Как да се свърже батерия за съхранение на слънчева енергия към мрежата?

Какво е батерия за съхранение на слънчева енергия и защо е важна за свързване към мрежата

Слънчевите батерии работят, като улавят излишната електричество, произведено от панели на покрива, позволявайки на домакинствата и предприятията да запазват тази енергия за моменти, когато се нуждаят най-много от нея, или дори да изпращат част от нея обратно към местната електрическа мрежа. Тези решения за съхранение решават един голям проблем със слънчевата енергия: слънцето не винаги свети точно когато имаме нужда от него. През облачни дни или нощем хората все още се нуждаят от електроенергия и слънчевите батерии гарантират наличието на резерв. Ползата се разпространява и върху енергийните компании, тъй като тези батерии помагат за стабилизиране на общото електроосигуряване. Вместо да разчитат толкова много на старите газови централи, които се включват при високи нива на търсене, мрежите вече могат по-добре да управляват възобновяемите източници. Според проучване на NREL от миналата година, свързването на слънчеви системи за съхранение към мрежата намалява скъпите такси през върховите часове с около 30 до дори 45 процента. Това означава по-малко натоварване върху нашите по-стари енергийни системи, докато работим към постигане на целите си за по-чиста енергия в цялата страна.

Ключови компоненти, необходими за свързване на батерия за съхранение на слънчева енергия към електрическата мрежа

Три основни компонента осигуряват интеграция с мрежата:

1. Двупосочни инвертори : Преобразува DC тока от батериите в AC за съвместимост с мрежата.
2. Системи за управление на енергията (EMS) : Наблюдава условията в мрежата и оптимизира циклите на зареждане/разреждане.
3. Контролери за взаимодействие с мрежата : Осигурява синхронизация със стандартите за напрежение и честота на доставчика.
   Съвременните системи включват и изолационни прекъсвачи и измервателни уреди, за да отговарят на изискванията за безопасност, като NEC статия 706.

Науката зад двупосочните инвертори в системите за съхранение на слънчева енергия

Двупосочните инвертори по принцип служат като връзка между батерии за съхранение на слънчева енергия и електрическата мрежа. Това, което ги отличава от обикновените инвертори, е възможността да прехвърлят енергия в двете посоки. Те могат да зареждат батерии, когато има излишна слънчева енергия, а след това да връщат тази натрупана електроенергия обратно в мрежата, когато търсенето нараства. Някои от по-новите модели са оборудвани с т.нар. MPPT технология, която помага за постигане на по-висока производителност, често достигайки ефективност на преобразуването над 95%. Проучвания показват, че тези устройства имат голяма роля при справянето с досадните скокове на напрежението и честотни проблеми, които възникват в мрежи с голям брой слънчеви инсталации. Техните умни възможности за регулиране осигуряват стабилна работа от страната на мрежата и гарантират максимална изгода от възобновяемата енергия, съхранена в батерии.

Поетапен процес за свързване на батерия за съхранение на слънчева енергия към мрежата

Оценка на съвместимостта на обекта за батерия за съхранение на слънчева енергия и синхронизация с мрежата

Подготовката на всичко преди инсталиране на система за слънчева батерия изисква първоначална внимателна проверка на обекта, за да се осигури добро функциониране с електрическата мрежа. Специалисти с подходяща квалификация ще оценят параметри като капацитета на електрическия табло, посоката на текущите слънчеви панели и типа напрежение, изискван от местния доставчик на енергия. Според последните данни от Доклада за слънчеви инсталации около 40 процента от хората, които инсталират батерии в мрежата, в крайна сметка се нуждаят от подобрени табла, за да управляват двупосочния поток на електроенергия. Освен това трябва да се гарантира, че стените и подовете могат да издържат теглото на батерията, както и да се извършат проверки за сенки, тъй като дори малки сенки могат да намалят производителността с повече от 12 процента, според проучване на Националната лаборатория за възобновяема енергия (NREL) от 2023 г.

Инсталиране на системата за съхранение на слънчева енергия и хибриден инвертор

Поставянето на батерията на място със стабилни температури, като гараж или техническо помещение, помага да се избегнат досадните загуби на ефективност при много високи или ниски външни температури. Хибридният инвертор се свързва както към слънчевите панели, така и към главния табел на къщата, което позволява зареждане от мрежата, докато същевременно се използва собствена слънчева енергия. Повечето хора завършват инсталирането на тези системи за около 3 до 7 дни за домакинства, според типичните наблюдения на специалисти. Литиево-йонните батерии също стават все по-популярни и в момента представляват почти 9 от всеки 10 нови инсталации, тъй като реагират значително по-бързо в сравнение с други видове, както сочи докладът на Департамента по енергетика от 2024 година.

Конфигуриране на комуникационни протоколи между батерията за съхранение на слънчева енергия и оператора на мрежата

В днешно време повечето съвременни енергийни системи разчитат на стандарти като IEEE 1547-2018 при комуникацията с енергийни компании. Протоколи като SunSpec Modbus и DNP3 им позволяват да обменят актуална информация в реално време. Когато натоварването в мрежата е високо, този двупосочен диалог прави възможно настройката на параметри в реално време. Според проучване на EPRI от 2023 г., някои тестове показаха намаляване с около 18 процента на натоварването върху електрическата мрежа по време на тези експерименти. Важно е също така правилното настройване, тъй като батериите трябва да спазват местните правила относно количеството електроенергия, което могат да връщат в мрежата, както и скоростта, с която реагират на промени в честотните нива в различните региони.

Провеждане на проверки за безопасност и одобрение от енергийната компания за връзка с мрежата

Всички инсталации трябва да отговарят на изискванията за сертификация UL 9540 за пожарна безопасност и NFPA 855 за разстояния. Обикновено енергийните компании изискват:

• Тестове за защита срещу анти-островна работа, потвърждаващи прекъсване от мрежата за по-малко от 2 секунди
• Автоматизирано ограничаване на експорта при нива под 60% от капацитета на захранващия вход
• Документация, доказваща, че инверторът отговаря на хармоничните стандарти IEEE 1547.1-2020

Сроковете за одобрение варират от 2 до 6 седмици в зависимост от местните редици за връзка с мрежата.

Окончателно тестване и активиране на батерията за съхранение на слънчева енергия в режим на свързване с мрежата

Техници симулират прекъсвания на захранването, за да проверят превключването за по-малко от 10 мс чрез ATS (Автоматичен превключвател на резервно захранване). Платформата за наблюдение в реално време се интегрира с платформи като EnergyHub или Span.io, което позволява на собствениците да намалят таксите при високи натоварвания с 34% чрез оптимизация според времето на употреба (LBNL 2024). Системите преминават през 72-часов цикъл на натоварване преди пълното им активиране.

Регулаторни, безопасностни и технически аспекти при връзка с мрежата

Съответствие с IEEE 1547 и NEC статия 706 за инсталации на батерии за съхранение на слънчева енергия

Следването на IEEE 1547-2018 заедно с NEC статия 706 е изключително важно, когато става въпрос за безопасното свързване на батерии за съхранение на слънчева енергия към мрежата. Правилата изискват няколко ключови мерки за безопасност, като например осигуряване на поне 150% защита от прекомерен ток и гарантиране, че честотите остават синхронизирани в рамките на плюс или минус 0,5 Hz спрямо действителните нужди на мрежата. Според проучване, публикувано през 2023 г. от EPRI, спазването на тези по-нови стандарти на IEEE е намалило значително досадните закъснения при одобренията за връзка с мрежата с около една трета в сравнение с по-стари системни проекти. Анализът на най-новите данни от Доклада за стандартите за връзка с мрежата 2024 показва още нещо: днешните инсталации трябва да включват разделителни трансформатори, сертифицирани по UL 3301, когато се работи със системи с капацитет над 30 kVA. И интересен факт – това правило вече не важи само за търговски приложения. Дванадесет различни щата вече започнаха да прилагат подобни изисквания дори за домашни инсталации, благодарение на скорошни актуализации, насочени към предотвратяване на пожари.

Управление на стабилността на напрежението и честотата в батерийни системи за съхранение на слънчева енергия, свързани към мрежата

За да функционират правилно, системите, свързани към мрежата, трябва да поддържат нива на напрежение в диапазон от плюс или минус 5%, а честотата трябва да остане в рамките на 0,2 Hz, използвайки т.нар. динамични методи за компенсиране на реактивната мощност. Някои по-нови инвертори стават доста умни днес, прилагайки сложни алгоритми на невронни мрежи, които всъщност могат да прогнозират как ще се променят натоварванията около 15 минути преди това да се случи. Според проучване на NREL от 2023 г., този вид предиктивен капацитет подравнява формата на вълната със стандартните синусоидни криви на мрежата приблизително до 99,8%. Такова ниво на точност прави голяма разлика, когато става въпрос за предотвратяване на досадните намаления на напрежението, които биха могли да наруши работата на болници и други критично важни центрове. Освен това тези системи реагират изключително бързо – само за 2 милисекунди при отклонение на честотата. И нека бъдем честни, това има най-голямо значение в райони, където мрежата има много малък запас за стабилност, понякога дори само 1% инерционен буфер.

Предотвратяване на рисковете от островно функциониране чрез напреднала логика за управление

Инверторите, сертифицирани по стандарт UL 1741 SA, се справят с рисковете от островни режими чрез напреднали методи за наблюдение на мрежата. Използват т.нар. детекция на смущения в многоброй спектри, която комбинира както хармоничен анализ в 27 различни точки, така и нещо наречено импедансна спектроскопия. Когато възникне проблем с мрежата, тези системи могат напълно да се изключат за малко под две секунди след установяване на неизправност. Доста впечатляващо, като се има предвид, че те все още запазват около 85% заряд, готов за употреба при нужда по време на прекъсвания на захранването. Някои скорошни софтуерни ъпгрейди допълнително подобриха работата. Ново фърмуер позволява автоматично картиране на конфигурациите на мрежата, което намали досадните лъжливи аларми, когато системата преценява, че има островен режим, въпреки че всъщност няма такъв. Миналата година изследователският център „Сандия“ съобщи, че това подобрение е намалило наполовина подобни грешки в региони, където много слънчеви панели и вятърни турбини са свързани към мрежата.

Икономически ползи и оперативни предимства от системи за съхранение на енергия от слънчени батерии, свързани към мрежата

Собствениците на жилища и малки предприятия могат да спестяват пари и да остават захранени по-дълго време, когато инсталират слънчеви батерии, свързани към мрежата. Според последен доклад за устойчивост на Gaia Development от 2023 г. има и още нещо интересно. Когато хората комбинират тези батерийни системи със своите слънчеви панели, те намаляват експлоатационните разходи с около 35% и зависят с около 40% по-малко от централната електрическа мрежа за домакинствата. Има и още едно предимство. Тези батерийни конфигурации всъщност генерират приходи за собствениците, които се присъединяват към местни програми на доставчици на електроенергия. По същество, съхранената слънчева енергия се използва вместо да се черпи от мрежата по време на скъпите часове на върхово потребление, когато всички останали използват електричество едновременно.

Намаляване на таксите при върхови натоварвания чрез използване на батерии за съхранение на слънчева енергия и обратна връзка с мрежата

Търговските оператори постигат намаление с 40–60% на таксите при върховите натоварвания, като програмират батериите да разреждат през критични часове, определени от доставчика на енергия. Тази стратегия за пренасяне на натоварването съгласува моделите на потребление с периодите на ниски тарифи, значително намалявайки компонентите на таксите, базирани на търсенето, които обикновено представляват 30–50% от търговските разходи за електроенергия.

Участие в програми за нетно измерване и мрежови услуги

Доставчиците на енергия в 42 щата на САЩ предлагат обезщетение за излишната слънчева енергия, върната в мрежата, като системите за съхранение увеличават периода за право на кредит с 65%. Чрез автоматизирани платформи за търговия с енергия, батериите, свързани към мрежата, осигуряват регулиране на честотата, оценявано на 50–100 щ.д./МВт-час на пазарите на НСО.

Примерно изследване: Батерийна система за съхранение на слънчева енергия в жилищен сектор, намалила зависимостта от мрежата с 60%

Собственик на къща в Масачузетс е намалил годишните си покупки от мрежата от 12 000 kWh до 4 800 kWh след инсталиране на система за съхранение на слънчева енергия с капацитет 20 kWh. Инсталацията постига пълна възвръщаемост на инвестицията за 6,2 години чрез комбинирани спестявания от арбитраж по време на употреба и сертификати за възобновяема слънчева енергия (SRECs).