Что такое система фотоэлектрических батарей? Полное руководство по хранению солнечной энергии

Энергия вашего будущего: почему важно хранить солнечную энергию

Солнечные панели (фотоэлектрические или PV-системы) произвели революцию в том, как мы генерируем электроэнергию, предлагая чистый, возобновляемый источник энергии прямо с наших крыш. Однако у солнечной энергии есть неотъемлемая проблема: панели производят электроэнергию только тогда, когда светит солнце. Что происходит ночью или в очень пасмурные дни? А как насчет отключений электроэнергии в сети? Эта непостоянность часто означает необходимость снова полагаться на традиционную сеть, что ограничивает полный потенциал ваших инвестиций в солнечную энергию.

Вот тут-то и появляется система фотоэлектрических батарей. Представьте себе, что вы собираете избыточную, неиспользованную солнечную энергию, которую ваши панели генерируют в пиковые дневные часы, и сохраняете ее на будущее. Именно это позволяет вам делать система хранения солнечной энергии. Это кардинально меняет правила игры для энергетической независимости и эффективности. Это руководство проведет вас через все, что вам нужно знать о системах фотоэлектрических батарей: что они собой представляют, как они работают, их компоненты, преимущества и основные соображения.

Определение системы фотоэлектрических батарей: не только солнечные панели

Что именно это такое?

Проще говоря, система PV-аккумуляторов объединяет стандартные солнечные панели с аккумуляторным блоком. Пока ваши солнечные панели преобразуют солнечный свет в электричество (постоянный ток), аккумулятор сохраняет излишки электроэнергии, которые не используются вашим домом немедленно. Эту накопленную энергию можно использовать позже, например, вечером, ночью или в качестве резервного питания, когда коммунальная сеть выходит из строя.

Это принципиально отличается от стандартной сетевой солнечной фотоэлектрической системы без накопителя. В таких системах любая избыточная солнечная энергия, как правило, отправляется обратно в коммунальную сеть (часто в кредит, известный как чистый учет). Система фотоэлектрических батарей отдает приоритет хранению этой избыточной энергии в первую очередь для вашего собственного использования, максимизируя вашу самодостаточность.

Понимание ключевых терминов

PV (фотоэлектрические системы):Технология, используемая в солнечных панелях для преобразования солнечного света непосредственно в электричество.
Хранение аккумулятора:Компонент, который сохраняет электричество постоянного тока, вырабатываемое солнечными панелями, для последующего использования.
Типы систем и батареи:

• Связанные с сеткой:Подключено к коммунальной сети. Система фотоэлектрических батарей здесь сохраняет энергию для последующего использования, снижая зависимость от сети и потенциально обеспечивая резервное питание.
• Вне сети:Полностью независим от коммунальной сети. Аккумуляторы необходимы для хранения энергии для непрерывного использования.
• Гибридный:Подключен к сети, но имеет возможность резервного питания от аккумулятора, предлагая лучшее из обоих миров.

Как работает система фотоэлектрических батарей? (День, ночь и отключения)

Основной принцип: циклы заряда и разряда

Система разумно управляет потоком энергии на основе солнечного производства, потребностей в энергии дома и состояния заряда батареи. Она работает в отдельных циклах заряда и разряда.

Сценарий 1: Солнечный день – Высокая производительность

Солнечные панели вырабатывают электричество постоянного тока.
Это электричество сначала напрямую питает бытовые приборы и нагрузки вашего дома (после преобразования в переменный ток инвертором).
Избыток солнечной электроэнергии затем используется для зарядки аккумулятора.
Если аккумулятор полностью заряжен и потребности вашего дома удовлетворены, дополнительная избыточная энергия может экспортироваться в сеть (в зависимости от настроек системы и соглашений с коммунальными службами).

Сценарий 2: Ночь или слабый солнечный свет

Солнечные панели вырабатывают мало или вообще не вырабатывают электроэнергии.
Накопленная в аккумуляторе энергия разряжается (преобразуется в переменный ток) для питания нагрузок вашего дома.
Если аккумулятор разряжается или потребность в энергии превышает выходную мощность аккумулятора, система автоматически забирает необходимую мощность из электросети.

Сценарий 3: Отключение электроэнергии в сети

Система обнаруживает сбой в работе сети.
Если устройство предназначено для резервного питания, оно автоматически отключается от сети (изолируется) в целях безопасности.
Затем он использует накопленную энергию батареи для питания предварительно выбранных основных цепей/нагрузок в вашем доме (например, освещение, холодильник, Wi-Fi). Продолжительность зависит от емкости батареи и размера нагрузки.

Анатомия системы фотоэлектрических батарей: объяснение основных компонентов

Система фотоэлектрических батарей состоит из нескольких основных компонентов, работающих совместно:

Солнечные панели (фотоэлектрические модули):Улавливайте солнечный свет и преобразуйте его в постоянный ток.
Солнечная батарея:Сохраняет энергию постоянного тока. Это сердце системы хранения. Доступны различные химические составы и емкости.
Инвертор(ы):Преобразует электричество постоянного тока (от панелей/аккумулятора) в электричество переменного тока (используемое бытовыми приборами). Гибридные инверторы распространены в аккумуляторных системах, поскольку они могут управлять потоком энергии от панелей, аккумулятора и сети одновременно. Некоторые системы могут использовать отдельные инверторы для панелей и аккумулятора (соединение переменного тока). (Предложение внутренней ссылки: ссылка на страницу с описанием солнечных инверторов)
Система управления аккумуляторными батареями (BMS):Электронная система, встроенная в аккумуляторную батарею, которая контролирует ее состояние (температуру, напряжение, заряд), защищает ее от перезарядки/разрядки и оптимизирует производительность и срок службы.
Контроллер заряда (часто интегрирован, имеет решающее значение для некоторых систем):Регулирует мощность постоянного тока от панелей для безопасной зарядки аккумулятора, предотвращая перезарядку, что особенно важно в установках с подключением по постоянному току или вне сети. Часто интегрируется в гибридные инверторы.
Система мониторинга:Программное обеспечение (обычно приложение или веб-портал), позволяющее домовладельцам отслеживать производство и потребление энергии, состояние батареи и производительность системы в режиме реального времени.

Какие типы аккумуляторов наиболее распространены в фотоэлектрических системах?

Аккумулятор — это критически важный выбор. Сегодня используются два основных типа:

Литий-ионные (Li-ion): популярный выбор

Подтипы:Обычно это литий-железо-фосфатные батареи (LFP или LiFePO4), известные своей безопасностью и долговечностью, и никель-марганцево-кобальтовые батареи (NMC), известные своей плотностью энергии.
Плюсы:Высокая плотность энергии (большее хранение в меньшем пространстве), более длительный срок службы (больше циклов зарядки), более высокая глубина разряда (DoD – использование большего количества накопленной энергии), высокая эффективность, как правило, не требуют обслуживания.
Минусы:Более высокие первоначальные затраты по сравнению со свинцово-кислотными.

Свинцово-кислотный: традиционный вариант

Типы:Заполненные (требуют обслуживания – долив дистиллированной воды) и герметичные (AGM/Gel – не требуют обслуживания).
Плюсы:Более низкая первоначальная стоимость, проверенная технология.
Минусы:Более короткий срок службы, более низкая глубина разряда (невозможно использовать большую сохраненную емкость без повреждения), более тяжелые/громоздкие, более низкая эффективность, может потребоваться вентиляция (затопление).

Солнечные батареи BSLBATT в основном основаны на решениях по хранению LiFePO4 от 5 ведущих мировых производителей LiFePO4, таких как EVE, REPT.

Ключевые факторы для сравнения:

Мощность (кВтч):Сколько энергии может хранить аккумулятор.
Номинальная мощность (кВт):Сколько энергии аккумулятор может выдавать одновременно (определяет, сколько/какие приборы он может питать одновременно).
Глубина разряда (DoD):Процент от общей емкости, который можно безопасно использовать (например, 90% DoD означает, что вы можете использовать 9 кВт·ч из батареи емкостью 10 кВт·ч). Чем выше, тем лучше.
Эффективность кругового перемещения (%):Энергия на выходе против энергии на входе. Чем выше значение, тем меньше потери энергии во время заряда/разряда.
Продолжительность жизни (циклы/годы):Сколько раз аккумулятор может заряжаться/разряжаться, прежде чем емкость значительно снизится. Часто предоставляется гарантия на определенное количество лет или циклов.
Гарантия:Важно для защиты ваших инвестиций. Посмотрите на годы гарантии, гарантированные циклы и емкость по окончании гарантии.
Безопасность:Ищите сертификаты (например,UL / МЭКстандарты). LFP обычно считается очень безопасным.
Расходы:Рассмотрите первоначальные затраты и ценность за весь срок службы (долл. США/кВт·ч, хранящийся в течение срока службы).

Каково напряжение фотоэлектрической батареи?

При обсуждении фотоэлектрических батарей «напряжение» не является какой-то одной фиксированной цифрой.Это зависит от химии батареи, от того, как отдельные ячейки батареи сконфигурированы в пакете, и от общих целей проектирования системы хранения солнечной энергии. Вот что вам нужно знать:

Номинальное напряжение: это опорное напряжение, часто используемое для классификации батарей или систем.

Системы с более низким напряжением (традиционно распространенные):Традиционные автономные или меньшие системы часто используют номинальные напряжения, такие как 12 В, 24 В или 48 В постоянного тока. Свинцово-кислотные батареи обычно доступны в этих конфигурациях напряжения. Некоторые модульные литий-ионные системы также работают в51,2 Влинейка, известная своей относительной безопасностью и совместимостью со многими автономными инверторами.

Системы более высокого напряжения (современная тенденция):Большинство современных бытовых сетевых литий-ионных аккумуляторных систем работают при значительно более высоких напряжениях постоянного тока, часто в диапазоне от 200 В до 800 В постоянного тока, причем довольно распространенным является напряжение около 400 В постоянного тока.

Напряжение ячейки в зависимости от напряжения системы:

Отдельные элементы батареи имеют гораздо более низкое напряжение (например, элемент LiFePO4 имеет номинальное напряжение 3,2 В).
Для достижения желаемого напряжения системы (например, 48 В или 400 В) множество ячеек соединяются последовательно (напряжения складываются) в модуле или пакете батареи. Параллельное соединение модулей увеличивает общую емкость (Ач/кВтч), сохраняя напряжение прежним.

Почему напряжение имеет значение?

Эффективность:Системы с более высоким напряжением обычно испытывают меньшие потери энергии на сопротивление в проводке при том же объеме передачи энергии (Мощность = Напряжение x Ток). Это может означать немного более высокую общую эффективность системы.
Расходы на электропроводку:Более высокое напряжение допускает меньший ток, что означает возможность использования более тонкой (и зачастую менее дорогой) медной проводки между аккумулятором и гибридным инвертором.
Совместимость с инвертором:Напряжение батареи должно быть совместимо с диапазоном входного напряжения постоянного тока подключенного гибридного инвертора. Высоковольтные батареи соединяются с высоковольтными инверторами, иАккумуляторы 51,2 Вв паре с инверторами 51,2 В.
Безопасность и установка:Системы с более высоким напряжением (обычно >60 В постоянного тока) требуют более строгих протоколов безопасности и процедур обращения во время установки и обслуживания, часто предписанных электротехническими нормами. Их должны обслуживать только квалифицированные специалисты.

Какое напряжение правильное?

Для современных домов, подключенных к электросети, где требуется эффективное хранение и резервирование энергии,высоковольтные (например, ~400 В) литий-ионные системыстановятся все более стандартными и хорошо сочетаются с эффективными гибридными инверторами.
Для небольших автономных приложений, автофургонов или модернизации определенных устаревших систем системы напряжением 48 В (как литиевые, так и свинцово-кислотные) остаются актуальными и широко поддерживаются.
В конечном счете, конкретное напряжение вашей системы PV-аккумуляторов будет определяться конструкцией производителя и ее совместимостью с выбранным инвертором и общей архитектурой системы. При сравнении систем понимание того, является ли это системой «низкого напряжения» (обычно 48 В) или «высокого напряжения», помогает оценить ее характеристики и совместимость.

Ознакомьтесь со статьей «Высоковольтные и низковольтные батареи».

Планирование инвестиций: основные соображения перед покупкой

Инвестиции в систему фотоэлектрических батарей требуют тщательного планирования:

Определение размера вашей системы:Не завышайте и не занижайте размер. Размер батареи (кВт·ч) зависит от вашего среднего ежедневного потребления энергии, размера солнечной системы (кВт), того, что вы хотите резервировать во время отключений, и ваших целей (максимальная экономия или базовое резервирование). Профессиональный установщик может помочь рассчитать это.
Понимание затрат:Учитывайте стоимость самой батареи, инвертора (если обновление/гибрид), монтажных работ, возможных обновлений электрической панели и разрешений. Спросите об общей стоимости установки и потенциальной долгосрочной экономии (возврат инвестиций – ROI).
Поиск квалифицированных установщиков:Это имеет решающее значение для безопасности и производительности. Ищите опытных сертифицированных установщиков (например, с сертификацией NABCEP в США) с хорошими отзывами и конкретным опытом в системах хранения аккумуляторов.
Гарантии имеют значение:Прочитайте мелкий шрифт. Изучите гарантийный срок (лет), гарантию срока службы и гарантированный процент емкости по окончании гарантии. Отдельные гарантии часто существуют для аккумулятора, инвертора и монтажных работ.
Место установки и обслуживание:Аккумуляторам нужны определенные рабочие температуры и пространство. Рассмотрите вариант размещения (гараж, подсобное помещение, снаружи). Большинство современных литий-ионных аккумуляторов требуют минимального или нулевого обслуживания, в отличие от залитых свинцово-кислотных.
Правила навигации и стимулы:Проверьте местные строительные нормы, требования к взаимодействию коммунальных служб (разрешение на подключение) и доступные финансовые стимулы. Они могут существенно повлиять на стоимость (например,Федеральный налоговый кредит США на инвестиции в солнечную энергетику (ITC)часто применяется к батареям, заряжаемым от солнечной энергии, плюс государственные/местные скидки).

Система фотоэлектрических батарей и стандартная сетевая солнечная система: в чем разница?

Часто задаваемые вопросы (FAQ) о системах фотоэлектрических батарей

В1: Могу ли я добавить батарею к моей существующей солнечной системе?

A: Да, часто это возможно с помощью «AC coupling», когда аккумулятор и его собственный инвертор добавляются вместе с вашей существующей солнечной установкой. Совместимость должна быть проверена профессионалом. DC coupling (совместное использование инвертора) может потребовать замены существующего инвертора на гибридную модель.

В2: Каков срок службы солнечных батарей?

A: Срок службы зависит от типа, использования и условий. Современные литий-ионные (особенно LFP) аккумуляторы часто имеют гарантию на 10-15 лет или определенное количество циклов (например, 6000-10 000 циклов) и потенциально могут прослужить дольше. Свинцово-кислотные аккумуляторы обычно служат 3-7 лет.

В3: Какова средняя стоимость домашней системы солнечных батарей?

A: Стоимость сильно варьируется в зависимости от размера (кВт·ч), бренда, типа и сложности установки. Включая установку, ожидаемые затраты составляют примерно от 800 до 1500 долларов США+ за кВт·ч емкости хранения (по состоянию на начало 2024 года, проверьте текущие цены). Стимулы могут значительно снизить это.

В4: Стоит ли покупать солнечную батарею, если у меня есть чистый учет?

A: Это зависит от обстоятельств. Если чистые кредиты измерения щедры (соотношение 1:1), чистая экономия по счетам может быть снижена. Однако батареи по-прежнему обеспечивают резервное питание, помогают избежать высоких расходов за время использования и увеличивают собственное потребление, что имеет ценность помимо чистых кредитов измерения. Ценностное предложение увеличивается, если политика чистого измерения становится менее благоприятной.

В5: Насколько тщательно необходимо обслуживать солнечные батареи?

A: Современные литий-ионные аккумуляторы практически не требуют обслуживания. Свинцово-кислотные аккумуляторы (особенно залитые) требуют периодических проверок, очистки и долива дистиллированной воды. Установщики могут дать рекомендации по конкретным производителям.

В6: Безопасны ли системы фотоэлектрических батарей?

A: При правильной установке квалифицированными специалистами с использованием сертифицированного оборудования (например, аккумуляторов и инверторов, перечисленных в UL), системы фотоэлектрических аккумуляторов очень безопасны. Химия литий-железо-фосфата (LFP) особенно известна своей термической стабильностью и профилем безопасности. Правильная установка и соблюдение кодов имеют решающее значение.

Заключение: является ли система фотоэлектрических батарей правильным выбором для вас?

Система PV-аккумуляторов представляет собой значительный шаг к контролю энергии, экономии затрат и устойчивости. Сохраняя бесплатную энергию, вырабатываемую вашими солнечными панелями, вы можете питать свой дом долгое время после захода солнца, радикально сокращая свою зависимость от сети и сохраняя свет включенным во время отключений.

Хотя первоначальные инвестиции выше, чем в стандартную солнечную систему, преимущества — в частности, энергетическая независимость, значительная долгосрочная экономия (особенно с учетом роста расходов на коммунальные услуги или ставок TOU) и бесценное резервное питание — делают ее привлекательным выбором для многих домовладельцев.

Оцените свои модели потребления энергии (Посмотрите наш калькулятор солнечных батарей), ваше желание резервного питания, ваши местные тарифы и политика коммунальных услуг, а также доступные стимулы. Если максимизация ваших инвестиций в солнечную энергетику и обеспечение электроснабжения вашего дома являются приоритетами, система PV-аккумуляторов, вероятно, станет отличным выбором для вашего энергетического будущего.