanie, akumulatory samokonsumpcyjne cyklują codziennie, ładując się z nadwyżki energii słonecznej i rozładowując podczas okresów szczytowego zapotrzebowania.

Niektóre systemy łączą obie funkcjonalności, choć z kompromisami operacyjnymi. Wzorce samokonsumpcji zazwyczaj utrzymują niższe stany naładowania, wymagając ręcznego przełączenia na tryb awaryjny w przypadku przewidywania przerw w dostawie prądu spowodowanych ekstremalnymi warunkami pogodowymi.

Baterie słoneczne litowo-jonowe działają na tych samych zasadach elektrochemicznych, co ich mniejsze odpowiedniki w elektronice użytkowej. Wewnątrz każdego ogniwa akumulatora jony litu przemieszczają się między ujemnymi anodami i dodatnimi katodami przez membrany elektrolitowe, uwalniając elektrony, które generują prąd elektryczny.

Podczas rozładowywania jony przepływają z anody do katody, podczas gdy elektrony zasilają urządzenia zewnętrzne. Ładowanie odwraca ten proces, a energia słoneczna zmusza jony z powrotem do anody, aby przywrócić potencjał energetyczny. Typowe warianty litowo-jonowe obejmują chemie litowo-niklowo-manganowo-kobaltową (NMC) i litowo-żelazo-fosforanową (LFP), różniące się składem katody.

• Baterie domowe umożliwiają strategiczne magazynowanie energii słonecznej w celu elastycznego użytkowania
• Tryby operacyjne określają wzorce ładowania/rozładowywania i priorytety systemu
• Technologia litowo-jonowa wykorzystuje reakcje elektrochemiczne do wydajnego magazynowania energii

Magazynują nadwyżkę energii słonecznej do późniejszego wykorzystania, albo jako zasilanie awaryjne podczas przerw w dostawie prądu, albo jako codzienne oszczędności kosztów dzięki strategicznej samokonsumpcji.

Systemy podłączone do sieci zazwyczaj eksportują nadwyżkę do sieci energetycznej w zamian za kredyty rozliczeniowe.

Czas trwania zależy od pojemności akumulatora i wymagań dotyczących obciążenia. Badania wskazują, że system 10 kWh może zazwyczaj zasilać obciążenia krytyczne (z wyłączeniem HVAC) przez co najmniej trzy dni.