2022년 가정용 배터리 백업 가이드 | 종류, 비용, 장점

2022년에도 태양광 에너지 저장 기술은 여전히 ​​가장 뜨거운 화두이며, 주택용 배터리 백업 시스템은 태양광 분야에서 가장 빠르게 성장하는 부문으로, 전 세계 크고 작은 가정과 기업에 새로운 시장과 태양광 설비 개조 확장 기회를 창출하고 있습니다.가정용 배터리 백업태양광 발전 시스템을 갖춘 주택, 특히 폭풍이나 기타 비상 상황 발생 시 배터리 저장은 매우 중요합니다. 남는 태양광 에너지를 전력망으로 송전하는 대신, 비상시를 대비해 배터리에 저장하는 것은 어떨까요? 하지만 저장된 태양광 에너지는 어떻게 수익을 창출할 수 있을까요? 이 글에서는 가정용 배터리 저장 시스템의 비용과 수익성에 대해 알아보고, 적합한 시스템을 구매할 때 고려해야 할 핵심 사항들을 살펴보겠습니다. 가정용 배터리 에너지 저장 시스템이란 무엇이며, 어떻게 작동하나요? 가정용 배터리 저장 시스템 또는 태양광 발전 저장 시스템은 태양광 발전 시스템의 장점을 극대화하는 데 유용한 추가 장치이며, 화석 연료를 재생 에너지로 대체하는 속도를 높이는 데 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다. 가정용 태양광 배터리는 태양 에너지로 생성된 전기를 저장하고 필요할 때 사용자에게 공급합니다. 배터리 백업 전력은 가스 발전기에 비해 환경 친화적이고 비용 효율적인 대안입니다. 태양광 발전 시스템을 이용해 자가 발전하는 사람들은 곧 그 한계에 부딪히게 됩니다. 한낮에는 시스템이 충분한 양의 태양 에너지를 생산하지만, 그 시간에는 집에 아무도 없어 전기를 사용할 사람이 없습니다. 반대로 저녁에는 많은 전기가 필요하지만, 해가 지면 전기를 사용할 사람이 없습니다. 이러한 전력 부족을 메우기 위해 훨씬 비싼 전기를 전력망 운영업체로부터 구매해야 합니다. 이러한 상황에서는 가정용 배터리 백업이 거의 필수적입니다. 즉, 낮에 사용하지 않은 전기를 저녁과 밤에 활용할 수 있다는 의미입니다. 따라서 자가 발전 전기는 날씨에 관계없이 24시간 내내 이용 가능합니다. 이러한 방식으로 자가 생산 태양광 발전의 사용률을 최대 80%까지 높일 수 있습니다. 자급률, 즉 태양광 시스템으로 충당되는 전력 소비 비율은 최대 60%까지 증가합니다. 가정용 배터리 백업 시스템은 냉장고보다 훨씬 작아서 다용도실 벽에 설치할 수 있습니다. 최신 저장 시스템은 기상 예보와 자체 학습 알고리즘을 활용하여 가정의 에너지 소비를 최대 자가 소비 수준으로 조절하는 지능형 기능을 갖추고 있습니다. 이제 전력망에 연결된 상태에서도 에너지 자립을 달성하는 것이 그 어느 때보다 쉬워졌습니다. 가정용 배터리 저장 시스템은 가치가 있을까요? 어떤 요소들이 영향을 미칠까요? 가정용 배터리 저장 장치는 태양광 발전 시스템을 사용하는 가정이 정전 시에도 계속 가동될 수 있도록 필수적이며, 야간에도 문제없이 작동합니다. 뿐만 아니라, 태양광 배터리는 생산된 전력을 저장해 두었다가 전력 가격이 가장 비싼 시간대에 재활용함으로써 시스템 사업의 경제성을 향상시킵니다. 이는 전력망 장애로부터 태양광 발전 시스템을 보호하고, 에너지 가격 체계 변동에 따른 시스템 사업의 경제적 손실을 방지하는 역할을 합니다. 투자할 가치가 있는지 여부는 여러 요인에 따라 달라집니다. 투자 비용 수준. 킬로와트시당 용량 비용이 낮을수록 에너지 저장 시스템의 투자 회수 기간이 단축됩니다. 수명태양광 가정용 배터리 업계에서는 제조사 보증 기간이 10년으로 일반적입니다. 하지만 실제 사용 수명은 그보다 더 길 것으로 예상됩니다. 리튬 이온 기술을 사용하는 대부분의 가정용 태양광 배터리는 최소 20년 이상 안정적으로 작동합니다. 자가 소비 전력 비중 태양열 에너지 저장 장치가 자가 소비량을 늘릴수록 그 가치가 높아질 가능성이 큽니다. 전력망에서 전기를 구매할 때의 비용 전기 요금이 비쌀 때, 태양광 발전 시스템 소유자들은 자가 생산한 전기를 소비함으로써 비용을 절감합니다. 향후 몇 년 동안 전기 요금은 계속 상승할 것으로 예상되므로 많은 사람들이 태양광 배터리를 현명한 투자로 여깁니다. 계통연계형 요금 태양광 발전 시스템 소유자가 킬로와트시당 받는 금액이 적을수록, 생산된 전기를 전력망에 공급하는 대신 저장하는 것이 더 경제적입니다. 지난 20년간 계통 연계형 전기 요금은 꾸준히 하락해 왔으며 앞으로도 계속 하락할 것입니다. 가정용 배터리 에너지 저장 시스템에는 어떤 종류가 있나요?? 가정용 배터리 백업 시스템은 안정성, 비용 절감, 분산형 전력 생산(일명 "가정용 분산 에너지 시스템") 등 다양한 이점을 제공합니다. 그렇다면 가정용 태양광 배터리는 어떤 종류가 있으며, 어떻게 선택해야 할까요? 백업 기능에 따른 기능 분류: 1. 가정용 UPS 전원 공급 장치 이는 병원, 데이터룸, 연방 정부 또는 군사 시설과 같이 중요하고 민감한 장비의 지속적인 작동을 위해 일반적으로 필요한 산업용 백업 전원 공급 장치입니다. 가정용 UPS 전원 공급 장치를 사용하면 전력망 장애가 발생하더라도 집안의 조명이 깜빡거리지 않을 수 있습니다. 하지만 대부분의 가정에서는 이처럼 높은 수준의 안정성을 필요로 하지 않으며, 가정에서 중요한 의료 장비를 사용하는 경우가 아니라면 비용을 지불할 의향도 없습니다. 2. '정전 가능' 전원 공급 장치(전체 주택 백업). 무정전 전원 공급 장치(UPS) 바로 아래 단계가 '정전 가능 전원 공급 장치(IPS)'입니다. IPS는 전력망이 마비될 경우 태양광 발전과 배터리를 이용해 가정 내 모든 기기를 계속 가동할 수 있도록 해주지만, 백업 시스템이 가동되는 동안 몇 초간 모든 조명이 꺼지거나 꺼지는 현상이 발생할 수 있습니다. 깜빡이는 전자 시계를 다시 켜야 할 수도 있지만, 그 외에는 배터리가 소진될 때까지 모든 가전제품을 평소처럼 사용할 수 있습니다. 3. 비상시 전원 공급 장치(부분 백업). 일부 비상 전력 시스템은 전력망에 이상이 감지되면 비상 회로를 작동시켜 전력 공급을 차단합니다. 이렇게 하면 해당 회로에 연결된 가정용 기기(일반적으로 냉장고, 조명, 전용 콘센트 등)가 정전 시간 동안 배터리나 태양광 패널을 통해 전력을 계속 공급받을 수 있습니다. 이러한 비상 전력 시스템은 전 세계 가정에서 가장 인기 있고 경제적이며 합리적인 선택지 중 하나입니다. 왜냐하면 집 전체를 배터리 뱅크로만 운영하면 배터리가 빠르게 소모되기 때문입니다. 4. 부분 독립형 태양광 및 에너지 저장 시스템. 마지막으로 눈길을 끌 만한 옵션은 '부분 독립형 시스템'입니다. 부분 독립형 시스템은 주택 내에 전력망에 의존하지 않고 자체적으로 전력을 공급받을 수 있는 충분한 용량의 태양광 및 배터리 시스템을 갖춘 '독립형' 공간을 만드는 것을 목표로 합니다. 이렇게 하면 전력망이 끊어지더라도 냉장고, 조명 등 필수 가전제품을 끊김 없이 사용할 수 있습니다. 또한, 태양광 및 배터리 시스템이 전력망 없이도 영구적으로 가동될 수 있도록 설계되었기 때문에, 독립형 회로에 추가 기기를 연결하지 않는 한 전력 사용량을 따로 할당할 필요가 없습니다. 배터리 화학 기술에 따른 분류: 납축전지를 가정용 배터리 백업으로 사용 납축전지충전식 배터리 중 가장 오래되었고 시중에서 가장 저렴한 에너지 저장용 배터리입니다. 1900년대 초에 등장한 이래, 견고성과 저렴한 가격 덕분에 오늘날까지도 많은 분야에서 선호되는 배터리입니다. 납축전지의 주요 단점은 낮은 에너지 밀도(무겁고 부피가 큼)와 짧은 수명입니다. 충방전 사이클이 잦으면 안 되고, 배터리 내부의 화학적 균형을 맞추기 위해 정기적인 유지 보수가 필요하기 때문에, 중고빈도 방전이나 10년 이상 사용해야 하는 용도에는 적합하지 않습니다. 또한, 이러한 배터리는 방전 심도가 낮다는 단점이 있는데, 수명 연장을 위해 일반적으로 극단적인 경우 80%, 일반적인 작동 시에는 20%로 제한됩니다. 과방전은 배터리 전극을 열화시켜 에너지 저장 능력을 저하시키고 수명을 단축시킵니다. 납축전지는 충전 상태를 지속적으로 유지해야 하며, 부동 충전법(자가 방전 효과를 상쇄하기에 충분한 소량의 전류를 흘려 충전 상태를 유지하는 방식)을 통해 항상 최대 충전 상태로 보관해야 합니다. 이러한 배터리는 여러 종류가 있습니다. 가장 일반적인 것은 액체 전해액을 사용하는 벤트형 배터리, 밸브 조절식 젤 배터리(VRLA), 그리고 유리 섬유 매트에 전해액이 내장된 배터리(AGM, 흡수성 유리 매트)로, 젤 배터리에 비해 성능이 중간 정도이고 가격이 저렴합니다. 밸브식 배터리는 실질적으로 밀폐되어 있어 전해액의 누액 및 건조를 방지합니다. 밸브는 과충전 상황에서 가스를 배출하는 역할을 합니다. 일부 납산 배터리는 고정식 산업용으로 개발되었으며 더 깊은 방전 사이클을 견딜 수 있습니다. 또한 더 현대적인 버전인 납-탄소 배터리도 있습니다. 전극에 탄소 기반 소재를 첨가하여 더 높은 충전 및 방전 전류, 더 높은 에너지 밀도, 그리고 더 긴 수명을 제공합니다. 납축전지(모든 종류 포함)의 장점 중 하나는 정교한 충전 관리 시스템이 필요하지 않다는 것입니다(다음에서 살펴볼 리튬 배터리의 경우와는 다릅니다). 납 배터리는 전해액이 리튬 배터리처럼 가연성이 아니기 때문에 과충전 시 화재나 폭발 위험이 훨씬 낮습니다. 또한, 이러한 종류의 배터리에서는 약간의 과충전은 위험하지 않습니다. 일부 충전 컨트롤러에는 배터리 또는 배터리 뱅크를 약간 과충전하여 모든 배터리가 완전히 충전된 상태에 도달하도록 하는 균등 충전 기능이 있습니다. 균등화 과정에서 다른 배터리보다 먼저 완전히 충전된 배터리는 전압이 약간 상승하지만 위험은 없으며, 전류는 직렬로 연결된 배터리들을 통해 정상적으로 흐릅니다. 따라서 납 배터리는 자연적으로 균등화되는 능력이 있으며, 배터리 내부 또는 배터리 뱅크 내의 배터리들 사이에 작은 불균형이 발생하더라도 위험하지 않다고 할 수 있습니다. 성능:납축전지의 효율은 리튬 배터리보다 훨씬 낮습니다. 효율은 충전 속도에 따라 달라지지만, 일반적으로 왕복 효율은 85%로 가정합니다. 저장 용량:납축전지는 다양한 전압과 크기로 제공되지만, 배터리 품질에 따라 리튬인산철 배터리보다 kWh당 무게가 2~3배 더 나갑니다. 배터리 비용:납축전지는 리튬인산철 배터리보다 75% 저렴하지만, 낮은 가격에 현혹되지 마세요. 납축전지는 충전 및 방전 속도가 느리고 수명이 훨씬 짧으며, 배터리 관리 시스템(BMS)이 없어 보호 기능을 제공하지 않고, 심지어 매주 유지보수가 필요할 수도 있습니다. 결과적으로 전력 비용을 절감하거나 고출력 가전제품을 사용하는 데 필요한 비용보다 충방전 주기당 비용이 더 많이 발생합니다. 가정용 배터리 백업 장치로서의 리튬 배터리 현재 상업적으로 가장 성공적인 배터리는 리튬 이온 배터리입니다. 리튬 이온 기술은 휴대용 전자 기기에 적용된 이후 산업 응용 분야, 전력 시스템, 태양광 에너지 저장 장치 및 전기 자동차 분야로 확산되었습니다. 리튬 이온 배터리이 배터리는 에너지 저장 용량, 작동 주기 횟수, 충전 속도 및 비용 효율성을 포함한 여러 측면에서 다른 유형의 충전식 배터리보다 우수합니다. 현재 유일한 문제는 안전성인데, 가연성 전해액이 고온에서 발화할 수 있으므로 전자 제어 및 모니터링 시스템을 사용해야 합니다. 리튬은 모든 금속 중에서 가장 가볍고, 전기화학적 전위가 가장 높으며, 기존의 다른 배터리 기술보다 부피당 및 질량당 에너지 밀도가 더 높습니다. 리튬 이온 기술은 주로 간헐적인 재생 에너지원(태양광 및 풍력)과 관련된 에너지 저장 시스템의 사용을 촉진했으며, 전기 자동차의 보급 또한 촉진했습니다. 전력 시스템 및 전기 자동차에 사용되는 리튬 이온 배터리는 액체형 배터리입니다. 이 배터리는 두 개의 전극이 액체 전해액에 잠겨 있는 기존 전기화학 배터리의 구조를 사용합니다. 분리막(다공성 절연 재료)은 액체 전해질을 통해 이온이 자유롭게 이동할 수 있도록 하면서 전극을 기계적으로 분리하는 데 사용됩니다. 전해질의 주요 특징은 이온 전류(전자가 과잉 또는 부족한 원자인 이온에 의해 형성됨)는 전도되도록 허용하면서 전자가 통과하는 것은 차단하는 것입니다(도통성 물질에서와는 다름). 양극과 음극 사이의 이온 교환이 전기화학 전지의 작동 원리입니다. 리튬 배터리에 대한 연구는 1970년대로 거슬러 올라가며, 기술이 성숙해지고 상용화된 것은 1990년대경입니다. 리튬 폴리머 배터리(폴리머 전해질 사용)는 현재 휴대폰, 컴퓨터 및 다양한 모바일 기기에 사용되고 있으며, 기존의 니켈-카드뮴 배터리를 대체하고 있습니다. 니켈-카드뮴 배터리의 주요 문제점은 "메모리 효과"로, 완전히 방전되기 전에 충전하면 저장 용량이 점차 감소하는 현상입니다. 기존의 니켈-카드뮴 배터리, 특히 납축전지와 비교했을 때, 리튬 이온 배터리는 에너지 밀도가 더 높고(부피당 더 많은 에너지를 저장함), 자가 방전 계수가 더 낮으며, 더 많은 충방전 사이클을 견딜 수 있어 수명이 더 깁니다. 2000년대 초반부터 리튬 배터리는 자동차 산업에 사용되기 시작했습니다. 2010년경에는 리튬 이온 배터리가 주거용 전기 에너지 저장 분야에서 주목받기 시작했습니다.대규모 ESS(에너지 저장 시스템) 시스템이는 주로 전 세계적으로 전력원 사용량이 증가했기 때문입니다. 간헐적인 재생 에너지(태양광 및 풍력). 리튬 이온 배터리는 제조 방식에 따라 성능, 수명 및 비용이 다를 수 있습니다. 주로 전극 재료로 여러 가지 소재가 제안되어 왔습니다. 일반적으로 리튬 배터리는 배터리의 양극 단자를 형성하는 금속 리튬 기반 전극과 음극 단자를 형성하는 탄소(흑연) 전극으로 구성됩니다. 사용되는 기술에 따라 리튬 기반 전극은 다양한 구조를 가질 수 있습니다. 리튬 배터리 제조에 가장 일반적으로 사용되는 재료와 이러한 배터리의 주요 특징은 다음과 같습니다. 리튬 및 코발트 산화물(LCO):높은 비에너지(Wh/kg), 우수한 저장 용량 및 만족스러운 수명(사이클 횟수)을 갖추고 있어 전자 기기에 적합하지만, 비출력(W/kg)이 낮아 적재 및 하역 속도가 저하되는 단점이 있습니다. 리튬 및 망간 산화물(LMO):낮은 비에너지(Wh/kg)로 높은 충전 및 방전 전류를 허용하여 저장 용량을 감소시킵니다. 리튬, 니켈, 망간 및 코발트(NMC):LCO와 LMO 배터리의 특성을 결합한 제품입니다. 또한, 구성 성분에 니켈이 함유되어 있어 비에너지 밀도를 높여 더 큰 저장 용량을 제공합니다. 니켈, 망간, 코발트는 적용 분야에 따라 다양한 비율로 (하나 또는 다른 하나를 보완하기 위해) 사용할 수 있습니다. 이러한 조합을 통해 우수한 성능, 높은 저장 용량, 긴 수명, 그리고 저렴한 비용을 갖춘 배터리가 탄생합니다. 리튬, 니켈, 망간 및 코발트(NMC):LCO와 LMO 배터리의 특징을 결합한 배터리입니다. 또한, 구성 성분에 니켈이 함유되어 있어 비에너지 밀도를 높여 더 큰 저장 용량을 제공합니다. 니켈, 망간, 코발트는 용도에 따라 다양한 비율로 사용하여 특정 특성을 강화할 수 있습니다. 일반적으로 이러한 조합을 통해 우수한 성능, 높은 저장 용량, 긴 수명, 그리고 합리적인 가격을 갖춘 배터리가 탄생합니다. 이 유형의 배터리는 전기 자동차에 널리 사용되고 있으며, 고정형 에너지 저장 시스템에도 적합합니다. 리튬인산철(LFP):LFP 합금은 우수한 동적 성능(충진 및 방전 속도), 긴 수명, 그리고 뛰어난 열 안정성으로 인한 안전성 향상을 제공합니다. 니켈과 코발트가 함유되어 있지 않아 비용이 절감되고 대량 생산에 용이합니다. 저장 용량은 최고 수준은 아니지만, 저렴한 가격과 우수한 내구성 등 여러 장점 덕분에 전기 자동차 및 에너지 저장 시스템 제조업체에서 널리 채택되고 있습니다. 리튬 및 티타늄(LTO):이 명칭은 전극 중 하나에 탄소 대신 티타늄과 리튬을 사용하고, 다른 전극은 다른 유형의 배터리(예: NMC - 리튬, 망간, 코발트)에 사용되는 것과 동일한 재료를 사용하는 배터리를 가리킵니다. 비에너지 밀도(즉, 저장 용량 감소)는 낮지만, 이러한 조합은 우수한 동적 성능, 뛰어난 안전성, 그리고 크게 향상된 수명을 제공합니다. 이러한 유형의 배터리는 100% 방전 심도에서 10,000회 이상의 충방전 사이클을 견딜 수 있는 반면, 다른 유형의 리튬 배터리는 약 2,000회 정도의 사이클을 견딜 수 있습니다. LiFePO4 배터리는 탁월한 사이클 안정성, 최대 에너지 밀도, 그리고 최소한의 무게로 납축전지를 능가합니다. 배터리를 50% 방전 후 완전 충전하는 방식으로 정기적으로 사용할 경우, LiFePO4 배터리는 최대 6,500회 충방전 사이클을 견딜 수 있습니다. 따라서 초기 투자 비용은 장기적으로 큰 이점이 있으며, 가격 대비 성능비는 타의 추종을 불허합니다. LiFePO4 배터리는 태양광 발전 배터리처럼 지속적으로 사용하기에 가장 적합한 선택입니다. 성능:배터리 충전 및 방전 시 총 사이클 효율이 98%에 달하며, 2시간 이내의 빠른 충전 및 방전 시간 내에도 사용 가능합니다. 더 빠른 속도로 충전 및 방전할 경우 배터리 수명은 단축될 수 있습니다. 저장 용량리튬인산철 배터리 팩은 18kWh 이상의 용량을 가질 수 있으며, 동일 용량의 납축전지보다 공간을 적게 차지하고 무게도 가볍습니다. 배터리 비용리튬인산철 배터리는 납축전지보다 가격이 비싼 경향이 있지만, 수명이 길어 충방전 비용이 더 낮은 경우가 많습니다.