Stocarea energiei

Bateriile electrochimice, adică acumulatorii, permit stocarea energiei într-o formă ușor de recuperat. Avantajele acumulatorilor constau în valoarea ridicată a densității energiei. Densitatea energiei este cantitatea unitară de energie electrică stocată, care poate fi exprimată volumetric sau în funcție de masă. Dezavantajele utilizării acumulatorilor sunt autodescărcarea, uzura acumulatorului manifestată prin modificarea parametrilor – așa-numita îmbătrânire a bateriei, timpul lung de încărcare, influența temperaturii asupra acumulatorului și, în cazul unor soluții tehnice, durata scurtă de viață.

În soluțiile folosite pentru depozitarea energiei se utilizează două tipuri de acumulatori: plumb-acid și litiu-ion.

Tipuri de depozitare a energiei

Acumulatorii plumb-acid au o eficiență de aproximativ 70%. Se remarcă prin preț redus, sistem simplu de încărcare și posibilitatea de a suporta sarcini mari pentru perioade scurte. Aceste caracteristici fac ca ei să fie utilizați în sistemele de alimentare neîntreruptibilă (UPS). Dezavantajul major este durata scurtă de viață (aproximativ 1000 de cicluri de încărcare-descărcare) și construcția lor. În acumulatorii plumb-acid electrolitul este în stare lichidă, ceea ce poate provoca scurgeri și necesitatea completării electrolitului. Pentru a remedia această problemă, acumulatorii plumb-acid sunt fabricați în variante fără întreținere:

• SLA – Sealed Lead Acid – plumb-acid etanșe
• VRLA – Valve Regulated Lead Acid – plumb-acid cu supape de reglare

Se produc în două tehnologii:

• Acumulatori cu gel, în care soluția apoasă de acid sulfuric amestecată cu dioxid de siliciu are consistența unui gel și servește drept electrolit. Această soluție are dezavantajul limitării descărcării cu curenți mari, motiv pentru care sunt mai rar folosiți în aplicații de putere mare.
• Acumulatori AGM (Absorbed Glass Mat), în care electrolitul este absorbit în separatorul realizat din fibră de sticlă poroasă.

Acumulatorii litiu-ion (Li-ion) ating o eficiență de aproximativ 94%. Celulele acestea sunt unele dintre cele mai ușoare, fiind folosite în echipamente electronice. De-a lungul anilor, au început să fie utilizate și în vehicule electrice. Acumulatorii pentru vehicule electrice sunt mai durabili (având o durată de viață de câteva zeci de ani, echivalentul a circa 1800 de cicluri de încărcare-descărcare) și sunt echipați cu sisteme de răcire și încălzire. Aceste celule pot fi încărcate rapid de la 0 la 80% în 15 – 30 de minute fără a afecta semnificativ durata lor de viață. Datorită progreselor în electromobilitate, se ia în considerare folosirea acumulatorilor litiu-ion ca depozite staționare de energie în instalațiile cu surse regenerabile, caracterizate prin funcționare neregulată și instabilă.

Acumulatorii nichel-metal-hidrid (NiMH) au eficiențe ce pot ajunge până la 92%, cu o durată de viață de până la 2000 de cicluri de încărcare-descărcare. Principalul avantaj este absența cadmiului toxic. Aceste celule se caracterizează prin densitate mare a energiei, capacitate și efect de memorie redus. Dezavantajul lor este incapacitatea de a livra curenți mari. Acumulatorii NiMH sunt sensibili la autodescărcare, însă producătorii dezvoltă tehnologia pentru a reduce acest fenomen.

Compensarea puterii reactive folosind bănci de energie

Sistemele UPS sunt utilizate pentru alimentarea echipamentelor importante în cazul întreruperii rețelei sau pentru protejarea componentelor sensibile de interferențele din rețea.

În sistemele UPS se montează condensatoare, ceea ce face ca din rețea să fie preluată nu doar puterea activă, ci și puterea reactivă capacitivă. În soluțiile mai noi se folosesc circuite de corecție a factorului de putere (PFC), care limitează conținutul armonicelor superioare și reduc consumul de putere reactivă, ceea ce crește factorul de putere cosφ la sarcină completă. O altă soluție este utilizarea unui deplasator de fază în circuitul de intrare, ceea ce reduce puterea reactivă capacitivă de intrare la zero.

Cum este construit un depozit de energie electrică?

În cazul sistemului de stocare a energiei se disting următoarele componente:

• invertor bidirecțional – convertor DC/AC și AC/DC,
• banca de baterii – ansamblu de acumulatori chimici,
• controler pentru baterie BMS,
• controler programabil – pentru gestionarea algoritmilor,
• sistem de supraveghere și vizualizare a funcționării GUI (Graphic User Interface) – instrument ce permite utilizatorului monitorizarea și controlul instalației de stocare,
• elemente auxiliare pentru conectarea la rețea – măsurători ale instalației sau, de exemplu, transformator de izolație.

Componenta care merită o discuție detaliată este invertorul bidirecțional. Acesta este un convertor DC/AC și AC/DC a cărui sarcină este controlul procesului de încărcare și descărcare a bateriei, precum și schimbul de energie între rețeaua electrică și depozit. Invertorul trebuie să asigure parametrii adecvați de tensiune și, în caz de suprasarcină, curentul maxim corespunzător. Sistemul trebuie să funcționeze sincronizat cu rețeaua, iar în caz de pană de curent să poată asigura funcționare autonomă. În plus, invertorul „protejează” bateria încărcând-o conform caracteristicilor adecvate, prevenind supraîncărcarea, supraîncălzirea și fenomenul de rulare termică. Convertorul trebuie să poată comunica cu sistemul de monitorizare a bateriei (BMS) și să asigure izolația galvanică a sistemului, de exemplu prin utilizarea unui transformator la ieșire.

Fotovoltaica – depozite de energie care sporesc rentabilitatea

O soluție care crește rentabilitatea instalațiilor PV sunt depozitele de energie. Fotovoltaica echipată cu astfel de dispozitive, în loc să trimită surplusul de energie în rețea, îl stochează în baterii, precum acumulatori nichel-metal-hidrid (NiMH) sau din ce în ce mai frecvent acumulatori litiu-ion (Li-ion). Astfel energia poate fi utilizată oricând, evitând regulile incomode de decontare a prosumatorilor. Depozitul de energie pentru fotovoltaică face ca o clădire dotată cu această combinație să devină independentă față de alimentarea din rețeaua energetică. Utilizarea energiei este efectiv gratuită.

Ce cerințe impune fotovoltaica – depozit de energie pentru instalația PV

Bateriile pentru instalațiile PV trebuie să fie adaptate cerințelor specifice ale sistemelor fotovoltaice. Depozitul de energie oferit de DACPOL trebuie în primul rând să fie ales în funcție de capacitate. Aceasta trebuie să fie ajustată la puterea totală a instalației. Se consideră că pentru fiecare 1 W kWp de instalație ar trebui să revină 1-1,5 kWh de capacitate.

Al doilea parametru important este puterea, care determină câte aparate pot fi alimentate simultan de depozitul de energie. Fotovoltaica fiind adaptată necesarului de energie al unei clădiri, depozitul de energie trebuie să fie ales în consecință – astfel depozitul poate funcționa atât ca sursă de stocare a energiei produse de instalație, cât și ca sistem de alimentare de urgență.

Nu în ultimul rând este eficiența și performanța bateriilor. DACPOL utilizează în depozitele pentru gospodării:

• acumulatori litiu-ion, cu eficiență ridicată,
• acumulatori nichel-metal-hidrid, cu eficiență puțin mai mică.

Aceste baterii asigură funcționarea sigură și fiabilă a instalațiilor fotovoltaice și a dispozitivelor alimentate de acestea.

Acumulatorii plumb-acid și depozitele de energie în instalațiile fotovoltaice

Acumulatorii plumb-acid nu sunt recomandați pentru sistemele fotovoltaice. Aceștia se caracterizează prin durată scurtă de viață, deoarece au o rezistență mică la ciclurile dese de încărcare și descărcare. De asemenea, pierd rapid din capacitate la temperaturi ridicate și au dimensiuni mari, astfel că depozitele de energie cu capacitate mare ocupă mult spațiu.