صاحبان خانه در مناطق آب و هوایی در حال بررسی نحوه رسیدن برق به پریزهای خود هستند. نوسانات نرخ، قطعی طولانی مدت در طول طوفان، و کاهش هزینه تولید پشت بام، خانوارها را به سمت یک سوال ساده سوق داده است: آیا خانه میتواند بدون تکیه بر شبکه برق در هر ساعت از روز برق خود را تولید، ذخیره و مدیریت کند؟ پاسخ به طور فزاینده ای شامل دو جزء است که با هم کار می کنند و نه جدا از هم - پنل های خورشیدی که نور روز را برداشت می کنند و یک بانک باتری که آن را برای استفاده بعد از غروب خورشید نگه می دارد.
استقلال انرژی به معنای قطع ارتباط کامل از شبکه نیست، اگرچه این یک گزینه برای برخی از املاک روستایی باقی می ماند. برای اکثر خانوارها این به معنای تغییر توازن قدرت است: تولید سهم معنیداری از مصرف روزانه در محل، ذخیره مازاد، و استفاده از ظرفیت ذخیرهشده در زمان اوج قیمتگذاری یا قطعی به جای پرداخت نرخهای خدمات شهری.
آنچه که یک سیستم ذخیره انرژی در واقع در تنظیم خانه انجام می دهد
یک واحد مسکونی سیستم ذخیره انرژی بین آرایه خورشیدی، تابلو برق خانگی و اتصال برق قرار می گیرد. وظیفه آن سه چیز است: تولید مازاد خورشیدی را که خانه از آن استفاده نمیکند، در زمان واقعی جمعآوری کند، این ظرفیت را با خیال راحت حفظ کند، و آن را در صورت نیاز هنگام غروب خورشید، زمانی که ابری از بالای سر عبور میکند، یا زمانی که خود شبکه از کار میافتد، رها کند.
بدون ذخیره سازی، یک آرایه خورشیدی فقط مصرف را در ساعات روز جبران می کند. هر تولید استفاده نشده یا برای یک اعتبار به شبکه فرستاده می شود (در جایی که سیاست اندازه گیری خالص اجازه می دهد) یا از دست می رود. افزودن فضای ذخیرهسازی، این مازاد را به برق قابل استفاده عصر و شب تبدیل میکند، که معمولاً زمانی است که تقاضای خانوار به اوج خود میرسد - آمادهسازی شام، روشنایی، سیستمهای سرگرمی، و کنترل آب و هوا، همگی پس از ساعت 5 بعد از ظهر در اکثر پروفایلهای بار مسکونی به شدت افزایش مییابند.
جزء سیستم
عملکرد اولیه
پنجره عملیاتی معمولی
آرایه خورشیدی
نور خورشید را به برق DC تبدیل می کند
فقط ساعات روز
اینورتر / کنترل کننده شارژ
جریان برق را تبدیل و تنظیم می کند
در طول چرخه بار فعال یا شارژ مداوم است
بانک باتری
انرژی مازاد را برای استفاده بعدی ذخیره می کند
شارژ در روز، تخلیه عصر/شب یا در زمان قطعی
کنترل کننده مدیریت انرژی
تصمیم می گیرد چه زمانی شارژ، تخلیه یا از شبکه خارج شود
پیوسته، خودکار
چرا باتریهای لیتیوم یون بر فضای ذخیرهسازی مسکونی غالب هستند؟
انتخاب شیمی باتری نحوه عملکرد یک سیستم ذخیره سازی در طول عمر خود را تعیین می کند. باتری های لیتیوم یون و به طور خاص نوع LiFePO4 (لیتیوم آهن فسفات) که در اکثر قفسه های مسکونی مدرن استفاده می شود، به دلیل ترکیبی از دلایل عملی به جای ترجیحات بازاریابی، به توصیه پیش فرض برای نصب در خانه تبدیل شده است.
تحمل تخلیه عمیق - اکثر بسته های LiFePO4 می توانند به طور مکرر تا عمق 80 تا 90 درصد تخلیه بدون تخریب سریع چرخه شوند.
پایداری حرارتی - ساختار کاتد فسفات آهن نسبت به مواد شیمیایی قدیمیتر لیتیوم کبالت در برابر فرار حرارتی بسیار مقاومتر است.
عمر چرخه - قفسههای لیتیوم یونی مسکونی معمولی برای 4000 تا 6000 چرخه کامل در عمق نامی تخلیه رتبهبندی میشوند که به معنای بیش از یک دهه استفاده روزانه است.
ردپای فشرده - چگالی انرژی بالاتر در واحد حجم به این معنی است که یک واحد دیواری یا قفسهای میتواند ظرفیت قابل توجهی را بدون مصرف گاراژ نگه دارد.
حداقل تعمیر و نگهداری - سیستم های مدیریت باتری مهر و موم شده و خود نظارتی، روال آبیاری و یکسان سازی را که بانک های اسید سرب قدیمی مورد نیاز بودند حذف می کند.
خانوارهایی که شیمی را مقایسه می کنند نیز باید وزن کنند باتری های قفسه ای LiFePO4 در برابر بانکهای قدیمیتر اسید سرب یا اکسید کبالت لیتیوم بر روی هزینه کل مالکیت به جای قیمت برچسب به تنهایی. یک بانک سرب اسیدی که هر سه تا پنج سال یکبار تعویض می شود، اغلب در یک افق پانزده ساله بیشتر از یک نصب لیتیوم-یون منفرد هزینه دارد.
مقایسه مواد شیمیایی ذخیره سازی برای مصارف خانگی
جدول زیر به طور خلاصه نشان می دهد که چگونه سه شیمی که معمولاً برای ذخیره سازی مسکونی مورد بحث قرار می گیرد در بین عواملی که برای صاحب خانه در برنامه ریزی یک سیستم مهم است، متفاوت است.
عامل
LiFePO4 (لیتیوم یون)
سرب-اسید (سیلابی/AGM)
NMC (لیتیوم یون)
عمر چرخه معمولی
4000 تا 6000 چرخه
500 تا 1200 سیکل
2000 تا 3000 چرخه
عمق تخلیه قابل استفاده
80 تا 90 درصد
40 تا 50 درصد
80 تا 90 درصد
مشخصات ریسک حرارتی
کم
کم, but off-gassing risk
متوسط
نیازهای تعمیر و نگهداری
حداقل
معمولی برای انواع سیل
حداقل
رد پای در هر کیلووات ساعت
فشرده
بزرگ
فشرده
شیمی NMC چگالی انرژی کمی بالاتر از LiFePO4 ارائه میکند، اما تعادل در حاشیه حرارتی و طول عمر چرخه به همین دلیل است که اکثر سیستمهای قفسههای مسکونی که امروزه ساخته میشوند، به جای آن روی سلولهای فسفات آهن استاندارد میشوند.
چگونه پنلهای خورشیدی و ذخیرهسازی باتری در طول یک روز با هم کار میکنند
ارزش جفت شدن تولید با ذخیره سازی زمانی مشخص می شود که در برابر یک منحنی بار روزانه واقعی ترسیم شود. نمودار زیر یک چرخه مسکونی معمولی از طلوع خورشید تا طلوع خورشید بعدی را نشان میدهد و نشان میدهد که باتری کجا شارژ میشود، کجا نگه میدارد و کجا تخلیه میشود تا خانه را بپوشاند.
صبح: آرایه با افزایش تابش شروع به تولید می کند. خروجی اولیه ابتدا بارهای پایه را پوشش می دهد.
نیمروز: تولید معمولاً بیشتر از تقاضای خانوار است. مسیرهای اضافی به بانک باتری تا زمانی که به حالت شارژ کامل برسد.
بعد از ظهر تا عصر: با کاهش بازده خورشیدی، خانه به جای شبکه، از ظرفیت ذخیره شده استفاده می کند.
در طول شب: باتری به تامین بارهای پایه ادامه میدهد تا زمانی که حالت شارژ به یک طبقه ذخیره از پیش تعیینشده برسد، در این مرحله اگر سیستم به این ترتیب پیکربندی شود، میتواند به برق شبکه بازگردد.
اندازهگیری یک سیستم برای استقلال انرژی واقعی خانه
هدر دادن بیش از حد سرمایه؛ کمتر شدن اندازه، شکافهای برگ را در طول کششهای ابری یا قطعها ایجاد میکند. اندازهگیری باید از دادههای مصرف واقعی شروع شود نه از مفروضات، که در حالت ایدهآل از دوازده ماه صورتحساب آب و برق گرفته میشود تا نوسانات فصلی در گرمایش، سرمایش و ساعات روشنایی روز را ثبت کند.
مشخصات خانوار
میانگین استفاده روزانه
محدوده ذخیره سازی پیشنهادی
اندازه آرایه پیشنهادی
لوازم خانگی کوچک، کارآمد
10 تا 15 کیلووات ساعت
10 تا 13 کیلووات ساعت
4 تا 6 کیلو وات
خانه خانوادگی متوسط
20 تا 30 کیلووات ساعت
13 تا 20 کیلووات ساعت
6 تا 9 کیلو وات
بزرگr home with EV charging
35 تا 50 کیلووات ساعت
20 تا 30 کیلووات ساعت
9 تا 13 کیلو وات
یک هدف متداول برای استقلال نسبی، اندازهگیری فضای ذخیرهسازی برای پوشش پنجره بارگیری در شب و شب است - معمولاً شش تا ده ساعت - در حالی که اندازه آرایه را برای شارژ کامل این ظرفیت به اضافه مصرف روزانه در یک روز آفتابی متوسط برای منطقه آب و هوایی محلی تعیین میکند.
پشتیبان گیری Grid-Tied در مقابل تنظیمات کامل خارج از شبکه
هر خانواده ای نیاز ندارد یا نمی خواهد به طور کامل شبکه برق را ترک کند. دو پیکربندی بر برنامهریزی مسکونی غالب است و انتخاب صحیح به فرکانس خاموشی، قوانین اندازهگیری شبکه محلی و بودجه بستگی دارد.
شبکه گره خورده با باتری پشتیبان
آرایه و باتری به ابزار متصل می مانند. این سیستم ابتدا از فضای ذخیرهسازی و سپس شبکه خارج میشود و میتواند به طور خودکار در هنگام قطع برق، خانه را جزیرهای کند. این رایج ترین پیکربندی مسکونی است زیرا هزینه را در مقابل انعطاف پذیری متعادل می کند.
راه حل های ذخیره انرژی خارج از شبکه
خانه به طور کامل از برق جدا می شود، با تکیه بر آرایه و بانک باتری برای صد در صد مصرف، که اغلب توسط یک ژنراتور پشتیبان برای دوره های طولانی مدت کم آفتاب تکمیل می شود. این مسیر به ظرفیت ذخیرهسازی بزرگتر و مدیریت بار محافظهکارانهتر نیاز دارد، اما هزینههای ماهانه خدمات شهری را به طور کامل حذف میکند.
راهاندازیهای پشتیبان باتری خورشیدی مسکونی که به شبکه متصل میمانند، معمولاً سرمایهگذاری خود را سریعتر بازیابی میکنند، زیرا از تولید و حاشیههای ذخیرهسازی بزرگی که سیستمهای خارج از شبکه خالص برای زنده ماندن در رویدادهای چند روزه در معرض آفتاب کم نیاز دارند، اجتناب میکنند.
قابل اعتماد نگه داشتن یک سیستم ترکیبی در طول عمر آن
یک سیستم به خوبی مشخص شده هنوز نیاز به توجه دوره ای دارد تا عمر سرویس رتبه بندی شده خود را به پایان برساند. چک لیست زیر مواردی را پوشش می دهد که مستقیماً بر عملکرد بلندمدت تأثیر می گذارد.
تأیید کنید که سفتافزار سیستم مدیریت باتری بهروز میماند، زیرا بهروزرسانیها اغلب کارایی الگوریتم شارژ را بهبود میبخشند.
سطوح پانل ها را به صورت فصلی از نظر وجود آوار، گرد و غبار یا سایه های ناشی از رشد درختان جدید بررسی کنید.
بررسی کنید که دریچه های خنک کننده اینورتر بدون مانع باقی بمانند، به ویژه در اتاق های تاسیسات سرپوشیده.
گزارشهای مربوط به وضعیت شارژ تاریخی را سالانه مرور کنید تا قبل از اینکه بر مدت زمان پشتیبانگیری تأثیر بگذارد، ظرفیت کمتدریج محو میشود.
عملکرد جزیرهای خودکار را حداقل یک بار در سال تست کنید، به جای اینکه منتظر یک قطعی واقعی باشید تا متوجه شوید که آیا کار میکند یا خیر.
سوالات متداول
Q1: یک بانک باتری خانگی چقدر می تواند خانه را در هنگام قطع برق تامین کند؟
مدت زمان کاملاً به ظرفیت ذخیره شده در مقابل بار فعال بستگی دارد. یک بانک مسکونی متوسط که فقط مدارهای ضروری را پوشش می دهد، مانند تبرید، روشنایی، و تجهیزات شبکه، اغلب می تواند یک تا سه روز کار کند. تامین برق کل خانه از جمله تهویه مطبوع، همان بانک را در عرض چند ساعت تخلیه می کند.
Q2: آیا پنل های خورشیدی هنوز بدون نصب باتری برق تولید می کنند؟
بله. پانل ها می توانند به تنهایی بر روی یک اینورتر متصل به شبکه کار کنند و تولید مازاد را برای اعتبار به شرکت برق صادر کنند. باتری افزودنی است که به جای ارسال آن، مازاد آن را به صورت محلی جمعآوری میکند، که زمانی که قطعیها مکرر هستند یا اعتبارات صادراتی محدود میشوند، ارزشمند میشوند.
Q3: چه مقدار فضای پشت بام برای جبران معنادار مصرف برق خانه مورد نیاز است؟
این میزان بر اساس راندمان پانل و تابش محلی متفاوت است، اما به عنوان یک مرجع کلی، پوشش 60 تا 80 درصد از میانگین مصرف خانوار معمولاً بین 300 تا 500 فوت مربع مساحت سقف قابل استفاده و بدون سایه نیاز دارد.
Q4: آیا می توان یک تاسیسات خورشیدی موجود را بعداً با ذخیره باتری مجهز کرد؟
در بیشتر موارد بله، مشروط بر اینکه اینورتر موجود با یکپارچه سازی باتری سازگار باشد یا یک اینورتر آماده باتری سازگار در کنار آن اضافه شود. یک نصاب واجد شرایط باید نوع اینورتر سیستم موجود را قبل از تعیین یک واحد ذخیره سازی سازگار ارزیابی کند.
Q5: طول عمر واقعی یک بانک باتری لیتیوم یونی مسکونی چقدر است؟
سیستمهای مبتنی بر LiFePO4 معمولاً برای ده تا پانزده سال دوچرخهسواری روزانه قبل از کاهش ظرفیت به زیر یک آستانه مفید رتبهبندی میشوند، اگرچه طول عمر واقعی به شدت به عمق عادتهای تخلیه و دمای کارکرد محیط بستگی دارد.
Q6: آیا استقلال کامل خارج از شبکه برای اکثر خانه ها واقع بینانه است؟
قابل دستیابی است، اما به ظرفیت ذخیره سازی و تولید به طور قابل توجهی بیشتر از یک سیستم پشتیبان متصل به شبکه، همراه با مدیریت محافظ بار در طول دوره های طولانی مدت کم خورشید، نیاز دارد. اکثر خانوادهها متوجه میشوند که یک پیکربندی پشتیبان متصل به شبکه، انعطافپذیری روزانه مشابهی را با هزینه اولیه کمتر ارائه میدهد.
