Система зберігання енергії – це набір пристроїв, які контролюють накопичення, зберігання, перетворення енергії та її перерозподіл для забезпечення безперервності процесу електроживлення. В процесі накопичення часто задіяно декілька джерел енергії, які можна умовно розділити на 5 основних категорій: батареї, теплові, механічні, гідронасосні та водневі.
Порівняно з іншими методами накопичення енергії, системи накопичення енергії від акумулятора найбільше підходять для домашнього використання через ряд переваг, пов’язаними з їх безпекою, простим встановленням і екологічністю. Крім того, батареї є найстарішою, найпоширенішою та найдоступнішою формою зберігання та перерозподілу енергії. Енергія збирається з мережі або з відновлюваних джерел (таких як сонце та вітер) і зберігається за допомогою електрохімічних елементів, які входять в склад батареї. В процесі розрядження батареї, енергія вивільняється за необхідністю, наприклад, під час пікових навантажень або відключення електроенергії.
З ростом популярності сонячних панелей, сонячна енергія стала основним джерелом накопичення енергії в батарею. Існує 3 основні типи систем зберігання енергії:
- мережева система – постачання енергії користувачу відбувається з комунальної мережі або від сонячних панелей. Енергія сонця попадає в інвертор у вигляді постійного струму, де перетворюється на змінний струм, придатний для живлення обладнання та пристроїв. Обмеженням такої системи є відсутність батареї, тобто можливості накопичувати енергію;
- автономна система – накопичення енергії відбувається від сонячних панелей до батареї, де вона і зберігається і розподіляється в залежності від потреб споживача;
- гібридну систему – об’єднує в собі найкращі характеристики двох попередніх типів систем. Після перетворення енергії сонця на змінний струм, електроенергія подається для задоволення поточних потреб споживача в енергопостачанні, а надлишок – накопичується і зберігається в батареї. Після того, як заряд батареї досягає 100%, надлишок енергії можна перенаправляти в інші місця (наприклад, продавати за «зеленим тарифом»), які приєднані до загальної системи.
Оскільки гібридна система накопичення енергії є найбільш досконалим рішенням проблеми безперебійного енергопостачання розглянемо її більш детально.
Гібридна система накопичення сонячної енергії складається з сонячних панелей, контролера, батареї, інвертора.
Сонячна панель – це напівпровідниковий пристрій, призначений для перетворення сонячної енергії на електричну енергію. Основний компонент сонячної панелі - це сонячні фотоелектричні елементи, здатні поглиблювати світло і перетворювати його в електричний струм.
Контролер (MPPT “maximum power point tracker”) – елемент сонячної електростанції головною задачею якого є забезпечення ефективної взаємодії сонячних панелей та акумуляторних батарей. Головною задачею MPPT-контролера є відстежування сили струму і напруги у сонячній системі. На їх основі прилад обчислює точку максимальної потужності. Положення точки залежить від температури модуля, рівня освітленості, характеристик модулів та інших факторів. Контролер також відстежує стан заряду акумуляторів. Отримана інформація дозволяє пристрою коригувати силу і величину напруги, що подається на АКБ. Робота приладу сприяє підвищенню ефективності використання модулів. У сучасних системах контролер не є самостійним пристроєм, а входить у склад інвертора.
Інвертор – це пристрій, який перетворює енергію постійного струму в змінний. Після чого побутові прилади можуть отримувати електроенергію для належної роботи.
Основним завданням акумуляторної батареї є накопичення енергії для забезпечення електроживлення вночі або в дощові дні, коли ефективність сонячних панелей знижується. Акумулятори бувають різних типів: свинцево-кислотні, літій-іонні, натрієво-сірчані тощо. Найбільшою популярністю користуються літієві батареї через їх екологічність, малу вагу і розмір, високу ємність, тривалий термін служби, велику кількість повних циклів заряду/розряду – 4000-10000.
Хоча систему накопичення енергії для задоволення побутових потреб, побудувати набагато легше, ніж промислову, така задача є досить непростою для пересічного користувача.
Однак, на ринку представлені вже готові рішення, що побудовані за принципом All-in-One (все в одному). Такі системи є простими в встановленні, не потребують обслуговування, вони максимально збалансовані, що виключає виникнення позаштатних ситуацій.
Прикладом такої системи є KSTAR BluE-S 5000D, яка разом із батареями CATL є повністю автоматизованим рішенням накопичення енергії.
Ця система зберігання енергії в своїй базовій комплектації оснащена гібридним інвертором потужністю 5 кВт та LFP-батареєю побудованою на комірках CATL, яка не містить шкідливих для зовнішнього середовища, кобальту та нікелю. Ця ж технологія використовується в автомобілях Tesla та розрахована на 10 000 циклів заряду зі збереження 80% ємності батареї.
Серед інших переваг системи слід виділити:
- можливість масштабування: до 4 батарей, що може збільшити загальну ємність системи до 20 кВт*год;
- швидку зарядку до 100А на годину;
- наявність 2 MPTT-контролера;
- можливість розміщення системи в приміщенні або на вулиці;
- компактність – 0,15 метрів кубічних;
- стильний дизайн;
- можливість встановлення системи за 30 хвилин;
- керування усіма процесами через зручний застосунок.
Таким чином, сучасні All-in-One системи зберігання енергія:
- Є засобом економічного та ефективного використання надлишкової енергії, виробленої відновлюваними джерелами енергії, такими, як вітер та сонце.
- Дозволяють зберігати надлишок електроенергії, вироблений відновлюваними джерелами енергії, тим самим забезпечуючи наявність електроенергії за будь-яких умов, наприклад, у разі збою мережі або за екстремальних погодних умов.
- Допомагають збалансувати загальне навантаження на мережу за рахунок регулювання коливань попиту на електроенергію протягом дня і таким чином, уникнути перевантаження мережі.
- Забезпечують згладжування коливань напруги, щоб уникнути порушень у роботі обладнання.
- Є простими в установці і експлуатації, що робить їх найкращим вибором для користувачів, які не були знайомі з системами зберігання енергії.