Przewodnik po akumulatorach zapasowych do użytku domowego na rok 2022 | Rodzaje, koszty, korzyści.

Nawet w 2022 roku magazynowanie energii słonecznej nadal będzie najpopularniejszym tematem, a domowe akumulatory zapasowe to najszybciej rozwijający się segment energii słonecznej, otwierający nowe rynki i możliwości rozbudowy instalacji solarnych dla domów i małych i dużych firm na całym świecie.Zapasowy akumulator domowyma kluczowe znaczenie dla każdego domu zasilanego energią słoneczną, zwłaszcza w przypadku burzy lub innej awarii. Zamiast eksportować nadmiar energii słonecznej do sieci, dlaczego nie przechowywać jej w akumulatorach na wypadek sytuacji awaryjnych? Ale jak magazynowanie energii słonecznej może być opłacalne? Poinformujemy Cię o kosztach i opłacalności domowego systemu magazynowania energii w akumulatorach oraz przedstawimy kluczowe kwestie, które należy wziąć pod uwagę przy zakupie odpowiedniego systemu. Czym jest domowy system magazynowania energii? Jak działa? Domowy magazyn energii (bateria) lub fotowoltaiczny system magazynowania energii to użyteczne uzupełnienie instalacji fotowoltaicznej, pozwalające wykorzystać zalety instalacji fotowoltaicznej i odgrywające coraz ważniejszą rolę w przyspieszeniu procesu zastępowania paliw kopalnych energią odnawialną. Domowy akumulator słoneczny magazynuje energię elektryczną wytworzoną z energii słonecznej i przekazuje ją operatorowi w wymaganym czasie. Zasilanie rezerwowe z akumulatora stanowi przyjazną dla środowiska i ekonomiczną alternatywę dla generatorów gazowych. Ci, którzy wykorzystują instalację fotowoltaiczną do samodzielnego wytwarzania energii elektrycznej, szybko osiągną jej granice. W południe system dostarcza mnóstwo energii słonecznej, ale wtedy nie ma nikogo w domu, kto mógłby z niej skorzystać. Wieczorem natomiast zapotrzebowanie na energię elektryczną jest ogromne – ale wtedy słońce już nie świeci. Aby zrekompensować tę lukę w dostawach, znacznie droższa energia elektryczna jest kupowana od operatora sieci. W tej sytuacji, domowy akumulator rezerwowy jest niemal nieunikniony. Oznacza to, że niewykorzystana energia elektryczna z dnia jest dostępna wieczorem i w nocy. Energia generowana we własnym zakresie jest zatem dostępna przez całą dobę, niezależnie od warunków atmosferycznych. W ten sposób wykorzystanie energii słonecznej z własnej produkcji zwiększa się nawet do 80%. Stopień samowystarczalności, czyli udział energii elektrycznej pokrywanej przez instalację fotowoltaiczną, wzrasta nawet do 60%. Domowy akumulator zapasowy jest znacznie mniejszy niż lodówka i można go zamontować na ścianie w pomieszczeniu gospodarczym. Nowoczesne systemy magazynowania energii zawierają wiele inteligentnych rozwiązań, które wykorzystują prognozy pogody i samouczące się algorytmy, aby zmaksymalizować zużycie energii w gospodarstwie domowym. Osiągnięcie niezależności energetycznej nigdy nie było łatwiejsze – nawet jeśli dom pozostaje podłączony do sieci. Czy domowy system magazynowania energii elektrycznej jest warty swojej ceny? Od jakich czynników to zależy? Akumulatory domowe są niezbędne, aby dom zasilany energią słoneczną mógł funkcjonować podczas przerw w dostawie prądu, a także w nocy. Jednocześnie akumulatory słoneczne poprawiają ekonomikę systemu, przechowując energię elektryczną z energii słonecznej, która w przeciwnym razie byłaby oddawana do sieci z marżą, i ponownie ją wykorzystując w okresach, gdy energia elektryczna jest najdroższa. Akumulatory domowe zabezpieczają właściciela instalacji fotowoltaicznej przed awariami sieci i chronią ekonomikę systemu przed zmianami w systemie cen energii. To, czy warto w to inwestować, zależy od kilku czynników: Poziom kosztów inwestycyjnych. Im niższy koszt za kilowatogodzinę mocy, tym szybciej system magazynowania energii się zwróci. Czas życiabateria słoneczna do domu W branży standardem jest 10-letnia gwarancja producenta. Zakłada się jednak dłuższą żywotność. Większość domowych akumulatorów słonecznych z technologią litowo-jonową działa niezawodnie przez co najmniej 20 lat. Udział energii elektrycznej zużywanej na własne potrzeby Im bardziej magazynowanie energii słonecznej zwiększa zużycie własne, tym bardziej prawdopodobne jest, że będzie to opłacalne. Koszty energii elektrycznej przy zakupie z sieci W czasach wysokich cen energii elektrycznej, właściciele systemów fotowoltaicznych oszczędzają, zużywając energię generowaną przez siebie. W najbliższych latach ceny energii elektrycznej będą nadal rosły, dlatego wiele osób uważa baterie słoneczne za rozsądną inwestycję. Taryfy podłączone do sieci Im mniej właściciele instalacji fotowoltaicznych otrzymują za kilowatogodzinę, tym bardziej opłaca im się magazynować energię elektryczną zamiast przesyłać ją do sieci. W ciągu ostatnich 20 lat taryfy za energię podłączoną do sieci systematycznie spadały i będą nadal spadać. Jakie rodzaje domowych systemów magazynowania energii są dostępne?? Domowe systemy zasilania awaryjnego oferują liczne korzyści, takie jak odporność, oszczędność kosztów i zdecentralizowana produkcja energii elektrycznej (znane również jako „domowe rozproszone systemy energetyczne”). Jakie są więc kategorie domowych akumulatorów słonecznych? Jak wybrać? Klasyfikacja funkcjonalna według funkcji kopii zapasowej: 1. Zasilacz UPS do domu To usługa klasy przemysłowej, zapewniająca zasilanie awaryjne, którego szpitale, serwerownie, instytucje rządowe i wojskowe zazwyczaj potrzebują do ciągłego działania swoich kluczowych i wrażliwych urządzeń. Dzięki domowemu zasilaczowi UPS, światła w domu mogą nawet nie migotać w przypadku awarii sieci energetycznej. Większość domów nie potrzebuje ani nie zamierza płacić za ten poziom niezawodności – chyba że w domu jest zasilany kluczowy sprzęt medyczny. 2. Zasilacz awaryjny (zasilanie rezerwowe całego domu). Następnym krokiem w rozwoju UPS-a jest to, co nazywamy „zasilaczem awaryjnym” (IPS). IPS z pewnością umożliwi zasilanie całego domu z paneli słonecznych i akumulatorów w przypadku awarii sieci, ale z pewnością doświadczysz krótkiego okresu (kilka sekund), w którym wszystko w domu stanie się czarne lub szare, gdy system zasilania awaryjnego zostanie uruchomiony. Może być konieczne zresetowanie migających zegarów elektronicznych, ale poza tym będziesz mógł korzystać ze wszystkich urządzeń domowych tak jak zwykle, tak długo, jak wystarczą baterie. 3. Zasilanie awaryjne (częściowe zasilanie rezerwowe). Niektóre funkcje zasilania awaryjnego działają poprzez aktywację obwodu awaryjnego w przypadku wykrycia spadku napięcia w sieci. Pozwala to urządzeniom domowym podłączonym do tego obwodu – zazwyczaj lodówkom, oświetleniu i kilku dedykowanym gniazdkom elektrycznym – na dalsze zasilanie akumulatorów i/lub paneli fotowoltaicznych w czasie przerwy w dostawie prądu. Ten rodzaj zasilania awaryjnego jest prawdopodobnie jedną z najpopularniejszych, najtańszych i najbardziej ekonomicznych opcji dla domów na całym świecie, ponieważ zasilanie całego domu z jednego akumulatora szybko je rozładowuje. 4. Częściowo niezależny od sieci system solarno-magazynowy. Ostatnią, atrakcyjną opcją jest „system częściowo niezależny od sieci”. Koncepcja systemu częściowo niezależnego od sieci polega na stworzeniu wydzielonej, niezależnej od sieci części domu, która jest stale zasilana przez system solarno-akumulatorowy, wystarczająco duży, aby utrzymać się bez konieczności pobierania energii z sieci. W ten sposób niezbędne urządzenia domowe (lodówki, oświetlenie itp.) pozostają włączone nawet w przypadku awarii sieci, bez żadnych zakłóceń. Ponadto, ponieważ system solarno-akumulatorowy jest tak zaprojektowany, aby działać bez przerwy, bez dostępu do sieci, nie ma potrzeby rozdzielania zużycia energii, chyba że do obwodu niezależnego od sieci zostaną podłączone dodatkowe urządzenia. Klasyfikacja z technologii chemii baterii: Akumulatory kwasowo-ołowiowe jako domowe źródła zasilania awaryjnego Akumulatory kwasowo-ołowioweTo najstarsze akumulatory i najtańsze akumulatory dostępne na rynku do magazynowania energii. Pojawiły się na początku ubiegłego wieku, w latach 1900., i do dziś pozostają preferowanymi akumulatorami w wielu zastosowaniach ze względu na swoją wytrzymałość i niski koszt. Ich głównymi wadami są niska gęstość energii (są ciężkie i nieporęczne) oraz krótka żywotność, która nie toleruje dużej liczby cykli ładowania i rozładowywania. Akumulatory kwasowo-ołowiowe wymagają regularnej konserwacji w celu zrównoważenia składu chemicznego akumulatora, co sprawia, że ​​ich właściwości nie nadają się do rozładowywania ze średnią lub wysoką częstotliwością ani do zastosowań, w których czas rozładowania wynosi 10 lat lub więcej. Mają również wadę w postaci niskiego poziomu rozładowania, który zazwyczaj ogranicza się do 80% w skrajnych przypadkach lub 20% podczas normalnej pracy, co zapewnia dłuższą żywotność. Nadmierne rozładowanie powoduje degradację elektrod akumulatora, co zmniejsza jego zdolność do magazynowania energii i skraca jego żywotność. Akumulatory kwasowo-ołowiowe wymagają ciągłego utrzymywania stanu naładowania i zawsze powinny być przechowywane przy maksymalnym stanie naładowania, stosując technikę flotacji (utrzymywanie ładunku za pomocą małego prądu elektrycznego, wystarczającego do wyeliminowania efektu samorozładowania). Akumulatory te występują w kilku wersjach. Najpopularniejsze to akumulatory odpowietrzane, wykorzystujące ciekły elektrolit, akumulatory żelowe z regulowanym zaworem (VRLA) oraz akumulatory z elektrolitem zatopionym w macie z włókna szklanego (znane jako AGM – absorbent glass mat), które charakteryzują się średnią wydajnością i niższym kosztem w porównaniu z akumulatorami żelowymi. Akumulatory z zaworem regulacyjnym są praktycznie hermetyczne, co zapobiega wyciekom i wysychaniu elektrolitu. Zawór odpowiada za uwolnienie gazów w przypadku przeładowania. Niektóre akumulatory kwasowo-ołowiowe są przeznaczone do stacjonarnych zastosowań przemysłowych i mogą wytrzymywać głębsze cykle rozładowania. Istnieje również nowocześniejsza wersja – akumulator ołowiowo-węglowy. Materiały na bazie węgla dodane do elektrod zapewniają wyższe prądy ładowania i rozładowania, wyższą gęstość energii i dłuższą żywotność. Jedną z zalet akumulatorów kwasowo-ołowiowych (w dowolnej z ich odmian) jest to, że nie wymagają one zaawansowanego systemu zarządzania ładowaniem (jak ma to miejsce w przypadku akumulatorów litowych, które omówimy później). Akumulatory ołowiowe są znacznie mniej podatne na zapłon i wybuch w przypadku przeładowania, ponieważ ich elektrolit nie jest łatwopalny, jak w przypadku akumulatorów litowych. Ponadto, lekkie przeładowanie nie jest niebezpieczne w przypadku tego typu akumulatorów. Nawet niektóre regulatory ładowania posiadają funkcję wyrównywania, która nieznacznie przeładowuje akumulator lub bank akumulatorów, powodując, że wszystkie akumulatory osiągają stan pełnego naładowania. Podczas procesu wyrównywania napięcia, akumulatory, które ostatecznie zostaną w pełni naładowane przed pozostałymi, będą miały nieznacznie podwyższone napięcie, bez ryzyka, podczas gdy prąd będzie płynął normalnie przez szeregowo połączone elementy. W ten sposób możemy powiedzieć, że akumulatory ołowiowe mają zdolność do naturalnego wyrównywania napięcia, a niewielkie wahania napięcia między akumulatorami w akumulatorze lub między akumulatorami w banku nie stanowią zagrożenia. Wydajność:Sprawność akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest znacznie niższa niż akumulatorów litowych. Chociaż sprawność zależy od szybkości ładowania, zazwyczaj przyjmuje się, że sprawność w obie strony wynosi 85%. Pojemność magazynu:Akumulatory kwasowo-ołowiowe występują w różnych napięciach i rozmiarach, ale ich ciężar na kWh jest od 2 do 3 razy większy niż akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe, w zależności od jakości akumulatora. Koszt baterii:Akumulatory kwasowo-ołowiowe są o 75% tańsze niż akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe, ale nie daj się zwieść niskiej cenie. Akumulatory te nie ładują się ani nie rozładowują szybko, mają znacznie krótszą żywotność, nie posiadają ochronnego systemu zarządzania baterią i mogą wymagać cotygodniowej konserwacji. To z kolei przekłada się na wyższy koszt cyklu, niż jest to uzasadnione w przypadku redukcji kosztów energii lub obsługi urządzeń o dużej mocy. Baterie litowe jako domowe źródło zasilania awaryjnego Obecnie najbardziej popularnymi bateriami komercyjnymi są baterie litowo-jonowe. Po zastosowaniu technologii litowo-jonowej w przenośnych urządzeniach elektronicznych, weszła ona do zastosowań przemysłowych, systemów energetycznych, magazynowania energii fotowoltaicznej oraz pojazdów elektrycznych. Baterie litowo-jonoweprzewyższają wiele innych typów akumulatorów pod wieloma względami, w tym pod względem pojemności magazynowania energii, liczby cykli pracy, szybkości ładowania i opłacalności. Obecnie jedynym problemem jest bezpieczeństwo – łatwopalne elektrolity mogą zapalić się w wysokich temperaturach, co wymaga zastosowania elektronicznych systemów sterowania i monitorowania. Lit jest najlżejszym ze wszystkich metali, ma najwyższy potencjał elektrochemiczny i oferuje większą gęstość objętościową i masową energii niż inne znane technologie akumulatorowe. Technologia litowo-jonowa umożliwiła wzrost wykorzystania systemów magazynowania energii, głównie w połączeniu ze źródłami energii odnawialnej (słonecznej i wiatrowej), a także przyczyniła się do upowszechnienia pojazdów elektrycznych. Akumulatory litowo-jonowe stosowane w systemach zasilania i pojazdach elektrycznych są typu ciekłego. Wykorzystują one tradycyjną konstrukcję akumulatora elektrochemicznego, z dwiema elektrodami zanurzonymi w ciekłym roztworze elektrolitu. Separatory (porowate materiały izolacyjne) służą do mechanicznego rozdzielania elektrod, umożliwiając jednocześnie swobodny przepływ jonów przez ciekły elektrolit. Główną cechą elektrolitu jest umożliwienie przewodzenia prądu jonowego (tworzonego przez jony, czyli atomy z nadmiarem lub niedoborem elektronów), jednocześnie uniemożliwiając przepływ elektronów (jak ma to miejsce w materiałach przewodzących). Wymiana jonów między elektrodami dodatnimi i ujemnymi jest podstawą działania baterii elektrochemicznych. Badania nad bateriami litowymi rozpoczęły się już w latach 70. ubiegłego wieku, a technologia ta dojrzała i weszła do użytku komercyjnego około lat 90. Baterie litowo-polimerowe (z elektrolitami polimerowymi) są obecnie stosowane w telefonach komórkowych, komputerach i różnych urządzeniach mobilnych, zastępując starsze baterie niklowo-kadmowe, których głównym problemem jest „efekt pamięci”, który stopniowo zmniejsza pojemność baterii. Dzieje się tak, gdy bateria jest ładowana przed całkowitym rozładowaniem. W porównaniu ze starszymi akumulatorami niklowo-kadmowymi, szczególnie kwasowo-ołowiowymi, akumulatory litowo-jonowe mają większą gęstość energii (magazynują więcej energii w przeliczeniu na objętość), niższy współczynnik samorozładowania i mogą wytrzymać większą liczbę cykli ładowania i rozładowania, co oznacza dłuższą żywotność. Około początku XXI wieku baterie litowe zaczęto stosować w przemyśle motoryzacyjnym. Około 2010 roku baterie litowo-jonowe zyskały popularność w magazynowaniu energii elektrycznej w zastosowaniach domowych isystemy ESS (systemy magazynowania energii) na dużą skalę, głównie ze względu na zwiększone wykorzystanie źródeł energii na całym świecie. Przerywana energia odnawialna (słoneczna i wiatrowa). Akumulatory litowo-jonowe mogą mieć różną wydajność, żywotność i cenę, w zależności od sposobu produkcji. Zaproponowano kilka materiałów, głównie na elektrody. Zazwyczaj bateria litowa składa się z metalicznej elektrody na bazie litu, która stanowi biegun dodatni baterii, oraz elektrody węglowej (grafitowej), która stanowi biegun ujemny. W zależności od zastosowanej technologii, elektrody litowe mogą mieć różną strukturę. Poniżej przedstawiono najczęściej stosowane materiały do ​​produkcji baterii litowych oraz ich główne cechy: Tlenki litu i kobaltu (LCO):Wysoka energia właściwa (Wh/kg), dobra pojemność magazynowania i zadowalająca żywotność (liczba cykli), nadaje się do urządzeń elektronicznych, wadą jest mała moc właściwa (W/kg), co zmniejsza prędkość ładowania i rozładowywania; Tlenki litu i manganu (LMO):umożliwiają wysokie prądy ładowania i rozładowania przy niskiej energii właściwej (Wh/kg), co powoduje zmniejszenie pojemności magazynowej; Lit, nikiel, mangan i kobalt (NMC):Łączy właściwości akumulatorów LCO i LMO. Dodatkowo, obecność niklu w składzie pomaga zwiększyć energię właściwą, zapewniając większą pojemność magazynowania. Nikiel, mangan i kobalt mogą być stosowane w różnych proporcjach (w celu uzupełnienia jednego lub drugiego) w zależności od rodzaju zastosowania. Podsumowując, efektem tego połączenia jest akumulator o dobrej wydajności, pojemności magazynowania, długiej żywotności i niskim koszcie. Lit, nikiel, mangan i kobalt (NMC):Łączy w sobie cechy akumulatorów LCO i LMO. Dodatkowo, obecność niklu w składzie pomaga zwiększyć energię właściwą, zapewniając większą pojemność magazynowania. Nikiel, mangan i kobalt można stosować w różnych proporcjach, w zależności od rodzaju zastosowania (w celu uzyskania jednej lub drugiej właściwości). Ogólnie rzecz biorąc, efektem takiego połączenia jest akumulator o dobrej wydajności, pojemności magazynowania, długiej żywotności i umiarkowanej cenie. Ten typ akumulatora jest szeroko stosowany w pojazdach elektrycznych i nadaje się również do stacjonarnych systemów magazynowania energii; Fosforan litowo-żelazowy (LFP):Połączenie ogniw LFP zapewnia akumulatorom dobre parametry dynamiczne (szybkość ładowania i rozładowywania), dłuższą żywotność i większe bezpieczeństwo dzięki dobrej stabilności termicznej. Brak niklu i kobaltu w składzie obniża koszty i zwiększa dostępność tych akumulatorów do masowej produkcji. Chociaż pojemność akumulatora nie jest najwyższa, został on przyjęty przez producentów pojazdów elektrycznych i systemów magazynowania energii ze względu na liczne zalety, zwłaszcza niski koszt i dobrą wytrzymałość. Lit i tytan (LTO):Nazwa odnosi się do baterii, w których jedna z elektrod zawiera tytan i lit, zastępując węgiel, a druga elektroda jest taka sama, jak w pozostałych typach (takich jak NMC – lit, mangan i kobalt). Pomimo niskiej energii właściwej (co przekłada się na zmniejszoną pojemność), takie połączenie charakteryzuje się dobrą dynamiką, wysokim bezpieczeństwem i znacznie wydłużoną żywotnością. Baterie tego typu mogą wytrzymać ponad 10 000 cykli pracy przy 100% rozładowaniu, podczas gdy inne typy baterii litowych osiągają około 2000 cykli. Akumulatory LiFePO4 przewyższają akumulatory kwasowo-ołowiowe dzięki wyjątkowo wysokiej stabilności cykli, maksymalnej gęstości energii i minimalnej masie. Przy regularnym rozładowywaniu z 50% DOD, a następnie pełnym naładowaniu, akumulator LiFePO4 może wykonać do 6500 cykli ładowania. Dodatkowa inwestycja opłaca się więc w dłuższej perspektywie, a stosunek ceny do wydajności pozostaje bezkonkurencyjny. Są one preferowanym wyborem do ciągłego użytkowania jako akumulatory słoneczne. Wydajność:Ładowanie i rozładowywanie akumulatora charakteryzuje się 98% całkowitą efektywnością cyklu, a ładowanie i rozładowywanie odbywa się szybko w czasie krótszym niż 2 godziny – a nawet szybciej, co skraca żywotność akumulatora. Pojemność pamięci masowej: akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy może mieć pojemność ponad 18 kWh, co oznacza, że ​​zajmuje mniej miejsca i waży mniej niż akumulator kwasowo-ołowiowy o tej samej pojemności. Koszt baterii:Fosforan litowo-żelazowy jest zazwyczaj droższy od akumulatorów kwasowo-ołowiowych, ale ma zazwyczaj niższy koszt cyklu ze względu na dłuższą żywotność