Kako povezati baterijo za shranjevanje sončne energije v omrežje?

Kaj je baterija za shranjevanje sončne energije in zakaj je pomembna za povezavo v omrežje

Sončne baterije delujejo tako, da zbirajo odvečno elektriko, ki jo proizvedejo paneli na strehi, kar omogoča gospodinjstvom in podjetjem, da si to energijo shranijo za čas, ko je najbolj potrebujejo, ali celo pošljejo nazaj v lokalno električno omrežje. Te rešitve za shranjevanje rešujejo en velik problem sončne energije: sonce namreč ne sija vedno takrat, ko ga najbolj potrebujemo. V oblačnih dnevih ali ponoči ljudje še vedno potrebujejo elektriko, sončne baterije pa zagotovijo, da je nekaj na voljo. Pridobivajo tudi elektroenergetska podjetja, saj te baterije pomagajo ohraniti stabilnost splošnega oskrbovalnega sistema. Namesto prevelikega zanašanja na stare plinske elektrarne, ki se priključijo v časih visoke porabe, lahko omrežja sedaj bolje upravljajo z obnovljivimi viri. Po raziskavi NREL iz lanskega leta povezava sončnih sistemov za shranjevanje z omrežjem zmanjša dragocene tarife v vrhnih urah približno za 30 do celo 45 odstotkov. To pomeni manj napetosti za naše starejše energetske sisteme, medtem ko napredujemo proti ciljem čistejše energije po vsej državi.

Ključne komponente, potrebne za povezavo baterije za shranjevanje sončne energije z električno omrežjem

Tri osnovne komponente omogočajo integracijo v omrežje:

1. Dvosmerni invertorji : Pretvarjajo enosmerno (DC) energijo iz baterij v izmenično (AC) za združljivost z omrežjem.
2. Sistemi upravljanja z energijo (EMS) : Nadzorujejo stanje omrežja in optimizirajo cikle polnjenja/razraščanja.
3. Krmilniki za interakcijo z omrežjem : Zagotavljajo sinhronizacijo z napetostnimi in frekvenčnimi standardi distribucijskega omrežja.
   Sodobni sistemi vključujejo tudi ločilne stikala in merilne naprave, da bi izpolnili varnostne predpise, kot je NEC Article 706.

Znanost za dvosmernimi invertorji v sistemih baterij za shranjevanje sončne energije

Dvosmerni invertorji delujejo predvsem kot povezava med baterijami za shranjevanje sončne energije in električno omrežje. Kar jih razlikuje od navadnih invertorjev, je sposobnost prenosa energije v obeh smereh. Lahko polnijo baterije, ko je na voljo dodatna sončna energija, nato pa to shranjeno elektriko pošiljajo nazaj v omrežje, kadar se povpraševanje poveča. Nekateri novejši modeli so opremljeni s tehnologijo MPPT, ki omogoča izboljšano zmogljivost, pogosto z učinkovitostjo pretvorbe nad 95 %. Študije kažejo, da ti napravi pomembno prispevata k uravnavanju motečih napetostnih sunkov in frekvenčnih težav, ki so pogoste v omrežjih z velikim številom sončnih instalacij. Njihove pametne prilagoditvene možnosti zagotavljajo gladko delovanje na strani omrežja in hkrati poskrbijo za maksimalno izkoriščenje obnovljive energije, shranjene v baterijah.

Postopni postopek priključitve baterije za shranjevanje sončne energije na omrežje

Ocenjevanje združljivosti lokacije za baterijsko shranjevanje sončne energije in sinhronizacijo z omrežjem

Priprava vsega pred namestitvijo baterijskega sistema za shranjevanje sončne energije pomeni temeljit pregled lokacije, da se zagotovi učinkovito delovanje z električnim omrežjem. Strokovnjaki bodo preverili stvari, kot so moč električne razvodne table, smer usmerjenosti obstoječih sončnih panelov ter napetost, ki jo zahteva lokalni dobavitelj električne energije. Najnovejši podatki iz Poročila o namestitvi sončne energije kažejo, da jih približno 40 odstotkov uporabnikov, ki nameščajo baterije v omrežje, potrebuje nadgradnjo razvodne table, samo da bi lahko upravljali z dvosmernim tokom elektrike. Prav tako moramo zagotoviti, da stene in tla zmorejo obremenitev na mestu, kjer bo postavljena baterija, poleg tega pa opravimo tudi preverjanje senčenja, saj lahko že majhne sence zmanjšajo zmogljivost za več kot 12 odstotkov, kar kažejo raziskave NREL-a iz leta 2023.

Namestitev sistema za shranjevanje sončne energije in hibridnega invertorja

Postavitev baterije na mesto, kjer ostajajo temperature stabilne, kot je garaža ali strojna soba, pomaga izogniti se nadležnim izgubam učinkovitosti ob zelo visokih ali nizkih zunanjih temperaturah. Hibridni invertor je povezan tako s sončnimi paneli kot tudi z glavnim razdelilnim omaro hiše, kar omogoča polnjenje iz omrežja hkrati z uporabo lastne sončne energije. Večina ljudi konča namestitev teh sistemov v roku približno 3 do 7 dni za hiše, kar je skladno s tipičnimi opazovanji strokovnjakov. Litij-ionske baterije postajajo tudi izjemno priljubljene in predstavljajo skoraj 9 od 10 novih namestitev danes, saj reagirajo veliko hitreje kot drugi tipi, kot je opozorila ministrstvo za energijo v poročilu za leto 2024.

Konfiguracija komunikacijskih protokolov med baterijo za shranjevanje sončne energije in operaterjem omrežja

Danes se večina sodobnih energetskih sistemov pri komunikaciji s podjetji za oskrbo z električno energijo opira na standarde, kot je IEEE 1547-2018. Protokoli, kot so SunSpec Modbus in DNP3, omogočajo izmenjavo žive informacije v obeh smereh. Ko je na omrežju visoka povpraševanja, takšen dvosmerni pogovor omogoča prilagajanje stvari v realnem času. Nekateri testi so pokazali približno 18-odstotni padec obremenitve električnega omrežja med temi poskusi, kar kaže raziskava EPRI iz leta 2023. Prav tako je pomembno pravilno nastaviti parametre, saj morajo baterije slediti lokalnim predpisom glede količine elektrike, ki jo lahko pošljejo nazaj v omrežje, ter kako hitro reagirajo na spremembe frekvence v različnih regijah.

Izvajanje varnostnih pregledov in odobritev uprav za povezavo

Vse namestitve morajo opraviti certifikacijo UL 9540 za požarno varnost in izpolnjevati zahteve NFPA 855 glede razdalj. Uprave običajno zahtevajo:

• Preizkuse zaščite proti otokom, ki potrjujejo prekinitev povezave z omrežjem v manj kot 2 sekundah
• Avtomatsko omejevanje izvoza pod 60 % zmogljivosti priključka na omrežje
• Dokumentacija, ki dokazuje, da invertor izpolnjuje standard IEEE 1547.1-2020 za harmonike

Rok za odobritev se giblje med 2 in 6 tedni, odvisno od lokalnih vrstic za povezavo.

Končno testiranje in aktivacija baterije za shranjevanje sončne energije v načinu povezave z omrežjem

Tehniki simulirajo izpade omrežja, da preverijo preklop v času manj kot 10 ms prek ATS (samodejnega stikala za preklop). Nadzor v realnem času se integrira s platformami, kot sta EnergyHub ali Span.io, kar lastnikom omogoča zmanjšanje stroškov maksimalnega odvzema za 34 % s prilagoditvijo porabe glede na tarifne profile (LBNL 2024). Sistemi se preizkušajo s 72-urnim cikliranjem obremenitve pred popolno aktivacijo.

Regulativni, varnostni in tehnični vidiki povezave z omrežjem

Skladnost z IEEE 1547 in NEC Article 706 za namestitve baterij za shranjevanje sončne energije

Sledenje standardu IEEE 1547-2018 skupaj s členom NEC 706 je zelo pomembno za varno priklopitvijo baterij za shranjevanje sončne energije na omrežje. Pravila zahtevajo več ključnih ukrepov za varnost, kot je na primer zaščita pred prevelikim tokom najmanj 150 % in zagotavljanje, da se frekvence ohranjajo sinhronizirane z natančnostjo ±0,5 Hz glede na dejanske potrebe omrežja. Glede na raziskavo, objavljeno leta 2023 s strani EPRI, sledenje novim standardom IEEE zmanjša frustrirajoče zamude pri odobritvah za priklop približno za tretjino v primerjavi s starejšimi konstrukcijami sistemov. Analiza najnovejših podatkov iz Poročila o standardih za priklop na omrežje iz leta 2024 kaže še nekaj drugega: današnje namestitve morajo vključevati ločilne transformatorje, certificirane po UL 3301, kadar gre za sisteme z zmogljivostjo nad 30 kVA. In zanimivo je, da ta pravila veljajo sedaj že ne le za komercialne aplikacije. Dvanajst različnih držav je zaradi nedavnih posodobitev, namenjenih preprečevanju požarov, začelo uveljavljati podobne zahteve tudi za domače namestitve.

Upravljanje stabilnosti napetosti in frekvence v sistemih baterij za shranjevanje sončne energije, povezanih z omrežjem

Da bi mrežno povezani sistemi pravilno delovali, morajo ohranjati ravni napetosti v območju plus ali minus 5 %, frekvenca pa naj ostane znotraj 0,2 Hz s uporabo tehnik dinamične kompenzacije reaktivne moči. Nekateri novejši invertorji so danes precej pametni in uporabljajo modne algoritme nevronske mreže, ki lahko napovedujejo spremembe obremenitve že približno 15 minut pred dejanskim dogodkom. Po raziskavi NREL iz leta 2023 ta vrsta prediktivne sposobnosti poravnava valovno obliko z standardnimi sinusnimi krivuljami omrežja na približno 99,8 %. Takšna natančnost naredi vse razliko pri preprečevanju nadležnih podnapetosti, ki bi lahko motile delovanje bolnišnic in drugih kritičnih zdravstvenih centrov. Poleg tega ti sistemi zelo hitro reagirajo, pri odstopanju frekvence pa zaznajo odziv že v 2 milisekundah. In naj bomo iskreni, to je najpomembneje v območjih, kjer ima omrežje zelo majhne meje stabilnosti, včasih celo le 1 % vztrajnostnega sklada.

Preprečevanje tveganj povezanih z delovanjem v otokskem načinu s pomočjo napredne krmilne logike

Invertorji, certificirani po standardu UL 1741 SA, se soočajo z nevarnostmi parazitskih omrežij s pomočjo naprednih metod spremljanja omrežja. Uporabljajo tako imenovano detekcijo motenj na več valovnih dolžinah, ki združuje harmonsko analizo na 27 različnih točkah in nekaj, kar imenujemo spektroskopija impedanc. Ko pride do težave v omrežju, ti sistemi popolnoma prekinete delovanje v času malo pod dvema sekundama po zaznavanju napake. Kar je impresivno, glede na to, da ohranijo okoli 85 % naboja, pripravljenega za uporabo med izpadi električne energije. Nekatere nedavne posodobitve programske opreme so še dodatno izboljšale delovanje. Nova programska oprema omogoča samodejno preslikavo topologije omrežja, kar je znatno zmanjšalo pogoste lažne alarme, ko sistem zazna obstoj parazitskega omrežja, tudi kadar tega ni. Laboratorij Sandia je lansko leto poročal, da je ta izboljšava zmanjšala take napake približno za polovico v regijah, kjer je na omrežje priključenih veliko sončnih panelov in vetrnih turbin.

Gospodarske koristi in operativne prednosti baterijskih sistemov za shranjevanje sončne energije, povezanih v omrežje

Lastniki hiš in mali podjetniki lahko prihranijo denar in dlje ostanejo napajani, če namestijo baterije sončne energije, povezane v omrežje. Nedavno poročilo o trajnostnem razvoju Gaia Development iz leta 2023 kaže tudi nekaj zanimivega. Ko ljudje te baterijske sisteme kombinirajo s svojimi sončnimi paneli, zmanjšajo obratovalne stroške za približno 35 % in so za približno 40 % manj odvisni od glavnega električnega omrežja pri domovanjih. Obstaja še ena dodatna prednost. Ti baterijski sistemi dejansko ustvarjajo dobiček za lastnike, ki se pridružijo lokalnim programom energetskih podjetij. Shranjena sončna energija se namreč uporablja namesto črpanja iz omrežja med drage vrhunske ure, ko vsi hkrati uporabljajo električno energijo.

Zmanjševanje stroškov vrhnjega povpraševanja z uporabo baterijskega sistema za shranjevanje sončne energije in vračanjem v omrežje

Komercialni upravljavci dosegajo zmanjšanje stroškov vrhnjih odjemnih obremenitev za 40–60 %, tako da programirajo baterije, naj izpraznijo energijo v času kritičnih ur, določenih s strani dobavitelja električne energije. Ta strategija premika obremenitev porabe v obdobja nižjih tarif, s čimer znatno zmanjša deleže stroškov, ki temeljijo na moči in običajno predstavljajo 30–50 % komercialnih stroškov električne energije.

Sodelovanje v programih neto merjenja in omrežnih storitvah

Dobavitelji električne energije v 42 ameriških zveznih državah nadomestijo presežno sončno energijo, vrnjeno v omrežje, pri čemer sistemi za shranjevanje podaljšajo obdobja priznavanja kreditov za 65 %. Prek avtomatiziranih platform za trgovanje z energijo povezane baterije omogočajo regulacijo frekvence, ki je v tržnih območjih ISO vredna 50–100 USD/MWh.

Primer: Sistem baterij za shranjevanje sončne energije v gospodinjstvu zmanjša odvisnost od omrežja za 60 %

Lastnik hiše v Massachusetts je zmanjšal letne nakupe električne energije iz omrežja s 12.000 kWh na 4.800 kWh po namestitvi 20-kWh sistema za shranjevanje sončne energije. Namestitev je dosegla popoln donos investicij v 6,2 leta zaradi kombiniranih prihrankov zaradi razlike v cenah glede na čas uporabe in kreditov za obnovljivo sončno energijo (SREC).