Солнечная фотоэлектрическая генерация следует за уровнем освещенности, тогда как пик нагрузки на объекте обычно приходится на утро и вечер. Подключенная к сети фотоэлектрическая система без накопителей часто самостоятельно потребляет только от 30% до 40% вырабатываемой энергии на месте, в зависимости от формы нагрузки и структуры тарифов. Добавление аккумуляторных батарей может повысить собственное потребление до 60–80% в крупных жилых и коммерческих проектах. Для коммерческих и промышленных объектов плата за потребление может составлять от 30% до 50% счета за электроэнергию, поэтому перенос солнечной энергии в периоды пиковой нагрузки может улучшить управление счетами. Солнечная гибридная система хранения энергии сочетает в себе фотоэлектрические батареи, батареи, взаимодействие с сетью и возможности резервного копирования в рамках одной стратегии управления энергопотреблением.
Типичная система включает в себя фотоэлектрическую батарею, гибридный инвертор или отдельные фотоэлектрические и аккумуляторные преобразователи, литиевую аккумуляторную батарею, систему управления энергопотреблением и точку подключения к сети. Конструкции с подключением по постоянному току подключают батарею к той же шине постоянного тока, что и фотоэлектрическая батарея, что позволяет избежать одного этапа преобразования и улучшить подаваемую энергию примерно на 2–5% при обычных ежедневных профилях. Конструкции, связанные по переменному току, часто используются для модернизации, поскольку они могут работать с существующими фотоэлектрическими инверторами. Современные гибридные инверторы обычно достигают эффективности преобразования от 97% до 98%, тогда как КПД литиевой батареи в обоих направлениях обычно составляет от 85% до 95% в зависимости от химического состава, температуры и рабочего диапазона. EMS решает, когда заряжать, разряжать, экспортировать или импортировать, основываясь на прогнозе фотоэлектрической энергии, потребности в нагрузке, состоянии заряда и тарифах по времени использования.
Определение размеров должно начинаться с данных о нагрузке за 12 месяцев, оценок урожайности фотоэлектрических систем и информации о тарифах. Практическим примером является фотоэлектрическая батарея мощностью 10 кВтч, батарея емкостью 20 кВтч и гибридный инвертор мощностью 8 кВт для объекта с ежедневной нагрузкой 30 кВтч. Если батарея работает при глубине разряда 90 % и эффективности туда и обратно 90 %, во многих профилях она может покрыть примерно 50–60 % вечерней нагрузки. Многие аккумуляторные системы LFP предусматривают от 4000 до 8000 циклов при глубине разряда 80%, при этом гарантийные сроки часто устанавливаются на уровне 10 лет и сохраняемой емкости 70%. Увеличение размера фотоэлектрических систем без соответствующей емкости батареи может привести к ограничению или сокращению экспорта, в то время как уменьшение размера батареи ограничивает собственное потребление и продолжительность резервного питания.
Полезные показатели включают коэффициент собственного потребления, коэффициент самодостаточности, эффективность передачи данных, продолжительность резервного копирования, сохранение емкости и время отклика. Мониторинг должен регистрировать выработку фотоэлектрических систем, нагрузку, заряд батареи, состояние заряда, а также импорт или экспорт энергии из сети с интервалом от 1 до 5 минут. Эти записи помогают проверить, соответствует ли система проектным целям после ввода в эксплуатацию. Для резервных цепей время переключения зависит от конструкции инвертора и безобрывного переключателя; некоторые системы обеспечивают резервную передачу за 10–20 миллисекунд, в то время как в других используется отдельный переключатель резерва с более длительным временем прерывания. Четкое измерение и регистрация данных важны для долгосрочного анализа производительности.
Солнечные гибридные системы, подключенные к сети, должны соответствовать местным правилам межсетевого взаимодействия. Общие требования включают защиту от секционирования, сохранение напряжения и частоты, ограничения качества электроэнергии и возможность удаленного отключения. В Северной Америке IEEE 1547 и UL 1741 часто используются для межсоединения, а UL 9540 используется для обеспечения безопасности систем хранения энергии. В других регионах могут применяться стандарты IEC 62109 и местные правила электросетей. Гибридный инвертор должен координировать свои действия с системой управления аккумулятором, чтобы ограничить ток заряда и разряда в условиях аномального напряжения или температуры. Настройки защиты должны быть задокументированы и проверены при вводе в эксплуатацию.
Коммерческие и промышленные объекты используют гибридные солнечные системы хранения данных для снижения пиковой нагрузки, арбитража времени использования, реагирования на спрос и резервного питания. Фотоэлектрическая система мощностью 100 кВт с батареей емкостью 200 кВтч может снизить ежемесячную пиковую потребность на 20–30%, если профиль нагрузки и структура тарифов соответствуют стратегии диспетчеризации. Сглаживание фотоэлектрических параметров — еще один вариант использования для сайтов с переменными нагрузками или ограничениями экспорта сети. EMS может зарезервировать часть емкости аккумулятора для резервного копирования, а оставшуюся емкость использовать для управления счетами. Это разделение должно быть определено во время проектирования, поскольку резервный резерв уменьшает энергию, доступную для ежедневного арбитража.
Практический контрольный список включает в себя данные по интервальной нагрузке за 12 месяцев, требования к пространству на крыше или земле для фотоэлектрических систем, требованиям к аккумуляторному помещению или наружному кожуху, диапазону температуры окружающей среды, вентиляции, проверке норм пожарной безопасности, анализу тарифов, списку резервных цепей и утверждению межсетевого соединения. В проекте должны быть указаны ожидаемая годовая мощность фотоэлектрических систем, предположения о деградации батареи, эффективность работы в обоих направлениях и пределы рабочей температуры. Ввод в эксплуатацию должен включать испытания мощности, испытания резервного переключения, проверку защиты от изолирования и проверки аварийных сигналов EMS. Документация должна включать однолинейные схемы, настройки защиты, протоколы испытаний и руководства по эксплуатации.
INJET HanCang поддерживает проекты по гибридному солнечному хранению энергии, включая проектирование системы, интеграцию аккумуляторов и инверторов, конфигурацию EMS, заводские испытания и документацию по вводу в эксплуатацию. Компания фокусируется на измеренных данных о производительности, четких настройках защиты и поддерживаемой системной архитектуре. Для проектов с ограничениями на экспорт или требованиями к резервному копированию INJET HanCang может помочь определить емкость аккумулятора, стратегию резервирования и настройки взаимодействия с сетью на основе данных о нагрузке на объекте и местных правил.
Гибридная солнечная система хранения энергии может увеличить собственное потребление фотоэлектрической энергии, поддержать управление спросом и обеспечить резервное питание, если оно рассчитано на основе измеренных данных о нагрузке и тарифах. Основными переменными проектирования являются мощность фотоэлектрических систем, емкость батареи, номинал инвертора, резервный резерв и соответствие сетевым нормам. В проектах следует использовать реалистичные предположения об эффективности, деградации и цикличности, чтобы ожидаемая экономия и продолжительность резервного копирования основывались на поддающихся проверке цифрах, а не на общих утверждениях.