Як підключити акумулятор сонячної енергетики до мережі?

Що таке акумулятор сонячної енергетики і чому він важливий для підключення до мережі

Сонячні акумулятори працюють, збираючи зайвий струм, вироблений панелями на даху, що дозволяє домогосподарствам і підприємствам зберігати цю енергію для використання в найбільш потрібний момент або навіть повертати її в місцеву електромережу. Ці системи зберігання вирішують одну велику проблему сонячної енергетики: сонце не завжди світить тоді, коли нам це потрібно. У похмурий день чи вночі люди все одно потребують електроенергії, і сонячні акумулятори забезпечують наявність запасу. Вигоду отримують і енергокомпанії, оскільки такі акумулятори допомагають підтримувати загальну стабільність постачання. Замість того, щоб надмірно покладатися на старі газові електростанції, які підключаються в години пікового попиту, електромережі тепер краще справляються з відновлюваними джерелами енергії. Згідно з дослідженням NREL минулого року, підключення сонячних систем зберігання до мережі скорочує ціни на дороге електропостачання в години пік приблизно на 30–45 відсотків. Це означає менше навантаження на наші застарілі енергосистеми, поки ми рухаємося до досягнення цілей у галузі чистої енергетики по всій країні.

Ключові компоненти, необхідні для підключення батареї для зберігання сонячної енергії до електромережі

Три основні компоненти дозволяють інтегрувати мережу:

1. Двосторонні інвертори : перетворювати постійну енергію з батарей на змінний для сумісності з мережею.
2. Системам управління енергією (EMS) : Моніторинг умов мережі та оптимізація циклів зарядки/розрядки.
3. Інтерактивні контролери сітки : Забезпечити синхронізацію з стандартами напруги та частоти.
   Сучасні системи також включають ізоляційні комутатори та прилади для вимірювання, щоб відповідати нормам безпеки, таким як стаття 706 НЕК.

Наука, що лежить за бідіреакційними інверторами в системах акумуляторної батареї

Двонаправлені інвертори в основному слугують з'єднанням між акумуляторами сонячної енергії та електромережею. Їх відрізняє від звичайних інверторів здатність передавати енергію в обох напрямках. Вони можуть заряджати акумулятори, коли є надлишок сонячної енергії, а потім повертати цю накопичену електроенергію назад у мережу, коли попит зростає. Деякі новіші моделі оснащені технологією MPPT, яка допомагає досягти кращих показників роботи, часто забезпечуючи ефективність перетворення понад 95%. Дослідження показують, що ці пристрої відіграють важливу роль у вирішенні проблем з піками напруги та частотними збоями, що виникають у мережах із великою кількістю сонячних установок. Їхні інтелектуальні можливості регулювання забезпечують стабільну роботу мережі та максимально ефективне використання всієї накопиченої відновлюваної енергії.

Поетапний процес підключення акумулятора сонячної енергії до мережі

Оцінка сумісності місця встановлення для акумулятора сонячної енергетики та синхронізація з мережею

Підготовка всього перед встановленням системи сонячного акумулятора означає попередній ретельний огляд місця, щоб забезпечити її ефективну роботу разом із електромережею. Спеціалісти перевірять такі параметри, як потужність електрощитової, напрямок установлення наявних сонячних панелей та необхідну напругу місцевої електромережі. Згідно з останніми даними Звіту про встановлення сонячних систем, приблизно 40 відсотків користувачів, що встановлюють акумулятори в мережу, згодом потребують модернізації щитів лише для керування двонаправленим потоком електроенергії. Ми також маємо переконатися, що стіни та підлоги здатні витримати місце розташування акумулятора, і проводимо перевірку затінення, адже навіть невеликі тіні можуть знизити продуктивність більш ніж на 12 відсотків, згідно з дослідженням NREL 2023 року.

Встановлення системи акумулятора сонячної енергетики та гібридного інвертора

Розміщення акумулятора в місці зі стабільною температурою, наприклад, у гаражі чи підсобному приміщенні, допомагає уникнути неприємних втрат ефективності при надто високих або низьких зовнішніх температурах. Гібридний інвертор підключається як до сонячних панелей, так і до головного розподільчого щитка будинку, що дозволяє заряджати акумулятор від мережі одночасно з використанням власної сонячної енергії. Більшість людей завершують встановлення таких систем протягом приблизно 3–7 днів для приватних будинків, як свідчать дані від професіоналів. Літій-іонні акумулятори також набувають все більшої популярності, складаючи майже 9 із 10 нових установок сьогодні, оскільки реагують значно швидше, ніж інші типи, як зазначено в звіті Міністерства енергетики за 2024 рік.

Налаштування комунікаційних протоколів між акумулятором сонячної енергетики та оператором мережі

Сьогодні більшість сучасних енергетичних систем покладаються на стандарти, такі як IEEE 1547-2018, коли вони спілкуються з енергокомпаніями. Протоколи, такі як SunSpec Modbus і DNP3, дозволяють їм обмінюватися інформацією в реальному часі. Коли попит на мережу високий, такий двосторонній зв'язок дозволяє змінювати речі в режимі реального часу. Деякі випробування показали зниження напруги на електричну мережу приблизно на 18 відсотків під час цих експериментів, згідно з дослідженнями EPRI у 2023 році. Правильне налаштування також важливо, оскільки батареї повинні дотримуватися місцевих правил щодо того, скільки електроенергії вони можуть відправляти назад в мережу і як швидко вони реагують на зміни частотних рівнів у різних регіонах.

Проведення перевірок безпеки та затвердження комунальної служби для взаємозв'язку

Всі установки повинні бути сертифіковані за стандартом UL 9540 для пожежної безпеки та вимогами NFPA 855 щодо розміщення. Коммунальні послуги зазвичай вимагають:

• Випробування захисту від острівного випадання, що перевіряють відключення мережі < 2 секунди
• Автоматизовані обмеження експорту нижче 60% з обсягу введення в експлуатацію
• Документація, що доводить, що інвертор відповідає стандартам IEEE 1547.1-2020

Час схвалення варіюється від 2 до 6 тижнів в залежності від місцевих черг міжсумісної сукупності.

Останнє випробування та активізація батареї для зберігання сонячної енергії в режимі підключення до мережі

Техніки моделюють перерви мережі для перевірки перемикання передачі <10 мс через ATS (Автоматичний перемикач передачі). Моніторинг в реальному часі інтегрується з такими платформами, як EnergyHub або Span.io, що дозволяє власникам будинків знизити витрати на пік попиту на 34% за допомогою оптимізації часу використання (LBNL 2024). Системи проходять 72-годинний цикл навантаження перед повним активізацією.

Регуляторні, безпечні та технічні міркування для підключення до мережі

Відповідність стандарту IEEE 1547 та статті 706 НЕК для батарей для зберігання сонячної енергії

Дотримання стандарту IEEE 1547-2018 разом з вимогами NEC Стаття 706 має важливе значення для безпечного підключення акумуляторів сонячної енергетики до мережі. Правила передбачають кілька ключових заходів безпеки, зокрема наявність захисту від перевантаження щонайменше на 150% та забезпечення синхронізації частот у межах плюс-мінус 0,5 Гц від фактичних потреб мережі. Згідно з дослідженням, опублікованим у 2023 році ЕРІ, дотримання цих новіших стандартів IEEE скоротило неприємні затримки під час затвердження підключень приблизно на третину порівняно зі старішими проектами систем. Аналіз останніх даних із Звіту про стандарти підключення до мережі 2024 року показує ще один аспект: сучасні установки повинні включати ізолюючі трансформатори, які мають сертифікацію UL 3301, коли йдеться про системи потужністю понад 30 кВА. Цікаво, що це правило більше не стосується лише комерційних застосувань. Дванадцять штатів почали застосовувати подібні вимоги навіть до побутових установок завдяки останнім оновленням, спрямованим на запобігання пожежам.

Керування стабільністю напруги та частоти в системах акумуляторних батарей сонячної енергії, підключених до мережі

Для правильного функціонування систем, підключених до мережі, необхідно підтримувати рівень напруги в межах ±5%, а частота повинна залишатися в межах 0,2 Гц за допомогою так званих методів динамічної компенсації реактивної потужності. Деякі сучасні інвертори стають досить розумними, використовуючи нейромережеві алгоритми, які можуть передбачати зміни навантаження приблизно за 15 хвилин до їх появи. Згідно з дослідженням NREL 2023 року, такий передбачальний потенціал забезпечує узгодження форми хвилі зі стандартними синусоїдальними кривими мережі на рівні близько 99,8%. Така точність має велике значення для запобігання неприємним просіданням напруги, які можуть порушити роботу лікарень та інших закладів критичної важливості. Крім того, ці системи реагують надзвичайно швидко — всього за 2 мілісекунди при відхиленні частоти. І, чесно кажучи, це найважливіше саме в районах, де стабільність мережі має дуже невеликий запас, іноді всього 1% буферу інерції.

Запобігання ризикам інсулінгу за допомогою передового логічного керування

Інвертори, які сертифіковані за стандартом UL 1741 SA, усувають ризики виникнення островового режиму за допомогою передових методів контролю мережі. Вони використовують так зване багатоспектральне виявлення збурень, що поєднує гармонічний аналіз у 27 різних точках і метод спектроскопії імпедансу. У разі проблем з електромережею ці системи можуть повністю вимикатися менш ніж за дві секунди після виявлення несправності. Досить вражаюче, враховуючи, що вони все ще зберігають приблизно 85% заряду, готового до використання під час перебоїв у подачі електроенергії. Деякі недавні оновлення програмного забезпечення ще більше покращили роботу. Нове прошивання дозволяє автоматичне складання мапи конфігурації мережі, що значно зменшило кількість неприємних хибних спрацьовувань, коли система помилково вважає, що виник острововий режим, хоча насправді його немає. Минулого року Національна лабораторія Сендії повідомила, що це покращення зменшило такі помилки приблизно вдвічі в регіонах, де до мережі підключено багато сонячних панелей і вітрових турбін.

Економічні переваги та експлуатаційні переваги систем акумуляторів сонячної енергії, підключених до мережі

Власники житла та малі підприємства можуть економити гроші та довше залишатися під живленням, встановлюючи акумулятори сонячної енергії, підключені до мережі. Недавній звіт з питань сталого розвитку компанії Gaia Development за 2023 рік також показує цікавий факт. Коли люди поєднують ці батарейні системи зі своїми сонячними панелями, вони скорочують експлуатаційні витрати приблизно на 35% і менше залежать від основної електромережі — приблизно на 40% у приватних будинках. Є ще одна перевага. Ці батарейні установки фактично приносять прибуток власникам, які беруть участь у програмах місцевих енергетичних компаній. По суті, накопичена сонячна енергія використовується замість забору з мережі в той час, коли тарифи найвищі — у години пікового споживання, коли всі одночасно користуються електрикою.

Зниження плати за пікове навантаження за допомогою акумулятора сонячної енергії та віддачі енергії в мережу

Комерційні оператори досягають скорочення пікових платежів за попитом на 40—60%, програмуючи акумулятори на розряд під час критичних годин, визначених енергопостачальною компанією. Ця стратегія зсуву навантаження узгоджує графіки споживання з періодами тарифів поза піком, значно знижуючи складові плати, що базуються на попиті, які зазвичай становлять 30—50% від вартості електропостачання для бізнесу.

Участь у програмах нет-метерингу та послугах для електромережі

Енергопостачальні компанії в 42 штатах США виплачують компенсацію за надлишкову сонячну енергію, що передається назад у мережу, при цьому системи зберігання збільшують часові вікна для отримання кредитів на 65%. Через автоматизовані платформи торгівлі енергією, підключені до мережі акумулятори забезпечують послуги регулювання частоти, які оцінюються в $50—100/МВт-годину на ринках незалежних системних операторів (ISO).

Практичний приклад: система акумуляторів для зберігання сонячної енергії в побутовому секторі, яка скорочує залежність від електромережі на 60%

Власник будинку в Массачусетсі зменшив щорічні закупівлі електроенергії з мережі з 12 000 кВт·год до 4 800 кВт·год після встановлення системи сонячного накопичення потужністю 20 кВт·год. Ця установка окупилася повністю за 6,2 року завдяки сумарній економії від арбітражу часу використання та кредитів на відновлювану сонячну енергію (SRECs).