Съхранение на енергия

Електрохимичните батерии, тоест акумулаторите, позволяват съхранение на енергия в лесно възстановима форма. Предимствата на акумулаторите се състоят в високата стойност на енергийната плътност. Енергийната плътност е единичното количество електрическа енергия, която може да бъде съхранена, и може да бъде изразена обемно или по отношение на масата. Недостатъците при използването на акумулатори са саморазреждането, износването на акумулатора, проявяващо се чрез промяна на параметрите – т.нар. стареене на батерията, дългото време за зареждане, влиянието на температурата върху акумулатора и в някои технически решения – краткия живот.

В решенията, използвани за съхранение на енергия, се използват два вида акумулатори: оловно-киселинни и литиево-йонни.

Видове съхранение на енергия

Оловно-киселинните акумулатори имат ефективност около 70%. Отличават се с ниска цена, проста система за зареждане и възможност да понасят големи токове за кратки периоди. Тези характеристики ги правят подходящи за системи с непрекъснато захранване (UPS). Основният им недостатък е краткият живот (около 1000 цикъла на зареждане-разреждане) и конструкцията им. В оловно-киселинните акумулатори електролитът е в течно състояние, което може да предизвика изтичане и необходимост от допълване на електролита. За да се преодолее този проблем, оловно-киселинните акумулатори се произвеждат в безподдръжкови варианти:

• SLA – Sealed Lead Acid – запечатани оловно-киселинни
• VRLA – Valve Regulated Lead Acid – оловно-киселинни с регулируеми клапани

Произвеждат се в две технологии:

• Гел акумулатори, при които водният разтвор на сярна киселина, смесен с диоксид на силиций, има консистенция на гел и служи като електролит. Този разтвор има недостатъка на ограничено разреждане с големи токове, поради което се използват по-рядко в приложения с голяма мощност.
• AGM акумулатори (Absorbed Glass Mat), при които електролитът се абсорбира в сепаратор, изработен от порест стъклен влакнест материал.

Литиево-йонните (Li-ion) акумулатори постигат ефективност около 94%. Тези клетки са едни от най-леките и се използват в електронни устройства. С течение на годините започнаха да се използват и в електрически превозни средства. Акумулаторите за електрически автомобили са по-издръжливи (с живот от няколко десетки години, еквивалент на около 1800 цикъла на зареждане-разреждане) и са оборудвани с охлаждащи и отоплителни системи. Тези клетки могат да се зареждат бързо от 0 до 80% за 15 – 30 минути без да се нарушава значително техният живот. Благодарение на напредъка в електромобилността, се обмисля използването на литиево-йонни акумулатори като стационарни енергийни складове в инсталации с възобновяеми източници, характеризиращи се с нерегулярна и нестабилна работа.

Никел-метал хидридните (NiMH) акумулатори имат ефективност до 92%, с живот до 2000 цикъла на зареждане-разреждане. Основното им предимство е липсата на токсичен кадмий. Тези клетки се характеризират с висока енергийна плътност, капацитет и слабо проявен ефект на памет. Недостатъкът им е неспособността да доставят големи токове. NiMH акумулаторите са чувствителни към саморазреждане, но производителите разработват технологии за намаляване на този феномен.

Компенсация на реактивната мощност с помощта на енергийни банки

UPS системите се използват за захранване на важни устройства при прекъсване на мрежата или за защита на чувствителни компоненти от смущения в мрежата.

В UPS системите се инсталират кондензатори, което води до изтегляне от мрежата не само на активна мощност, но и на капацитивна реактивна мощност. В по-новите решения се използват корекционни схеми на фактора на мощността (PFC), които ограничават съдържанието на хармоници и намаляват потреблението на реактивна мощност, което повишава фактора на мощността cosφ при пълно натоварване. Друго решение е използването на фазов измествател в входния кръг, което намалява капацитивната реактивна мощност до нула.

Как е конструиран енергиен склад?

При системата за съхранение на енергия се разграничават следните компоненти:

• двоен инвертор – преобразувател DC/AC и AC/DC,
• батерийна банка – комплект химични акумулатори,
• контролер за батерията BMS,
• програмиран контролер – за управление на алгоритмите,
• система за наблюдение и визуализация на работата GUI (Graphic User Interface) – инструмент, позволяващ на потребителя да следи и управлява системата за съхранение,
• допълнителни елементи за свързване към мрежата – измервания на инсталацията или например изолационен трансформатор.

Компонентът, който заслужава подробно обсъждане, е двоен инвертор. Това е преобразувател DC/AC и AC/DC, чиято задача е контрол на процеса на зареждане и разреждане на батерията, както и обмен на енергия между електрическата мрежа и склада. Инверторът трябва да осигурява подходящите параметри на напрежение и при претоварване максимален съответен ток. Системата трябва да работи синхронизирано с мрежата и при прекъсване на тока да може да осигури автономна работа. Освен това инверторът „защитава“ батерията, като я зарежда съгласно подходящите характеристики, предотвратявайки презареждане, прегряване и термично изтичане. Преобразувателят трябва да може да комуникира със системата за мониторинг на батерията (BMS) и да осигурява галванична изолация на системата, например чрез използване на трансформатор на изхода.

Фотоволтаика – енергийни складове, които увеличават рентабилността

Решение, което увеличава рентабилността на PV инсталациите, са енергийните складове. Фотоволтаиката, оборудвана с такива устройства, вместо да изпраща излишната енергия в мрежата, я съхранява в батерии като никел-метал хидридни (NiMH) или все по-често литиево-йонни (Li-ion) акумулатори. Така енергията може да се използва по всяко време, като се избягват неудобните правила за отчитане на просуматорите. Енергийните складове за фотоволтаика правят сградата с такава комбинация независима от електроснабдителната мрежа. Използването на енергията е ефективно безплатно.

Какви изисквания поставя фотоволтаиката – енергиен склад за PV инсталацията

Батериите за PV инсталации трябва да са адаптирани към специфичните изисквания на фотоволтаичните системи. Предлаганият от DACPOL енергиен склад трябва преди всичко да бъде избран според капацитета. Той трябва да бъде съобразен с общата мощност на инсталацията. Счита се, че за всеки 1 W kWp инсталация се пада 1-1,5 kWh капацитет.

Вторият важен параметър е мощността, която определя колко уреди могат да се захранват едновременно от енергийния склад. Тъй като фотоволтаиката е адаптирана към енергийните нужди на сградата, енергийният склад трябва да бъде избран съответно – така складът може да функционира както като източник за съхранение на енергия, произведена от инсталацията, така и като резервно захранване.

Накрая, но не на последно място, са ефективността и производителността на батериите. DACPOL използва в складовете за домакинства:

• литиево-йонни акумулатори с висока ефективност,
• никел-метал хидридни акумулатори с малко по-ниска ефективност.

Тези батерии осигуряват сигурна и надеждна работа на фотоволтаичните инсталации и свързаните с тях устройства.

Оловно-киселинните акумулатори и енергийните складове в PV инсталации

Оловно-киселинните акумулатори не се препоръчват за PV системи. Те се характеризират с кратък живот, тъй като имат ниска устойчивост към чести цикли на зареждане и разреждане. Също така бързо губят капацитет при високи температури и имат големи размери, което означава, че енергийните складове с голям капацитет заемат много място.