Күн энергиясын сақтау батареясын желіге қалай қосуға болады?

Күн энергиясын сақтау батареясы деген не және желіге қосу үшін неге маңызды

Күн батареялары шатырдағы панельдер шығаратын артық электр энергиясын жинау арқылы жұмыс істейді, сондықтан үйлер мен кәсіпорындар осы энергияны ең көп қажет болған кезде пайдалану үшін сақтай алады немесе тіпті жергілікті электр желісіне қайтара алады. Бұл сақтау шешімдері күн энергиясының бір үлкен мәселесін шешеді: бізге қажет болған кезде әрқашан да күн көрінбейді. Бұлтты күндері немесе түнде адамдарға әлі де электр қажет, ал күн батареялары қажетті энергияның болуын қамтамасыз етеді. Электр компаниялары да пайда көреді, себебі бұл батареялар жалпы қуаттың тұрақтылығын сақтауға көмектеседі. Жоғары сұраныс кезінде іске қосылатын газды электр станцияларына сенуге қарағанда, желілер қазір қайталанатын энергия көздерін жақсырақ басқара алады. Өткен жылы NREL зерттеуінің деректеріне сәйкес, күн сақтау құрылғысын желіге қосу шығынды пик сағаттарда 30-ден 45 пайызға дейін қысқартады. Бұл біздің ел бойынша таза энергия мақсаттарына қол жеткізу үшін күресіп тұрған кезде ескі электр жүйелеріне аз қысым түсіру дегенді білдіреді.

Күн энергиясын сақтау батареясын электр желісіне қосу үшін қажетті негізгі компоненттер

Желіге интеграциялаудың үш негізгі компоненті:

1. Екі бағытты инверторлар : Батареялардан тұратын тұрақты токты желімен үйлесімді айнымалы токқа түрлендіреді.
2. Энергияны басқару жүйелері (EMS) : Желі жағдайын бақылап, зарядтау/разрядтау циклдерін оптимизациялайды.
3. Желімен өзара әрекеттесу контроллерлері : Коммуналдық кернеу мен жиілік стандарттарымен синхрондауды қамтамасыз етеді.
   Қазіргі заманғы жүйелер NEC Мақала 706 сияқты қауіпсіздік нормаларына сәйкестікті қамтамасыз ету үшін изоляциялық қосқыштар мен өлшеу құрылғыларын қосады.

Күн энергиясын сақтау батарея жүйелеріндегі екі бағытты инверторлардың ғылыми негізі

Екі бағытты инверторлар негізінен күн батареялары мен электр желісі арасындағы жалғағыш ретінде қызмет етеді. Олардың қалыпты инверторлардан айырмашылығы — энергияны екі бағытта да жылжыту қабілетінде. Күн сәулесінен артық энергия пайда болған кезде олар аккумуляторды зарядтай алады, ал содан кейін сақталған электр энергиясын сұраныс көтерілген кезде желіге қайтарып береді. Кейбір жаңа модельдер өнімділікті арттыруға көмектесетін MPPT технологиясымен жабдықталған, жиі түрлендіру әсерділігі 95%-дан асады. Зерттеулер бұл құрылғылар көптеген күн электр станциялары бар желілерді шоғырландыратын кернеу импульстері мен жиілік мәселелерін шешуде маңызды рөл атқаратынын көрсетеді. Олардың ақылды реттеу мүмкіндіктері желі жағында бәрі тегіс жұмыс істеуін қамтамасыз етеді және сақталған жаңартылатын энергиядан максималды пайда табуға мүмкіндік береді.

Күн энергиясын сақтау батареясын желіге қосу үшін қадамдық үдеріс

Күн энергиясын сақтау батареясы мен желі синхрондау үшін алаңды бағалау

Жергілікті желімен жақсы жұмыс істеуі үшін күн батареясын орнатар алдында барлығын дайындап алу үшін алдымен орнын жақсы тексеру керек. Білікті мамандар электр панелінің қанша қуатты шыдай алатынын, қазіргі күн панельдерінің қалай орналасқанын және жергілікті электр желісінің қандай кернеуге ие болуы керектігін тексереді. 2023 жылғы Күн энергиясын орнату туралы есептің соңғы мәліметтеріне сәйкес желіге қосылған батареяларды орнататын адамдардың шамамен 40 пайызы электр энергиясының екі бағытта ағуын басқару үшін тек қана панельдерді жақсартуды қажет етеді. Сондай-ақ біз батарея орнатылатын қабырғалар мен едендердің салмақты шыдай алатынын тексереміз, сонымен қатар NREL-дің 2023 жылғы зерттеуі бойынша кішкентай көлеңкелер де өнімділікті 12 пайыздан астам төмендетуі мүмкін дегенді ескере отырып, көлеңке тексерулерін жүргіземіз.

Күн энергиясын сақтау батареясы мен гибридті инвертор жүйесін орнату

Батареяны температура тұрақты болатын жерге, мысалы гаражға немесе қосалқы бөлмеге орнату сыртта ыстық немесе суық болған кезде пайдалылық коэффициентінің төмендеуінен сақтайды. Гибридті инвертор күн панелдеріне де, үйдің негізгі электр қорапшасына да қосылады, сондықтан адамдар өздері өндіретін күн энергиясын пайдаланып жүрген кезде желіден бір уақытта зарядталуы мүмкін. Кәсіби мамандардың бақылауы бойынша, көпшілік осындай жүйелерді үйлерге орнатуды шамамен 3-7 күн ішінде аяқтайды. 2024 жылғы Энергетика министрлігінің хабарлауынша, литий ионды батареялар да қазір өте танымал болып келеді және қазіргі уақытта жасалатын жаңа орнатулардың жуық 9/10 бөлігін құрайды, себебі олар басқа түрлеріне қарағанда әлдеқайда тез реакция береді.

Күн энергиясын сақтау батареясы мен желі операторы арасындағы байланыс протоколдарын конфигурациялау

Қазіргі кезде электр желілерімен байланысқан кезде, заманауи энергетикалық жүйелердің көбісі IEEE 1547-2018 сияқты стандарттарға сүйенеді. SunSpec Modbus және DNP3 сияқты протоколдар олардың нақты уақытта ақпарат алмасуын мүмкіндіреді. Электр желісінің сұранысы жоғары болған кезде, екі жақты бұндай сөйлесу нақты уақытта параметрлерді түзетуге мүмкіндік береді. EPRI-дың 2023 жылғы зерттеуіне сәйкес, осындай тәжірибелер кезінде электр желісіндегі кернеудің шамамен 18 пайызға дейін төмендеуі байқалды. Батареялардың желіге қайтарып беруіне болатын электр энергиясының көлемі мен жиіліктің өзгеруіне реакция жылдамдығы бойынша әр түрлі аймақтардағы жергілікті нормативтік талаптарға бағынуы үшін параметрлерді дұрыс орнату да маңызды.

Қауіпсіздік тексерулерін жүргізу және желіге қосылуға коммуналдық растау

Барлық орнатулар өрт қауіпсіздігі бойынша UL 9540 сертификатын және NFPA 855 арақашықтық талаптарын өтуі тиіс. Коммуналдық қызмет көрсетушілер әдетте талап етеді:

• Аралдан тыс қорғаныс тестілері, желіден 2 секундтан кем уақыт ішінде ажыратуды растайды
• Қызмет кіру сыйымдылығының 60% төменгі автоматтандырылған экспорттық шектеу
• Инвертордың IEEE 1547.1-2020 гармоникалық стандарттарына сәйкес келетінін көрсететін құжаттама

Бекіту уақыты жергілікті желіге қосылу кезегіне байланысты 2—6 апта аралығында өзгереді.

Желіге қосылған режимде Күн энергиясын сақтау батареясының соңғы сынағы мен іске қосылуы

Техниктер ATS (Автоматтылықпен берілетін ажыратқыш) арқылы <10мс ауысуін тексеру үшін электр желісінің үзілуін модельдейді. Нақты уақытта бақылау EnergyHub немесе Span.io сияқты платформалармен интеграцияланады, осылайша үй иелері уақыт бойынша пайдалануды оптимизациялау арқылы шығындардың ең жоғары деңгейін 34% азайта алады (LBNL 2024). Жүйелер толық іске қосылар алдында 72 сағат бойы жүктеме циклынан өтеді.

Желіге қосылу бойынша реттеу, қауіпсіздік және техникалық нюанстар

Күн энергиясын сақтау батареяларын орнату бойынша IEEE 1547 және NEC Мақала 706 талаптарына сай келу

Күн энергиясын сақтау батареяларын желіге қауіпсіз жалғау үшін IEEE 1547-2018 стандартын және NEC Article 706 талаптарын сақтау өте маңызды. Ережелер кем дегенде 150% артық токтан қорғау және жиіліктердің нақты желі талабынан плюс немесе минус 0,5 Гц шеңберінде синхрондалуын қамтамасыз ету сияқты бірнеше негізгі қауіпсіздік шараларын талап етеді. EPRI ұйымының 2023 жылы жариялаған зерттеуіне сәйкес, бұл жаңа IEEE стандарттарына бағыну ескі жүйе үлгілерімен салыстырғанда жалғануға рұқсат беру кезіндегі қажетсіз кешігулерді үштен бірге кемітті. 2024 жылғы «Желіге жалғану стандарттары» туралы есептің соңғы мәліметтері басқа да бір нәрсені көрсетіп отыр: қазіргі орнатулар 30 кВА-дан жоғары қуатты жүйелермен жұмыс істеген кезде UL 3301 сертификатталған изоляциялық трансформаторларды қосуы тиіс. Қызықтысы, бұл ереже енді тек коммерциялық қолданыс үшін ғана емес. Жанып кетуді болдырмау мақсатында жақында жасалған жаңартуларға байланысты он екі штат тұрғын үй орнатуларына да ұқсас талаптарды қолдануды бастады.

Торапқа қосылған күн энергиясын сақтау батареялық жүйелерінде кернеу мен жиіліктің тұрақтылығын басқару

Торапқа қосылған жүйелердің дұрыс жұмыс істеуі үшін кернеу деңгейлерін плюс-минус 5% аралығында, ал жиілікті 0,2 Гц шеңберінде сақтау қажет, ол үшін динамикалық реактивті қуатты компенсациялау әдістері қолданылады. Кейбір жаңа инверторлар бүгінгі күндері өте ақылды болып келеді, олар жүктемелердің өзгеруін нақты 15 минут бұрын болжай алатын жасанды нейрондық желі алгоритмдерін қолданады. 2023 жылғы NREL зерттеуіне сәйкес, мұндай болжау мүмкіндігі толқын пішінін стандарттық торап синусоидаларымен шамамен 99,8% дәлдікпен сәйкестендіреді. Бұл дәлдік деңгейі ауруханалар мен басқа да маңызды медициналық орындардағы операцияларды үзіп тастай алатын қажымаларды болдырмау үшін үлкен айырмашылық жасайды. Сонымен қатар, бұл жүйелер жиіліктің ауытқуы кезінде өте жылдам жауап береді, бар болғаны 2 миллисекунд ішінде. Шынын айтканда, бұл ең маңыздысы тораптың тұрақтылық шегі өте төмен, кейде инерциялық буфердің 1% деңгейінде болатын аймақтар үшін.

Инновациялық басқару логикасы арқылы аралдану қаупін болдырмау

UL 1741 SA стандарты бойынша сертификатталған инверторлар желінің токтың күйін бақылау әдістері арқылы аралдық жағдай қаупіне қарсы шаралар қолданады. Олар 27 әртүрлі нүктеде гармоникалық талдауды және импеданстық спектроскопия деп аталатын әдісті біріктіретін көп спектрлі тосын-сигналдарды анықтау деп аталатын әдісті қолданады. Желіде қандай да бір ақау пайда болған кезде, мұндай жүйелер мәселені анықтағаннан кейін екі секундтан кем уақыт ішінде толығымен өшірілуі мүмкін. Ток кесілген кезде қажет болса, олар әлі де шамамен 85% зарядты сақтап тұрады, бұл өте тамаша. Кейбір соңғы бағдарламалық жаңартулар жағдайды одан әрі жақсартты. Жаңа микробағдарлама автоматты түрде желінің топологиясын карталауға мүмкіндік береді, бұл жүйе нақтысында аралдық жағдай болмағанымен оның бар деп қате түсінуінен туындайтын қате сигналдарды азайтты. Соңғы жылы Сэндиа зертханасы бұл жақсарту саны күн энергетикасы мен жел генераторлары желіге көп қосылатын аймақтарда ондай қателерді шамамен екі есе азайтқанын хабарлады.

Торапқа қосылған күн энергиясын сақтау батареялық жүйелерінің экономикалық пайдасы мен жұмыс артықшылықтары

Үй иелері мен шағын кәсіпкерлер торапқа қосылған күн батареяларын орнатқанда ақша үнемдейді және токпен ұзағырақ қамтамасыз етіледі. 2023 жылғы Gaia Development компаниясының тұрақты даму жөніндегі есебі қызықты нәрсе көрсетті. Адамдар осы батареялық жүйелерді күн панельдерімен бірге пайдаланса, үйлер үшін шығындарды шамамен 35% және негізгі электр желісіне тәуелділікті шамамен 40% төмендетеді. Тағы бір артықшылық бар. Бұл батареялық орнатымдар иелері үшін нақты ақша табыс әкеледі, егер олар жергілікті электр құрамына бағдарламаларға қосылса. Негізінде, сақталған күн энергиясы басқаларымен бір уақытта электр пайдаланатын қымбат шығынды шың сағаттарында желіден тартылудың орнына пайдаланылады.

Күн энергиясын сақтау батареясы мен желіге қайтарым арқылы шың сұраныс ақысын төмендету

Коммерциялық операторлар батареяларды электр желісі анықтаған критикалық сағаттар ішінде разрядтау арқылы шығындардың ең жоғары деңгейін 40—60% дейін төмендетеді. Бұл жүктемені ығыстыру стратегиясы тұтынуды тарифтік төменгі тарифтік терезелермен сәйкестендіреді және коммерциялық электр энергиясының құнының 30—50% құрайтын сұранымға негізделген төлем компоненттерін айтарлықтай төмендетеді.

Таза есептеу және желілік қызметтер бағдарламаларына қатысу

АҚШ-тың 42 штатында желіге қосылған артық күн сәулесі энергиясы үшін төлем беріледі, ал сақтау жүйелері ISO нарықтарында 65% ұлғаяды. Автоматтандырылған энергия алмасу платформалары арқылы желіге қосылған батареялар жиілікті реттеу қызметтерін 50—100 доллар/MВт-сағат құнымен ұсынады.

Зерттеу мысалы: Тұрғын үйдің күн сәулесінен энергия сақтау батареясы желіге тәуелділікті 60% төмендетті

Массачусетстағы бір үй иесі күн сәулесінен электр энергиясын сақтау жүйесін орнатқаннан кейін жылдық желіден сатып алынатын 12 000 кВт-сағ электр энергиясын 4 800 кВт-сағ дейін төмендетті. Бұл жүйе пайдалану уақыты бойынша арбитраж және күн сәулесінен алатын қайталанбалы энергия сертификаттары (SRECs) есебінен 6,2 жылда толық ROI-ге жетті.