Kaj je baterijski sistem za shranjevanje energije?
Sistem za shranjevanje energije v baterijah je usklajen sklop opreme, ki shranjuje električno energijo in jo sprošča na zahtevo. Celoten sistem vključuje baterijske module, sistem za pretvorbo električne energije (PCS) ali inverter, sistem za upravljanje baterije, sistem za upravljanje z energijo, toplotno upravljanje in električno zaščito.
Uvedbe BESS zajemajo skoraj vse dele energetske krajine:
- Domovi, ki združujejo shranjevanje s strešno sončno energijo
- Hiše, ki potrebujejo pomoč pri izpadu s sončno energijo ali brez nje
- Komercialni in industrijski objektiobvladovanje stroškov povpraševanja in odpornosti
- Mikroomrežja, ki služijo kampusom, oddaljenim lokacijam ali kritični infrastrukturi
- Komunalne{0}}elektranezagotavljanje regulacije frekvence, zmogljivosti in utrjevanja obnovljivih virov
- Vozlišča za polnjenje električnih vozil, ki morajo upravljati konično porabo energije
Naloga je enaka v vseh okoljih: zajemite elektriko zdaj in jo uporabite pozneje, kjer in ko ima največjo vrednost. Za razliko od sončnih kolektorjev ali generatorjev BESS ni primarni vir -, ampak mora najprej prejeti elektriko od nekje drugje, preden se lahko izprazni.
Kako deluje sistem za shranjevanje energije v baterijah: korak za korakom
Tok od-do-konca BESS izgleda takole:
Vir → Sistem za pretvorbo energije → Baterijske celice (upravlja jih BMS) → Sistem za pretvorbo energije → Obremenitve ali omrežje, vse koordinira EMS.
1. korak: Elektrika vstopi v sistem
Električna energija prihaja iz sončnih kolektorjev, električnega omrežja ali generatorja. V solarni-plus-namestitvi za shranjevanje se odvečna sončna energija opoldne -, ki je gospodinjstvo ne more porabiti v realnem času -, steče v baterijo, namesto da bi se izvozila. Običajna sončna elektrarna z močjo 8 kW zlahka proizvede več, kot porabi doma med približno 11. in 15. uro, in ta presežek je točno tisto, kar baterija zajame.
2. korak: Napajanje se pretvori v shranjevanje
Baterijske celice hranijo energijo kot enosmerni tok (DC). Večina domov in zgradb deluje na izmenični tok (AC). Pretvornik ali PCS premostita oba in pretvorita:
- Enosmerna sončna energija v izmenični tok za stavbo
- Napajanje iz omrežja AC v napajanje DC za polnjenje baterije
- DC baterijsko napajanje nazaj v AC napajanje za obremenitve
Ali je sistemAC-povezan ali DC-povezanspreminja medsebojno delovanje pretvornika, solarne energije in baterije - DC-sklopljene zasnove so običajno bolj učinkovite za nove solarne-in-projekte shranjevanja, medtem ko je AC-sklopljene zasnove lažje naknadno vgraditi v obstoječe fotonapetostne sisteme.
3. korak: Baterija kemično shranjuje energijo
Znotraj vsake celice je električna energija shranjena z reverzibilnimi kemičnimi reakcijami. TheMinistrstvo za energijo ZDAopisuje elektrokemijsko shranjevanje kot pretvorbo električne energije v kemično potencialno energijo med polnjenjem in nato nazaj v elektriko med praznjenjem. Kemija litijevega železovega fosfata (LFP) zdaj prevladuje v stacionarnem shranjevanju zaradi njegove dolge življenjske dobe (običajno 6,000+ ciklov do 80-odstotne zmogljivosti) in močne toplotne stabilnosti, zaradi česar se kaže v vsem, odvisokonapetostne stanovanjske baterije-do več{0}}megavatnih-urnih kontejnerskih sistemov.
Tu sta pomembni dve meritvi uspešnosti:
- Učinkovitost-povratnega potovanja- delež vložene električne energije, ki se vrne nazaj, običajno 85–95 % za sodobne litijeve sisteme.
- Globina praznjenja (DoD)- koliko nazivne zmogljivosti se dejansko uporabi na cikel. Večina sistemov LFP omogoča 90–100 % DoD brez škode za življenjsko dobo.
4. korak: Sistem za upravljanje baterije ščiti baterijo
BMS je plast varnosti in zdravja. Nenehno spremlja stanje napolnjenosti, napetost, tok, temperaturo celice, ravnovesje med celicami-to-celicami in stanja napak, nato pa komunicira z inverterjem za dušenje ali zaustavitev delovanja, ko kar koli odtava izven dosega. Brez kompetentnega BMS so baterije izpostavljene prekomernemu polnjenju, globoki izpraznitvi, toplotnemu pobegu in pospešeni razgradnji.
5. korak: Shranjena energija se pretvori nazaj v uporabno moč
Ko obremenitve zahtevajo moč - ob sončnem zahodu, med oknom največje-stopnje ali med izpadom omrežja - se baterija izprazni, pretvornik pretvori enosmerni tok nazaj v izmenični in električna energija teče v ploščo. V rezervni konfiguraciji se ta predaja običajno izvede v milisekundah prek stikala za samodejni prenos ali hibridnega pretvornika, tako da občutljiva oprema, kot so usmerjevalniki Wi-Fi, hladilniki in naprave CPAP, še naprej deluje.
6. korak: Sistem upravljanja z energijo odloča o strategiji
EMS spremeni pasivno baterijo v pametno sredstvo. Glede na način delovanja ima lahko prednost:
- Samo{0}}poraba- shranjevanje odvečne sončne energije, praznjenje zvečer
- Arbitraža časa--uporabe- polnjenje izven-konice, praznjenje v dragih urah
- Rezervna rezerva- zadrži odstotek zmogljivosti za izpade
- Britje ob konični porabi/upravljanje polnjenja na zahtevo- kratkotrajna izpraznitev za izrezovanje najvišje vrednosti kW
- Mrežne storitve- frekvenčni odziv, zmogljivost ali sodelovanje v VPP
V komercialnih sistemih je EMS pogosto tam, kjer živi finančni primer, saj tarife za komunalne storitve in stroški povpraševanja poganjajo večino prihrankov.
Osnovne komponente BESS
BESS je več kot le baterijska omarica. Podporna strojna in programska oprema določata zmogljivost, varnost in življenjsko dobo prav tako kot celice same.
| Komponenta | funkcija |
|---|---|
| Baterijski moduli | Shranjujte energijo v celicah, urejenih za zahtevano napetost in zmogljivost |
| Sistem za upravljanje baterije (BMS) | Spremlja in ščiti celice; upravlja uravnoteženje in napake |
| Sistem za pretvorbo električne energije (PCS) / inverter | Pretvarja med enosmernim akumulatorjem in izmeničnim napajanjem zgradbe ali omrežja |
| Sistem upravljanja z energijo (EMS) | Nadzoruje logiko polnjenja/praznjenja in način delovanja |
| Toplotno upravljanje | Zračno ali tekoče hlajenje za ohranjanje celic v varnih temperaturnih območjih |
| Varnostna oprema | Odklopniki, zaščitni releji, senzorji, odkrivanje in gašenje požara |
| Stikalne naprave in merjenje | Meri pretok energije in po potrebi izolira sistem |
| Plošča za varnostno kopiranje ali-kritične obremenitve | Usmeri shranjeno energijo v izbrana vezja med izpadom |
Pomemben je tudi faktor oblike. Bivalni sistemi so običajno stenske-notranje omare;zunanja omarica BESSslužiti komercialnim mestom; inzabojnik BESSupravljati s-uporabnimi in velikimi projekti C&I, pogosto z integriranim tekočinskim hlajenjem in gašenjem požara. Popolna razčlenitev odgovornosti podsistema je zajeta v8 jedrnih komponent BESSreferenca.
Polnjenje in praznjenje v pravem dnevu
Solarni-in-dom za shranjevanje na-ozemlju-uporabe bi lahko deloval takole:
- jutro- sončna energija začne proizvajati; obremenitve so neposredno iz PV.
- Opoldne- sončna energija presega povpraševanje gospodinjstev; presežek polni baterijo.
- Pozno popoldne- baterija je običajno popolnoma napolnjena.
- Večer (najvišje stopnje)- praznjenja baterije za razsvetljavo, kuhanje, HVAC in elektroniko.
- Nočitev- sistem ima rezervno zmogljivost za varnostno kopiranje; mreža zapolni vsako vrzel.
- Izpad- sistem izklopi iz omrežja in napaja kritične obremenitve.
Dejansko vedenje je odvisno od tarifne strukture, vrste pretvornika, velikosti baterije in tega, ali je varnostno kopiranje konfigurirano za celoten-dom ali samo kritične-obremenitve.
Za kaj se lahko uporablja BESS? Pogoste aplikacije
Lastna-poraba sončne energije
Najpogostejši primer stanovanjske uporabe. Namesto da bi dom izvozil presežek sončne energije z nizkim-kreditom, ga shrani za večerno uporabo, s čimer se lastna-poraba poveča s tipičnih 25–35 % na 70 %+.
Rezervno napajanje med izpadi
Rezervni čas je funkcija uporabne zmogljivosti, povprečne obremenitve in tega, ali se solarna energija lahko čez dan polni. Baterija s 13 kWh, ki napaja hladilnik (~150 W povprečno), Wi-Fi, luči in nekaj vtičnic - približno 0,6 kW neprekinjeno -, lahko po polni napolnjenosti deluje približno 18–20 ur. Dodajte HVAC ali črpalko za vodnjak z visokim zagonskim tokom in ta močno pade. Zato seznam kritičnih{11}}obremenitev, ne samo velikost baterije, poganja dobro zasnovo.
Čas--uporabe Energetska arbitraža
Polnjenje med poceni ali sončno-bogatimi urami in praznjenje med konicami-je ena od omrežnih storitevEIA ugotavljakot primarni tok vrednosti za shranjevanje baterij.
Komercialno britje ob konicah in upravljanje stroškov povpraševanja
Pri mnogih komercialnih odjemalcih stroški odjema - zaračunani ob najvišjem 15--minutnem skoku kW v mesecu – predstavljajo 30–70 % računa za elektriko. BESS velikosti za praznjenje med temi konicami lahko posname vrhove brez spreminjanja operacij.Več mehanizmovprispevati k komercialnemu poslovnemu primeru, vključno zprestavljanje bremena, prihodki od odziva na povpraševanje in prihranki zaradi odpornosti.
Mikromreža in podpora za omrežja
Shranjevanje baterij je tehnologija, ki podpira večino sodobnih mikromrež, saj omogoča, da sončna energija, generatorji in obremenitve delujejo kot usklajen otok, ko glavno omrežje ni na voljo. Na lestvici omrežja baterije uravnotežijo ponudbo in povpraševanje v časovnih okvirih od - do - ure in shranijo obnovljivo proizvodnjo, ki bi bila sicer omejena.
Vozlišča za polnjenje električnih vozil
Hitro-zmogljivo polnjenje z enosmernim tokom lahko preobremeni omrežno povezavo spletnega mesta. BESS zmanjša povpraševanje, ki ga črpa od pripomočka, tako da medpomnilniške seje zaračunavanja, zaradi česar je projekt pogosto izvedljiv brez drage nadgradnje storitve.
Stanovanjski vs komercialni BESS
| Funkcija | Stanovanjski BESS | Komercialni BESS |
|---|---|---|
| Tipična zmogljivost | 5–40 kWh | 100 kWh – več MWh |
| Primarni cilji | Rezervna kopija, solarna samo-uporaba, prihranek na računih | Stroški povpraševanja, odpornost, trajnost |
| Podprte obremenitve | Kritični tokokrogi ali cel-dom | HVAC, hlajenje, proizvodne linije, polnjenje električnih vozil |
| Voznik oblikovanja | Toleranca izpada in velikost PV | Profil obremenitve, tarifna struktura, operativno tveganje |
| Kontrole | Preproste prednastavitve in aplikacija | Napredni EMS, pogosto integriran z BMS/SCADA |
Princip je enak; inženiring, nadzor in ekonomija se razlikujejo.
kW proti kWh: dve številki, ki definirata baterijo
Določanje BESS se zmanjša na dve specifikaciji:
- kW (kilovati)- moč. Kolikšno obremenitev lahko sistem prenese v enem trenutku.
- kWh (kilovatne-ure)- energije. Koliko lahko baterija shrani in izprazni skozi čas.
Baterija s 5 kW / 15 kWh lahko v trenutku odda do 5 kW ali vzdržuje približno 1,5 kW 10 ur. Neskladje med obema je pogosta napaka pri načrtovanju: velika zmogljivost z nizko močjo lahko zadrži veliko energije, vendar ne more zagnati toplotne črpalke; visoka moč z nizko zmogljivostjo lahko zažene velike obremenitve, vendar se hitro izprazni. Thevodnik kW v primerjavi s kWhse podrobneje sprehodi skozi matematiko velikosti.
Prednosti in omejitve sistema za shranjevanje energije v baterijah
Prednosti
- Shranjuje sončno energijo za uporabo zvečer ali čez noč
- Zagotavlja varnostno kopiranje ob izpadu za kritične ali celotne{0}}domače obremenitve
- Zmanjša izpostavljenost času--uporabe in stroškom povpraševanja
- Izboljša odpornost domov, podjetij in mikromrež
- Podpira večji prodor obnovljivih virov energije v omrežje
- Lahko združuje prihodke na trgih, ki omogočajo omrežne storitve
Omejitve
- Znatni začetni stroški
- Končna uporabna zmogljivost na cikel
- Postopna degradacija; jamstva za zmogljivost običajno zagotavljajo več kot ali enako 70 % na 10. leto
- Zahteve za lokacijo: prezračevanje, razdalja, skladnost s kodo
- Možna elektro omarica ali servisna nadgradnja
- Dovoljenje in pregled AHJ
- Obveznosti recikliranja--ob koncu življenjske dobe
Najboljši sistem je le redko največji. To je sistem, ki se ujema s profilom obremenitve, tarifo, lokacijo in proračunom.
Varnostni standardi, ki bi jih morali poznati
Varnost BESS ureja majhen nabor standardov, ki jih bo spoštoval vsak ugleden inštalater:
- NFPA 855- Standard za namestitev stacionarnih sistemov za shranjevanje energije. Zajema razmik, prezračevanje, odkrivanje požara in ukrepanje v sili.
- UL 9540- Varnostni certifikat za sisteme in opremo za shranjevanje energije.
- UL 9540A - Preskusna metoda za ocenjevanje širjenja toplotnega ognja v BESS.
- Člen NEC 706 - Zahteve nacionalnega električnega kodeksa za sisteme za shranjevanje energije.
Za globlji vpogled v to, zakaj so ti certifikati pomembni pri primerjavi opreme, glejtezakaj vaš BESS potrebuje UL certifikat.
pogosta vprašanja
V: Ali sistem za shranjevanje energije iz baterije ustvarja elektriko?
O: Ne. BESS shranjuje samo električno energijo, ki je že bila proizvedena s sončno energijo, omrežjem ali generatorjem, in jo sprosti pozneje. To je naprava za shranjevanje in ne generator.
V: Ali lahko BESS napaja cel dom?
O: Včasih je - odvisno od obremenitev doma ter moči in zmogljivosti baterije. Številni lastniki stanovanj izberejo-varnostno kopiranje kritične obremenitve (hladilnik, internet, luči, medicinske naprave, črpalka za vodnjak), ker je veliko ceneje kot hkratno varnostno kopiranje HVAC, električnih pečic in polnjenja EV.
V: Kako dolgo lahko BESS zagotavlja rezervno napajanje?
O: Trajanje rezervnega napajanja je odvisno od uporabne zmogljivosti (kWh), povprečne obremenitve (kW) in ali se solarna energija lahko polni podnevi. Baterija s 13,5 kWh, ki napaja 0,6 kW osnovnih elementov, deluje približno 20 ur od polne moči; ista baterija, ki poganja 4 kW klimatsko napravo, deluje približno 3 ure.
V: Ali sončne baterije delujejo med izpadi?
O: Samo, če je sistem posebej konfiguriran za varnostno kopiranje. Standardna solarna-vezana na omrežje brez shranjevanja se zaradi varnosti izklopi med izpadi. Solar-in-shranjevanje s hibridnim inverterjem in otočno-zasnovo bo omogočilo delovanje kritičnih obremenitev in se v mnogih primerih naslednji dan polnilo od sonca.
V: Kako dolgo traja BESS?
O: Za večino sodobnih stanovanjskih in komercialnih baterij LFP velja garancija 10 let in 6000+ ciklov do zajamčene minimalne zmogljivosti (običajno 70 %). Realno-življenje je odvisno od temperature, globine praznjenja, stopnje polnjenja in vzorcev uporabe.
V: Ali BESS potrebuje sončno energijo, da je uporaben?
O: Ne. Shranjevanje baterije samo po sebi zagotavlja vrednost prek varnostnega kopiranja ob izpadih, arbitraže-časa-uporabe in upravljanja povpraševanja. Solar preprosto razširi finančni primer in omogoči-polnjenje zunaj omrežja med daljšimi izpadi.
Bottom Line
Sistem za shranjevanje energije iz akumulatorja deluje tako, da vhodno elektriko izmeničnega ali enosmernega toka pretvori v shranjeno kemično energijo, jo zadrži pod nadzorom sistema za upravljanje baterije in jo sprosti prek pretvornika, ko sistem za upravljanje z energijo ugotovi, da je najbolj dragocena. Tehnologija je zrela, standardi dobro uveljavljeni in primeri uporabe - od domače rezervne enote z 10 kWh do več-megavatnega omrežnega sredstva - temeljijo na istih temeljnih načelih.
Odločilni dejavnik pri uspešnem projektu ni znamka baterije. Usklajuje moč, zmogljivost in krmiljenje sistema z resničnim profilom obremenitve, resnično tarifo in resničnim mestom. Poskrbite za to in BESS si bo zaslužil desetletje ali več.