מדריך גיבוי סוללה ביתי לשנת 2022 | סוגים, עלויות, יתרונות..

אפילו בשנת 2022, אחסון אנרגיה פוטו-וולטאית עדיין יהיה הנושא החם ביותר, וגיבוי סוללות ביתי הוא התחום הצומח ביותר של אנרגיה סולארית, ויוצר שווקים חדשים והזדמנויות להרחבת אנרגיה סולארית עבור בתים ועסקים גדולים כקטנים ברחבי העולם.גיבוי סוללה ביתיקריטי לכל בית סולארי, במיוחד במקרה של סערה או מצב חירום אחר. במקום לייצא אנרגיה סולארית עודפת לרשת החשמל, מה דעתך לאגור אותה בסוללות למקרי חירום? אבל כיצד אנרגיה סולארית מאוחסנת יכולה להיות רווחית? נספר לך על העלות והרווחיות של מערכת אחסון סוללות ביתית ונפרט את הנקודות המרכזיות שכדאי לזכור בעת רכישת מערכת האחסון הנכונה. מהי מערכת אחסון סוללות ביתית? איך היא עובדת? מערכת אחסון סוללות ביתית או מערכת אחסון פוטו-וולטאית היא תוספת שימושית למערכת הפוטו-וולטאית כדי לנצל את היתרונות של מערכת סולארית ותמלא תפקיד חשוב יותר ויותר בהאצת החלפת דלקים מאובנים באנרגיה מתחדשת. סוללת הסולאר הביתית אוגרת את החשמל המופק מאנרגיה סולארית ומשחררת אותו למפעיל בזמן הנדרש. גיבוי סוללה הוא אלטרנטיבה ידידותית לסביבה וחסכונית לגנרטורים של גז. אלו המשתמשים במערכת פוטו-וולטאית לייצור חשמל בעצמם יגיעו במהירות לקצה גבול היכולת שלה. בצהריים, המערכת מספקת שפע של אנרגיה סולארית, רק שאז אין אף אחד בבית שישתמש בה. בערב, לעומת זאת, נדרשת שפע של חשמל - אבל אז השמש כבר לא זורחת. כדי לפצות על פער האספקה ​​הזה, החשמל היקר משמעותית נרכש ממפעיל הרשת. במצב זה, גיבוי סוללה ביתי הוא כמעט בלתי נמנע. משמעות הדבר היא שהחשמל שאינו בשימוש מהיום זמין בערב ובלילה. חשמל המיוצר באופן עצמאי זמין אפוא מסביב לשעון וללא קשר למזג האוויר. בדרך זו, השימוש באנרגיה סולארית המיוצרת באופן עצמאי גדל עד 80%. מידת העצמאות, כלומר שיעור צריכת החשמל המכוסה על ידי המערכת הסולארית, עולה עד 60%. סוללת גיבוי ביתית קטנה בהרבה ממקרר וניתנת להתקנה על קיר בחדר השירות. מערכות אחסון מודרניות מכילות אינטליגנציה רבה שיכולה להשתמש בתחזיות מזג אוויר ואלגוריתמים לומדים את עצמם כדי לצמצם את צריכת החשמל של משק הבית לצריכה עצמית מקסימלית. השגת עצמאות אנרגטית מעולם לא הייתה קלה יותר - גם אם הבית נשאר מחובר לרשת החשמל. האם מערכות אחסון סוללות ביתיות שוות את זה? מהם הגורמים שתלויים בכך? אחסון סוללות ביתי נחוץ כדי שבית המופעל על ידי חשמל סולארי ימשיך לפעול גם במהלך הפסקות חשמל ברשת, והוא יעבוד גם בלילה. בנוסף, סוללות סולאריות משפרות את כלכלת המערכת על ידי שמירה על אנרגיה סולארית, אשר אחרת הייתה מסופקת לרשת, בהפסד, רק כדי לפרוס מחדש את החשמל הזה לפעמים כאשר החשמל יקר ביותר. אחסון סוללות ביתי מגן על בעל החשמל הסולארי מפני תקלות ברשת ומגן על כלכלת המערכת מפני שינויים במערכות מחירי האנרגיה. האם כדאי להשקיע בו או לא תלוי בכמה גורמים: רמת עלויות ההשקעה. ככל שהעלות לקילוואט-שעה של קיבולת נמוכה יותר, כך מערכת האחסון תחזיר את עצמה מהר יותר. אורך החיים של ה-סוללה סולארית לבית אחריות יצרן של 10 שנים היא נהוגה בתעשייה. עם זאת, מניחים אורך חיים ארוך יותר. רוב הסוללות הסולאריות הביתיות עם טכנולוגיית ליתיום-יון פועלות בצורה אמינה במשך 20 שנה לפחות. חלק מהחשמל הצרכני העצמי ככל שאגירת אנרגיה סולארית מגדילה את הצריכה העצמית, כך גדלים הסיכויים שהיא תהיה כדאית. עלויות חשמל בעת רכישה מהרשת כאשר מחירי החשמל גבוהים, בעלי מערכות פוטו-וולטאיות חוסכים על ידי צריכת חשמל עצמית. בשנים הקרובות, מחירי החשמל צפויים להמשיך ולעלות, ולכן רבים רואים בסוללות סולאריות השקעה נבונה. תעריפים המחוברים לרשת ככל שבעלי מערכות סולאריות מקבלים פחות חשמל לקילוואט-שעה, כך משתלם להם יותר לאגור את החשמל במקום להזין אותו לרשת. במהלך 20 השנים האחרונות, תעריפי החשמל המחוברים לרשת ירדו בהתמדה וימשיכו לעשות זאת. אילו סוגי מערכות אחסון אנרגיה ביתיות בסוללות זמינות? מערכות גיבוי סוללות ביתיות מציעות יתרונות רבים, כולל חוסן, חיסכון בעלויות וייצור חשמל מבוזר (המכונה גם "מערכות אנרגיה מבוזרות ביתיות"). אז מהן הקטגוריות של סוללות סולאריות ביתיות? כיצד עלינו לבחור? סיווג פונקציונלי לפי פונקציית גיבוי: 1. ספק כוח UPS ביתי זהו שירות תעשייתי לגיבוי חשמל שבתי חולים, חדרי נתונים, ממשלות פדרליות או שווקים צבאיים דורשים בדרך כלל להפעלה רציפה של המכשירים החיוניים והרגישים שלהם. עם ספק כוח UPS ביתי, האורות בביתך עשויים אפילו לא להבהב אם רשת החשמל כושלת. רוב הבתים אינם זקוקים או מתכוונים לשלם עבור רמת אמינות זו - אלא אם כן הם מפעילים ציוד רפואי חיוני בביתך. 2. ספק כוח 'ניתן להפסקה' (גיבוי לכל הבית). השלב הבא בהורדת הכוח ממערכת UPS הוא מה שנקרא "ספק כוח פסק", או IPS. IPS יאפשר לכל הבית שלכם להמשיך לפעול על אנרגיה סולארית וסוללות אם רשת החשמל תיפול, אך תחוו תקופה קצרה (כמה שניות) שבה הכל הופך לשחור או אפור בבית כאשר מערכת הגיבוי נכנסת לציוד. ייתכן שתצטרכו לאפס את השעונים האלקטרוניים המהבהבים שלכם, אך חוץ מזה תוכלו להשתמש בכל מכשירי החשמל הביתיים שלכם כרגיל כל עוד הסוללות שלכם מחזיקות מעמד. 3. אספקת חשמל למצבי חירום (גיבוי חלקי). חלק מפונקציונליות גיבוי החשמל פועלת על ידי הפעלת מעגל חירום כאשר היא מזהה שרשת החשמל ירדה. זה יאפשר למכשירי החשמל הביתיים המחוברים למעגל זה - בדרך כלל מקררים, תאורה וכמה שקעי חשמל ייעודיים - להמשיך להפעיל את הסוללות ו/או את הפאנלים הפוטו-וולטאיים למשך תקופת ההפסקה. גיבוי מסוג זה עשוי להיות אחת האפשרויות הפופולריות, הסבירות והחסכוניות ביותר עבור בתים ברחבי העולם, מכיוון שהפעלת בית שלם על סוללות תרוקן אותן במהירות. 4. מערכת סולארית ואחסון חלקית מחוץ לרשת. אפשרות אחרונה שעשויה למשוך את העין היא 'מערכת חלקית מחוץ לרשת'. עם מערכת חלקית מחוץ לרשת, הרעיון הוא ליצור אזור ייעודי 'מחוץ לרשת' בבית, הפועל באופן רציף על מערכת סולארית וסוללות גדולה מספיק כדי לתחזק את עצמה מבלי למשוך חשמל מהרשת. באופן זה, מגרשים משפחתיים הכרחיים (מקררים, תאורה וכו') נשארים דולקים גם אם הרשת נופלת, ללא כל הפרעה. בנוסף, מכיוון שהסוללות והשמש בגודלן מאפשרים לפעול לנצח בכוחות עצמם ללא חיבור לרשת, לא יהיה צורך להקצות צריכת חשמל אלא אם כן מחוברים מכשירים נוספים למעגל המחוץ לרשת. סיווג מטכנולוגיית כימיה של סוללות: סוללות עופרת חומצה כגיבוי סוללות ביתיות סוללות עופרת-חומצההן הסוללות הנטענות הוותיקות ביותר והסוללה הזולה ביותר הקיימת לאגירת אנרגיה בשוק. הן הופיעו בתחילת המאה הקודמת, בשנות ה-1900, ועד היום הן הסוללות המועדפות ביישומים רבים בשל עמידותן ועלותן הנמוכה. חסרונותיהן העיקריים הם צפיפות האנרגיה הנמוכה שלהן (הן כבדות ומגושמות) ותוחלת החיים הקצרה שלהן, כאשר סוללות עופרת-חומצה אינן מקבלות מספר רב של מחזורי טעינה ופריקה, דורשות תחזוקה שוטפת כדי לאזן את הכימיה בסוללה, ולכן מאפייניהן הופכים אותן לא מתאימות לפריקה בתדירות בינונית עד גבוהה או ליישומים הנמשכים 10 שנים או יותר. יש להם גם חיסרון של עומק פריקה נמוך, אשר בדרך כלל מוגבל ל-80% במקרים קיצוניים או 20% בפעולה רגילה, למשך חיים ארוכים יותר. פריקת יתר פוגעת באלקטרודות של הסוללה, מה שמפחית את יכולתה לאגור אנרגיה ומגביל את חייה. סוללות עופרת-חומצה דורשות תחזוקה מתמדת של מצב הטעינה שלהן ויש לאחסן אותן תמיד במצב הטעינה המרבי שלהן באמצעות טכניקת ציפה (תחזוקת טעינה באמצעות זרם חשמלי קטן, המספיק לביטול אפקט הפריקה העצמית). ניתן למצוא סוללות אלו במספר גרסאות. הנפוצות ביותר הן סוללות מאווררות, המשתמשות באלקטרוליט נוזלי, סוללות ג'ל מווסתות שסתום (VRLA) וסוללות עם אלקטרוליט משובץ במחצלת פיברגלס (המכונה AGM - סופג זכוכית), בעלות ביצועים בינוניים ועלות מופחתת בהשוואה לסוללות ג'ל. סוללות בעלות שסתום מווסת הן אטומות באופן מעשי, מה שמונע דליפה וייבוש של האלקטרוליט. השסתום פועל לשחרור גזים במצבי טעינה יתר. חלק מסוללות עופרת-חומצה מפותחות עבור יישומים תעשייתיים נייחים ויכולות לקבל מחזורי פריקה עמוקים יותר. קיימת גם גרסה מודרנית יותר, שהיא סוללת עופרת-פחמן. חומרים מבוססי פחמן שנוספים לאלקטרודות מספקים זרמי טעינה ופריקה גבוהים יותר, צפיפות אנרגיה גבוהה יותר וחיים ארוכים יותר. יתרון אחד של סוללות עופרת-חומצה (בכל הווריאציות שלהן) הוא שהן אינן זקוקות למערכת ניהול טעינה מתוחכמת (כמו במקרה של סוללות ליתיום, שנראה בהמשך). סוללות עופרת נוטות הרבה פחות להתלקח ולהתפוצץ בעת טעינה יתר על המידה מכיוון שהאלקטרוליט שלהן אינו דליק כמו זה של סוללות ליתיום. כמו כן, טעינת יתר קלה אינה מסוכנת בסוגי סוללות אלה. אפילו לחלק מבקרי הטעינה יש פונקציית שוויון שטוענת יתר על המידה את הסוללה או את קבוצת הסוללות, וגורמת לכל הסוללות להגיע למצב טעינה מלא. במהלך תהליך האיזון, הסוללות שבסופו של דבר נטענות במלואן לפני האחרות יקבלו עלייה קלה במתח שלהן, ללא סיכון, בעוד שהזרם זורם כרגיל דרך החיבור הטורי של האלמנטים. בדרך זו, ניתן לומר שלסוללות עופרת יש את היכולת להתאזן באופן טבעי וחוסר איזון קטן בין הסוללות של סוללה או בין הסוללות של בנק אינו מהווה סיכון. ביצועים:יעילותן של סוללות עופרת-חומצה נמוכה בהרבה מזו של סוללות ליתיום. בעוד שהיעילות תלויה בקצב הטעינה, בדרך כלל מניחים יעילות הלוך ושוב של 85%. קיבולת אחסון:סוללות עופרת-חומצה מגיעות במגוון מתחים וגדלים, אך שוקלות פי 2-3 יותר לקוט"ש מאשר ליתיום-ברזל פוספט, תלוי באיכות הסוללה. עלות סוללה:סוללות עופרת-חומצה זולות ב-75% מסוללות ליתיום-ברזל פוספט, אך אל תתנו למחיר הנמוך להטעות אתכם. סוללות אלו אינן ניתנות לטעינה או פריקה מהירה, אורך החיים שלהן קצר בהרבה, אין להן מערכת ניהול סוללות מגנה, וייתכן גם שידרשו תחזוקה שבועית. התוצאה היא עלות כוללת גבוהה יותר למחזור מהסביר כדי להפחית את עלויות החשמל או לתמוך במכשירים כבדים. סוללות ליתיום כגיבוי סוללות ביתיות נכון לעכשיו, הסוללות המצליחות ביותר מבחינה מסחרית הן סוללות ליתיום-יון. לאחר יישום טכנולוגיית ליתיום-יון במכשירים אלקטרוניים ניידים, היא חדרה לתחומי היישומים התעשייתיים, מערכות חשמל, אגירת אנרגיה פוטו-וולטאית וכלי רכב חשמליים. סוללות ליתיום-יוןעולים על סוגים רבים אחרים של סוללות נטענות בהיבטים רבים, כולל קיבולת אחסון אנרגיה, מספר מחזורי עבודה, מהירות טעינה וחסכון בעלות. נכון לעכשיו, הבעיה היחידה היא בטיחות, אלקטרוליטים דליקים עלולים להתלקח בטמפרטורות גבוהות, מה שמחייב שימוש במערכות בקרה וניטור אלקטרוניות. ליתיום היא המתכת הקלה ביותר, בעלת הפוטנציאל האלקטרוכימי הגבוה ביותר, והיא מציעה צפיפויות אנרגיה נפחיות ומסה גבוהות יותר בהשוואה לטכנולוגיות סוללות ידועות אחרות. טכנולוגיית ליתיום-יון אפשרה להניע את השימוש במערכות אגירת אנרגיה, הקשורות בעיקר למקורות אנרגיה מתחדשים לסירוגין (אנרגיה סולארית ורוח), וגם הניעה את אימוץ כלי רכב חשמליים. סוללות ליתיום-יון המשמשות במערכות חשמל ובכלי רכב חשמליים הן מסוג נוזלי. סוללות אלו משתמשות במבנה המסורתי של סוללה אלקטרוכימית, עם שתי אלקטרודות טבולות בתמיסת אלקטרוליט נוזלית. מפרידים (חומרי בידוד נקבוביים) משמשים להפרדה מכנית של האלקטרודות תוך מתן אפשרות לתנועה חופשית של יונים דרך האלקטרוליט הנוזלי. המאפיין העיקרי של אלקטרוליט הוא לאפשר הולכת זרם יוני (הנוצר על ידי יונים, שהם אטומים עם עודף או חוסר באלקטרונים), תוך מניעת מעבר אלקטרונים (כפי שקורה בחומרים מוליכים). חילופי יונים בין אלקטרודות חיוביות ושליליות הם הבסיס לתפקודן של סוללות אלקטרוכימיות. ניתן לייחס את המחקר על סוללות ליתיום לשנות ה-70, והטכנולוגיה הבשילה והחלה בשימוש מסחרי בסביבות שנות ה-90. סוללות ליתיום פולימר (עם אלקטרוליטים פולימריים) משמשות כיום בטלפונים, מחשבים ומכשירים ניידים שונים, ומחליפות סוללות ניקל-קדמיום ישנות יותר, שהבעיה העיקרית שלהן היא "אפקט הזיכרון" שמפחית בהדרגה את קיבולת האחסון. כאשר הסוללה נטענת לפני שהיא מתרוקנת לחלוטין. בהשוואה לסוללות ניקל-קדמיום ישנות יותר, במיוחד סוללות עופרת-חומצה, לסוללות ליתיום-יון יש צפיפות אנרגיה גבוהה יותר (אוגרות יותר אנרגיה לנפח), מקדם פריקה עצמית נמוך יותר, והן יכולות לעמוד ביותר טעינה ומספר מחזורי פריקה, מה שאומר חיי שירות ארוכים. בסביבות תחילת שנות ה-2000, החלו סוללות ליתיום להיות בשימוש בתעשיית הרכב. בסביבות שנת 2010, סוללות ליתיום-יון זכו לעניין באגירת אנרגיה חשמלית ביישומים ביתיים ו...מערכות ESS (מערכת אחסון אנרגיה) בקנה מידה גדול, בעיקר עקב השימוש המוגבר במקורות חשמל ברחבי העולם. אנרגיה מתחדשת לסירוגין (אנרגיה סולארית ורוח). לסוללות ליתיום-יון יכולות להיות ביצועים, אורך חיים ועלויות שונים, בהתאם לאופן ייצורן. הוצעו מספר חומרים, בעיקר עבור אלקטרודות. בדרך כלל, סוללת ליתיום מורכבת מאלקטרודה מתכתית מבוססת ליתיום היוצרת את ההדק החיובי של הסוללה ואלקטרודה פחמנית (גרפיט) ​​היוצרת את ההדק השלילי. בהתאם לטכנולוגיה בה נעשה שימוש, אלקטרודות מבוססות ליתיום יכולות להיות בעלות מבנים שונים. החומרים הנפוצים ביותר לייצור סוללות ליתיום והמאפיינים העיקריים של סוללות אלו הם כדלקמן: תחמוצות ליתיום וקובלט (LCO):אנרגיה ספציפית גבוהה (Wh/kg), קיבולת אחסון טובה ואורך חיים מספק (מספר מחזורים), מתאים למכשירים אלקטרוניים, החיסרון הוא הספק סגולי (W/kg) קטן, מה שמפחית את מהירות הטעינה והפריקה; תחמוצות ליתיום ומנגן (LMO):לאפשר זרמי טעינה ופריקה גבוהים עם אנרגיה ספציפית נמוכה (Wh/kg), מה שמפחית את קיבולת האחסון; ליתיום, ניקל, מנגן וקובלט (NMC):משלב את התכונות של סוללות LCO ו-LMO. בנוסף, נוכחות הניקל בהרכב מסייעת להגדיל את האנרגיה הסגולית, ומספקת קיבולת אחסון גדולה יותר. ניתן להשתמש בניקל, מנגן וקובלט בפרופורציות משתנות (כדי לתמוך באחד או באחר) בהתאם לסוג היישום. בסך הכל, התוצאה של שילוב זה היא סוללה בעלת ביצועים טובים, קיבולת אחסון טובה, אורך חיים ארוך ועלות נמוכה. ליתיום, ניקל, מנגן וקובלט (NMC):משלב תכונות של סוללות LCO ו-LMO. בנוסף, נוכחות הניקל בהרכב מסייעת להעלות את האנרגיה הסגולית, ומספקת קיבולת אחסון גדולה יותר. ניתן להשתמש בניקל, מנגן וקובלט בפרופורציות שונות, בהתאם לסוג היישום (למען העדפת מאפיין זה או אחר). באופן כללי, התוצאה של שילוב זה היא סוללה בעלת ביצועים טובים, קיבולת אחסון טובה, אורך חיים ארוך ועלות בינונית. סוג זה של סוללה נמצא בשימוש נרחב בכלי רכב חשמליים והוא מתאים גם למערכות אחסון אנרגיה נייחות; ליתיום ברזל פוספט (LFP):שילוב ה-LFP מספק לסוללות ביצועים דינמיים טובים (מהירות טעינה ופריקה), אורך חיים ארוך יותר ובטיחות מוגברת הודות ליציבות התרמית הטובה שלהן. היעדר ניקל וקובלט בהרכבן מפחית את העלות ומגדיל את הזמינות של סוללות אלו לייצור המוני. למרות שקיבולת האחסון שלה אינה הגבוהה ביותר, היא אומצה על ידי יצרני כלי רכב חשמליים ומערכות אחסון אנרגיה בשל תכונותיה היתרונות הרבות, במיוחד עלותה הנמוכה ועמידותה הטובה; ליתיום וטיטניום (LTO):השם מתייחס לסוללות המכילות טיטניום וליתיום באחת האלקטרודות, המחליפות את הפחמן, בעוד שהאלקטרודה השנייה היא זהה לזו המשמשת באחד הסוגים האחרים (כגון NMC - ליתיום, מנגן וקובלט). למרות האנרגיה הסגולית הנמוכה (המתורגמת לקיבולת אחסון מופחתת), לשילוב זה ביצועים דינמיים טובים, בטיחות טובה וחיי שירות ארוכים יותר. סוללות מסוג זה יכולות לקבל יותר מ-10,000 מחזורי פעולה בעומק פריקה של 100%, בעוד שסוגים אחרים של סוללות ליתיום מקבלים כ-2,000 מחזורים. סוללות LiFePO4 עולות על סוללות עופרת-חומצה עם יציבות מחזורית גבוהה במיוחד, צפיפות אנרגיה מקסימלית ומשקל מינימלי. אם הסוללה נפרקת באופן קבוע מ-50% מתח טעינה ולאחר מכן נטענת במלואה, סוללת LiFePO4 יכולה לבצע עד 6,500 מחזורי טעינה. כך שההשקעה הנוספת משתלמת בטווח הארוך, ויחס המחיר/ביצועים נותר ללא תחרות. הן הבחירה המועדפת לשימוש רציף כסוללות סולאריות. ביצועים:טעינה ושחרור הסוללה מגיעות ל-98% יעילות מחזור כוללת, תוך טעינה ושחרור מהירים בפחות משעתיים - ואף מהר יותר למשך חיים קצר יותר. קיבולת אחסוןסוללות ליתיום-ברזל פוספט יכולות להיות בעלות הספק של מעל 18 קוט"ש, מה שצורך פחות מקום ושוקל פחות מסוללת עופרת-חומצה באותה קיבולת. עלות הסוללהסוללות ליתיום ברזל פוספט נוטות לעלות יותר מסוללות עופרת-חומצה, אך בדרך כלל יש להן עלות מחזור נמוכה יותר כתוצאה מאורך חיים ארוך יותר.