Η αυξανόμενη συνδεδεμένη δυναμικότητα των φωτοβολταϊκών στο δίκτυο και ο επακόλουθος αντίκτυπος στο δίκτυο έχουν δημιουργήσει ευνοϊκότερες συνθήκες για την ανάπτυξη της αποθήκευσης ενέργειας.
Η φωτοβολταϊκή αποθήκευση ενέργειας διαφέρει από την παραγωγή ενέργειας μέσω δικτύου, καθώς χρησιμοποιεί μπαταρίες για αποθήκευση και συσκευές για φόρτιση και εκφόρτιση των μπαταριών. Η αρχική επένδυση θα είναι μεγαλύτερη, αλλά το εύρος των πιθανών εφαρμογών θα είναι σημαντικά ευρύτερο. Σε αυτό το άρθρο, παρουσιάζουμε τέσσερα σενάρια εφαρμογής φωτοβολταϊκής + αποθήκευσης ενέργειας που αντιστοιχούν σε διάφορες εφαρμογές: σενάρια εφαρμογής αποθήκευσης ενέργειας φωτοβολταϊκών εντός δικτύου, σενάρια εφαρμογής αποθήκευσης ενέργειας φωτοβολταϊκών εκτός δικτύου, σενάρια εφαρμογής υβριδικού συστήματος αποθήκευσης ενέργειας δικτύου και σενάρια εφαρμογής αποθήκευσης ενέργειας φωτοβολταϊκών μικροδικτύων.
1. Σενάριο για εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας από φωτοβολταϊκά εκτός δικτύου
Τα φωτοβολταϊκά συστήματα αποθήκευσης ενέργειας και παραγωγής ενέργειας εκτός δικτύου χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε απομακρυσμένες ορεινές περιοχές, περιοχές χωρίς ρεύμα, νησιά, σταθμούς βάσης επικοινωνιών και φωτισμό δρόμων, μεταξύ άλλων περιοχών όπου μπορούν να λειτουργούν αυτόνομα χωρίς να εξαρτώνται από το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας.
Το σύστημα αποτελείται από μια φωτοβολταϊκή συστοιχία, έναν φωτοβολταϊκό μετατροπέα, μια συσσωρευτή και ένα φορτίο ισχύος. Όταν υπάρχει φως, η φωτοβολταϊκή συστοιχία μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια και ταυτόχρονα παρέχει ισχύ στο φορτίο μέσω του ενσωματωμένου μηχανήματος αντίστροφου ελέγχου και φορτίζει την μπαταρία. Όταν δεν υπάρχει φως, η μπαταρία τροφοδοτεί το φορτίο AC μέσω του μετατροπέα.
Τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα παραγωγής ενέργειας έχουν σχεδιαστεί ειδικά για ανάπτυξη σε περιοχές που δεν διαθέτουν ηλεκτρικό δίκτυο ή αντιμετωπίζουν συχνές διακοπές ρεύματος. Αυτά τα συστήματα λειτουργούν με τρόπο «αποθήκευσης και χρήσης» ή «πρώτα αποθήκευσης και μετά χρήσης», ανάλογο με τον τρόπο που στέλνεται το κάρβουνο μέσα από το χιόνι. «Το χιόνι ενσωματωμένο στο κάρβουνο» Σε περιοχές χωρίς ηλεκτρικό δίκτυο ή με συχνές διακοπές ρεύματος που επηρεάζουν οικογένειες, τα αυτόνομα συστήματα είναι εξαιρετικά πρακτικά.
2. Σενάρια για εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας σε υβριδικό φωτοβολταϊκό δίκτυο
Τα υβριδικά φωτοβολταϊκά συστήματα αποθήκευσης ενέργειας σε δίκτυο χρησιμοποιούνται συνήθως κατά τη διάρκεια συχνών διακοπών ρεύματος. Τα υψηλά τιμολόγια ιδιοκατανάλωσης αποτρέπουν τα πλεονάσματα στο Διαδίκτυο. Τα τιμολόγια αιχμής είναι σημαντικά πιο ακριβά από τα τιμολόγια στην κοιλάδα και αυτά για εναλλακτικές εφαρμογές.
Το σύστημα αποτελείται από φωτοβολταϊκά στοιχεία που αποτελούνται από φωτοβολταϊκά στοιχεία, μηχανήματα ενσωματωμένα σε ηλιακή ενέργεια, αυτόνομα και συνδεδεμένα στο δίκτυο, μπαταρίες, φορτία και άλλα εξαρτήματα. Με την παρουσία φωτός, το φωτοβολταϊκό στοιχείο μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια και φορτίζει την συστοιχία μπαταριών, παρέχοντας παράλληλα ισχύ στο φορτίο μέσω του μετατροπέα ηλιακού ελέγχου. Όταν απουσιάζει το φως, η μπαταρία φορτίζει τον μετατροπέα ηλιακού ελέγχου και στη συνέχεια παρέχει ισχύ στο φορτίο εναλλασσόμενου ρεύματος.
Η συμπερίληψη ελεγκτών φόρτισης/εκφόρτισης και μπαταριών στο σύστημα συνδεδεμένο και αυτόνομο δίκτυο αυξάνει το συνολικό κόστος κατά περίπου 30%-50% σε σύγκριση με το σύστημα παραγωγής ενέργειας συνδεδεμένο στο δίκτυο. Ωστόσο, αυτή η αύξηση διευρύνει τις πιθανές εφαρμογές του συστήματος. Πρώτον, είναι δυνατή η διαμόρφωση του φωτοβολταϊκού συστήματος ώστε να παράγει ενέργεια στην ονομαστική του ισχύ σε περιόδους υψηλής ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας, προκειμένου να μειωθεί το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας. Δεύτερον, είναι δυνατή η φόρτιση του φωτοβολταϊκού συστήματος κατά τη λειτουργία εκτός δικτύου και η εκφόρτισή του κατά την περίοδο αιχμής της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας, αξιοποιώντας τη διαφορά τιμής μεταξύ των τμημάτων αιχμής και κοιλάδας. Τέλος, σε περίπτωση που το δίκτυο δεν είναι διαθέσιμο, το φωτοβολταϊκό σύστημα λειτουργεί ως εφεδρική παροχή ρεύματος και ο μετατροπέας μπορεί να απενεργοποιηθεί για να λειτουργεί σε λειτουργία εκτός δικτύου. Επί του παρόντος, αυτό το σενάριο εφαρμόζεται συχνότερα στις ανεπτυγμένες χώρες του εξωτερικού.
3. Σενάρια για εφαρμογή φωτοβολταϊκών συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας εντός δικτύου
Σύστημα παραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας με αποθήκευση ενέργειας εντός δικτύου, το οποίο λειτουργεί σε λειτουργία σύζευξης AC χρησιμοποιώντας κυρίως φωτοβολταϊκά στοιχεία και εξαρτήματα αποθήκευσης ενέργειας. Εκτός από την αύξηση του ποσοστού της αυτοπαραγωγής ιδιοκατανάλωσης και της επίγειας φωτοβολταϊκής αποθήκευσης διανομής, της βιομηχανικής και εμπορικής φωτοβολταϊκής αποθήκευσης ενέργειας και άλλων πιθανών εφαρμογών, το σύστημα διαθέτει την ικανότητα αποθήκευσης πλεονάζουσας παραγωγής ενέργειας.
Οι φωτοβολταϊκές μονάδες αποτελούνται από τη φωτοβολταϊκή συστοιχία, η οποία συμπληρώνεται από μια συστοιχία μπαταριών, έναν ελεγκτή φόρτισης/εκφόρτισης PCS και ένα φορτίο που καταναλώνει ενέργεια. Σε περιπτώσεις όπου η ηλιακή ενέργεια υπολείπεται της ισχύος φορτίου, το σύστημα τροφοδοτείται εν μέρει από την ηλιακή ενέργεια και το δίκτυο. Αντίθετα, όταν η ηλιακή ενέργεια υπερβαίνει την ισχύ φορτίου, ένα μέρος της ηλιακής ενέργειας χρησιμοποιείται για την παροχή ενέργειας στο φορτίο, ενώ το υπόλοιπο μέρος αποθηκεύεται μέσω του ελεγκτή. Επιπλέον, το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη διαχείριση ζήτησης, στο arbitrage αιχμής και κοιλάδας και σε άλλα σενάρια για την ενίσχυση του μοντέλου κερδοφορίας του συστήματος.
Στη νέα αγορά ενέργειας της Κίνας, το φωτοβολταϊκό σύστημα αποθήκευσης ενέργειας που συνδέεται με το δίκτυο έχει προσελκύσει σημαντικό ενδιαφέρον ως ένα αναδυόμενο σενάριο εφαρμογής ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Ενσωματώνοντας μια συσκευή αποθήκευσης ενέργειας, την παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας και ένα δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος, το σύστημα μεγιστοποιεί την αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
4. Σενάρια για εφαρμογές συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας σε μικροδίκτυα
Λόγω της σημασίας του ως συσκευής αποθήκευσης ενέργειας, το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μικροδικτύου καταλαμβάνει ολοένα και πιο εξέχουσα θέση στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας και στην ανάπτυξη νέων μορφών ενέργειας της Κίνας.
Καθώς οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας κερδίζουν έδαφος και οι επιστημονικές και τεχνολογικές εξελίξεις συνεχίζουν να προχωρούν, τα σενάρια εφαρμογής για συστήματα αποθήκευσης ενέργειας σε μικροδίκτυα συνεχίζουν να αυξάνονται. Αυτά τα σενάρια αφορούν κυρίως τις δύο πτυχές που αναφέρονται παρακάτω:
1). Κατανεμημένη παραγωγή ενέργειας και σύστημα αποθήκευσης ενέργειας: Η κατανεμημένη παραγωγή ενέργειας αφορά την τοποθέτηση μικρής κλίμακας συσκευών παραγωγής ενέργειας σε κοντινή απόσταση από τον τελικό χρήστη, χρησιμοποιώντας πηγές όπως η αιολική ενέργεια, η ηλιακή φωτοβολταϊκή ενέργεια και άλλες. Οποιαδήποτε πλεονάζουσα ενέργεια που παράγεται αποθηκεύεται στη συνέχεια σε ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας, χρησιμεύοντας ως εφεδρική παροχή ενέργειας σε περιόδους υψηλής ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας ή διακοπών λειτουργίας του δικτύου.
2). Εφεδρική παροχή ενέργειας από μικροδίκτυο: Για αξιόπιστη τοπική παροχή ενέργειας σε απομακρυσμένες περιοχές, νησιά και άλλες τοποθεσίες με δύσκολη πρόσβαση στο δίκτυο, τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας από μικροδίκτυο μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εφεδρικές πηγές ενέργειας.
Αξιοποιώντας την πολυενεργειακή συμπληρωματικότητα, τα μικροδίκτυα μπορούν να βελτιστοποιήσουν την αξιοποίηση του δυναμικού της κατανεμημένης καθαρής ενέργειας. Αυτό τους επιτρέπει να μετριάσουν δυσμενείς πτυχές όπως η περιορισμένη χωρητικότητα, η αναξιόπιστη παραγωγή ενέργειας και οι αναξιόπιστες ανεξάρτητες πηγές ενέργειας, διασφαλίζοντας παράλληλα την ασφαλή λειτουργία του μεγαλύτερου δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Ως αποτέλεσμα, τα μικροδίκτυα χρησιμεύουν ως πολύτιμο συμπλήρωμα στο μεγαλύτερο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Η κλίμακα των σεναρίων εφαρμογής μικροδικτύων είναι σημαντικά μεγαλύτερη, εκτεινόμενη από λίγα κιλοβάτ έως δεκάδες μεγαβάτ, και η ποικιλία των πιθανών εφαρμογών είναι σημαντικά ευρύτερη.
Τα πρότυπα αξιοποίησης για την αποθήκευση φωτοβολταϊκής ενέργειας είναι εκτεταμένα και ποικίλα, και περιλαμβάνουν μικροδίκτυα, συστήματα αυτόνομου δικτύου και συστήματα συνδεδεμένα στο δίκτυο. Οι πρακτικές εφαρμογές των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας χαρακτηρίζονται από τα μοναδικά οφέλη και χαρακτηριστικά κάθε τύπου σεναρίου, τα οποία συλλογικά παρέχουν στους χρήστες αξιόπιστη και αποτελεσματική ισχύ.
Καθώς η τεχνολογία των φωτοβολταϊκών συνεχίζει να εξελίσσεται και το κόστος να μειώνεται, η αποθήκευση ενέργειας από φωτοβολταϊκά θα αποκτήσει μια πιο σημαντική θέση στο ενεργειακό σύστημα του μέλλοντος. Ταυτόχρονα, η πρόοδος και η εφαρμογή ποικίλων σεναρίων θα διευκολύνει την ταχεία πρόοδο του αναδυόμενου ενεργειακού τομέα της Κίνας και θα βοηθήσει στην επίτευξη του ενεργειακού μετασχηματισμού και της ανάπτυξης χαμηλών εκπομπών άνθρακα, με περιβαλλοντικά βιώσιμο τρόπο.
