Kako povezati bateriju za skladištenje solarne energije s mrežom?

Što je baterija za pohranu solarne energije i zašto je važna za povezivanje s mrežom

Solarni akumulatori rade tako što pohranjuju višak električne energije proizvedene s panela na krovu, omogućujući kućanstvima i tvrtkama da sačuvaju tu energiju za vrijeme kad je najviše trebaju ili čak vrate dio u lokalnu električnu mrežu. Ova rješenja za pohranu rješavaju jedan veliki problem s solarnom energijom: sunce ne sija uvijek kad nam je potrebno. Tijekom oblačnih dana ili noću, ljudima i dalje treba električna energija, a solarni akumulatori osiguravaju da nešto bude dostupno. I energetski poduzeća imaju koristi jer ovi akumulatori pomažu u održavanju stabilne opće opskrbe. Umjesto prekomjerne ovisnosti o starim postrojenjima na plin koja se uključuju tijekom vršnog opterećenja, mreže sada mogu bolje upravljati obnovljivim izvorima. Prema istraživanju NREL-a prošle godine, povezivanje solarnih sustava za pohranu s mrežom smanjuje skupe troškove sati vršnog opterećenja otprilike 30 do čak 45 posto. To znači manji pritisak na naše stare energetske sustave dok napredujemo prema ciljevima čiste energije širom zemlje.

Ključni sastojci potrebni za povezivanje baterije za pohranu solarne energije s električnom mrežom

Tri osnovna sastojka omogućuju integraciju u mrežu:

1. Dvosmjerni invertori : Pretvara istosmjernu struju iz baterija u izmjeničnu radi kompatibilnosti s mrežom.
2. Sustavi za upravljanje energijom (EMS) : Nadziru uvjete u mreži i optimiziraju cikluse punjenja i pražnjenja.
3. Regulatori interaktivni s mrežom : Osiguravaju sinkronizaciju s naponom i frekvencijskim standardima javne mreže.
   Moderni sustavi također uključuju prekidače za izolaciju i mjernih uređaja kako bi zadovoljili sigurnosne propise poput NEC članka 706.

Znanost iza dvosmjernih invertora u sustavima za pohranu solarne energije

Dvosmjerni invertori u osnovi služe kao spojnica između baterija za pohranu solarne energije i električne mreže. Ono što ih razlikuje od običnih invertora je sposobnost prijenosa energije u oba smjera. Oni mogu puniti baterije kada je dostupno više solarne energije, a zatim vratiti tu pohranjenu električnu energiju natrag u mrežu kad god poraste potražnja. Neki noviji modeli opremljeni su tzv. MPPT tehnologijom koja pomaže postići bolje performanse, često dosežući učinkovitost pretvorbe veću od 95%. Studije pokazuju da ovi uređaji imaju važnu ulogu u upravljanju onim dosadnim naponskim skokovima i problemima s frekvencijom koji pate mreže s velikim brojem solarnih instalacija. Njihove pametne mogućnosti prilagodbe osiguravaju glatko funkcioniranje na strani mreže, istovremeno osiguravajući maksimalnu isplativost sve one obnovljive energije pohranjene u baterijama.

Postupak spajanja baterije za pohranu solarne energije na mrežu korak po korak

Procjena kompatibilnosti lokacije za bateriju za pohranu solarne energije i sinkronizaciju s mrežom

Priprema svih stvari prije ugradnje sustava solarnih baterija znači temeljitu provjeru lokacije kako bi se osigurala dobra suradnja s električnom mrežom. Stručnjaci će procijeniti stvari poput maksimalne snage koju može preuzeti razvodna ploča, smjer postavljanja postojećih solarnih panela te vrstu napona koju lokalni distributer traži. Prema najnovijim podacima iz Izvješća o instalaciji solarnih sustava, otprilike 40 posto ljudi koji ugrađuju baterije na mrežu mora nadograditi razvodne ploče kako bi upravljali dvostranim tokom električne energije. Također moramo osigurati da zidovi i podovi mogu izdržati težinu mjesta na kojem će se postaviti baterija, a provodimo i provjere zasjenjenosti jer čak i male sjene mogu smanjiti učinkovitost za više od 12 posto, prema istraživanju NREL-a iz 2023. godine.

Ugradnja sustava za pohranu solarne energije i hibridnog invertora

Postavljanje baterije na mjesto gdje su temperature stabilne, poput garaže ili tehničke prostorije, pomaže izbjeći dosadne gubitke učinkovitosti kada je vani jako vruće ili hladno. Hibridni invertor povezan je i s solarnim panelima i s glavnim razvodnim ormarom kuće, tako da se ljudi mogu napajati iz mreže istovremeno dok koriste vlastitu solarnu energiju. Većina ljudi završi instalaciju ovih sustava u roku od otprilike 3 do 7 dana za kuće, prema uobičajenim iskustvima stručnjaka. Litij-ionske baterije postaju sve popularnije, čineći skoro 9 od 10 novih instalacija danas jer reagiraju puno brže od drugih vrsta, kako je navedeno u izvješću Odjela za energiju iz 2024. godine.

Konfiguriranje komunikacijskih protokola između baterije za pohranu solarne energije i operatora mreže

Danas većina modernih energetskih sustava oslanja se na standarde poput IEEE 1547-2018 prilikom komunikacije s elektroprivrednim tvrtkama. Protokoli poput SunSpec Modbus i DNP3 omogućuju razmjenu stvarnih informacija u oba smjera. Kada je opterećenje mreže visoko, takva dvosmjerna komunikacija omogućuje prilagodbu u stvarnom vremenu. Neki testovi pokazali su smanjenje opterećenja na električnoj mreži za oko 18 posto tijekom tih eksperimenata, prema istraživanju EPRI-a iz 2023. godine. Važno je i ispravno postaviti parametre jer baterije moraju poštivati lokalne propise o količini električne energije koju mogu vratiti u mrežu te o brzini reakcije na promjene frekvencije u različitim regijama.

Provođenje sigurnosnih inspekcija i odobrenje komunalne službe za povezivanje

Sve instalacije moraju proći certifikaciju UL 9540 za protupožarnu sigurnost i ispunjavati zahtjeve NFPA 855 za razmake. Komunalne službe obično zahtijevaju:

• Testove zaštite od anti-islandinga koji potvrđuju isključenje iz mreže u manje od 2 sekunde
• Automatsko ograničavanje izvoza ispod 60% kapaciteta priključka na mrežu
• Dokumentacija koja dokazuje da invertor zadovoljava standarde IEEE 1547.1-2020 za harmonike

Rokovi odobrenja variraju od 2 do 6 tjedana, ovisno o lokalnim redovima povezivanja.

Konačno testiranje i aktivacija baterije za pohranu solarno generirane energije u načinu rada povezanom s mrežom

Tehničari simuliraju prekide u opskrbi električnom energijom kako bi provjerili prijelazno prebacivanje manje od 10 ms putem ATS-a (automatskog prebacivača napajanja). Praćenje u stvarnom vremenu integrirano je s platformama poput EnergyHub ili Span.io, omogućujući vlasnicima kuća da smanje troškove maksimalnog opterećenja za 34% kroz optimizaciju prema vremenu korištenja (LBNL 2024). Sustavi prolaze kroz 72-satni ciklus opterećenja prije potpune aktivacije.

Regulatorne, sigurnosne i tehničke smjernice za priključenje na mrežu

Sukladnost s IEEE 1547 i NEC člankom 706 za instalacije baterija za pohranu solarno generirane energije

Slijedbe IEEE 1547-2018 uz NEC članak 706 iznimno je važna kada je riječ o sigurnom priključenju baterija za pohranu solarno proizvedene energije na mrežu. Pravila zahtijevaju nekoliko ključnih sigurnosnih mjera, poput osiguranja barem 150% zaštite od preopterećenja te održavanja sinkronizacije frekvencija unutar plus ili minus 0,5 Hz u odnosu na stvarne potrebe mreže. Prema istraživanju objavljenom 2023. godine od strane EPRI-a, pridržavanje ovih novijih IEEE standarda smanjilo je one frustrirajuće zastoje tijekom odobrenja priključenja za otprilike jednu trećinu u usporedbi sa starijim projektima sustava. Najnoviji podaci iz Izvješća o standardima za priključenje na mrežu iz 2024. pokazuju još jednu stvar: današnje instalacije moraju uključivati izolacijske transformatore certificirane prema UL 3301 uvijek kada se radi o sustavima kapaciteta većeg od 30kVA. Zanimljivo je da to pravilo više nije namijenjeno isključivo komercijalnim primjenama. Dvanaest različitih država počelo je primjenjivati slične zahtjeve čak i na domaće instalacije, zahvaljujući nedavnim ažuriranjima koja su usmjerena na sprečavanje požara.

U skladu s člankom 6. stavkom 1.

Da bi sustav koji je povezan s mrežom radio ispravno, mora držati napone u rasponu od plus ili minus 5%, a frekvencija mora ostati unutar 0,2 Hz koristeći takozvane tehnike dinamičke kompenzacije reaktivne snage. Neki noviji pretvarači postaju prilično pametni ovih dana, koristeći one sofisticirane algoritme neuronskih mreža koji zapravo mogu predvidjeti kako će se opterećenja mijenjati oko 15 minuta prije nego se to dogodi. Prema istraživanju NREL-a iz 2023. godine, ova vrsta predviđanja omogućava oblik talasa da se usklađuje sa standardnim sinusnim krivuljama mreže na oko 99,8%. Ta razina točnosti čini veliku razliku kada je u pitanju sprečavanje teških prekida rada koji bi mogli ometati rad u bolnicama i drugim centrima za kritičnu negu. Osim toga, ovi sustavi također reagiraju nevjerojatno brzo, za samo 2 milisekunde kada postoji odstupanje frekvencije. I budimo iskreni, to je najvažnije u područjima gdje mreža ima vrlo tanke marže stabilnosti, ponekad i 1% inercije.

Sprječavanje rizika od otokastih režima napajanja naprednom logikom upravljanja

Invertori certificirani prema standardima UL 1741 SA suočavaju se s rizicima odvajanja mreže kroz napredne tehnike nadzora mreže. Oni koriste tzv. detekciju poremećaja višestrukim spektrom koji uključuje harmonijsku analizu na 27 različitih točaka i nešto što se zove spektroskopija impedancije. Kada postoji problem s mrežom, ovi sustavi mogu potpuno isključiti u roku od manje od dvije sekunde nakon otkrivanja problema. Prilično impresivno s obzirom da i dalje čuvaju oko 85% punjenja spremnog za uporabu u slučaju nestanka struje. Neki nedavni softverski nadogradnji su još poboljšali performanse. Novi firmware omogućuje automatsko mapiranje konfiguracije mreže, što je smanjilo one dosadne lažne alarma kada sustav misli da postoji uvjet odvajanja, a zapravo ga nema. Laboratorij Sandia je prošle godine izvijestio da je ta poboljšanja smanjila takve pogreške otprilike za pola u područjima u kojima je veliki broj solarnih panela i vjetroagregata priključen na mrežu.

Ekonomski benefiti i operativne prednosti baterijskih sustava za pohranu solarno električne energije povezanih na mrežu

Vlasnici kuća i mali poslovi mogu uštedjeti novac i dulje ostati napajani kada instaliraju solarne baterije povezane na mrežu. Nedavno izvješće o održivosti tvrtke Gaia Development iz 2023. godine pokazuje nešto zanimljivo. Kada ljudi kombiniraju ove baterijske sustave s njihovim solarnim panelima, smanjuju troškove rada za oko 35% te manje ovise o glavnoj električnoj mreži za oko 40% kod kuće. Postoji još jedna dodatna prednost. Ovi baterijski sustavi zapravo donose prihod vlasnicima koji se pridruže lokalnim programima energetskih poduzeća. Naime, pohranjena solarna energija koristi se umjesto crpljenja iz mreže tijekom skupih sati vršnog opterećenja kada svi istovremeno koriste električnu energiju.

Smanjenje naknada za vršnu potrošnju korištenjem baterijskog sustava za pohranu solarno električne energije i povratka u mrežu

Komercijalni operateri ostvaruju smanjenje troškova vršnog opterećenja od 40—60% tako što programiraju baterije da se pražnje tijekom kritičnih sati definiranih od strane distributera. Ova strategija premještanja opterećenja usklađuje obrasce potrošnje s periodima niskih tarifa, znatno smanjujući troškove koji se obračunavaju na temelju potražnje i koji obično čine 30—50% komercijalnih troškova električne energije.

Sudjelovanje u programima neto mjerenja i uslugama mreže

Distributeri u 42 američke države nadoknađuju višak solarne energije vraćene u mrežu, pri čemu sustavi za pohranu povećavaju razdoblje za stjecanje kredita za 65%. Putem automatiziranih platformi za trgovanje energijom, baterije spojene na mrežu pružaju usluge regulacije frekvencije koje se u ISO tržištima vrednuju između 50 i 100 USD/MW-sat.

Studija slučaja: Baterijski sustav za pohranu solarno proizvedene energije u kućanstvu koji smanjuje ovisnost o mreži za 60%

Vlasnik kuće u Massachusettsu smanjio je godišnju kupnju struje iz mreže s 12.000 kWh na 4.800 kWh nakon instalacije sustava za pohranu solarne energije od 20 kWh. Instalacija je postigla potpuni povrat ulaganja za 6,2 godine kroz kombinirane uštede ostvarene arbitražom prema vremenu korištenja i kreditima za obnovljivu solarnu energiju (SREC).