Aurinkosähkön verkkoon kytketyn kapasiteetin kasvu ja siitä johtuva verkkovaikutus ovat luoneet suotuisammat olosuhteet energian varastoinnin kehittämiselle.
Aurinkosähköenergian varastointi eroaa verkkoon kytketystä sähköntuotannosta siinä, että siinä käytetään akkuja varastointiin sekä laitteita akkujen lataamiseen ja purkamiseen; alkuinvestointi on suurempi, mutta mahdollisten sovellusten kirjo on huomattavasti laajempi. Tässä artikkelissa esittelemme neljä aurinkosähkö- ja energian varastointisovellusskenaariota, jotka vastaavat erilaisia sovelluksia: aurinkosähkön verkkoon kytketyn energian varastoinnin sovellusskenaariot, aurinkosähkön verkon ulkopuolisen energian varastoinnin sovellusskenaariot, hybridiverkkoenergian varastointijärjestelmän sovellusskenaariot ja aurinkosähkön mikroverkkoenergian varastoinnin sovellusskenaariot.
1. Skenaario aurinkosähkön off-grid-energian varastointisovelluksille
Aurinkosähköön perustuvia sähkön varastointi- ja tuotantojärjestelmiä käytetään yhä enemmän syrjäisillä vuoristoalueilla, sähköttömillä alueilla, saarilla, tietoliikenneasemilla ja katuvalaistuksessa sekä muissa paikoissa, joissa ne voivat toimia itsenäisesti ilman sähköverkkoon kytkeytymistä.
Järjestelmä koostuu aurinkopaneelijärjestelmästä, aurinkosähköinvertteristä, akkuvarastosta ja kuormasta. Kun valoa on, aurinkopaneelijärjestelmä muuntaa aurinkoenergian sähköenergiaksi ja samanaikaisesti syöttää virtaa kuormalle käänteisohjatun integroidun koneen kautta ja lataa akkukokonaisuuden. Kun valoa ei ole, akku syöttää virtaa vaihtovirtakuormalle invertterin kautta.
Sähköverkon ulkopuoliset aurinkosähköntuotantojärjestelmät on suunniteltu erityisesti käytettäväksi alueilla, joilla ei ole sähköverkkoja tai joilla on usein sähkökatkoksia. Nämä järjestelmät toimivat "varastointi ja käyttö" tai "ensin varastointi ja sitten käyttö" -periaatteella, samalla tavalla kuin puuhiiltä kuljetetaan lumen läpi. "Hiiliin upotettu lumi" Alueilla, joilla ei ole sähköverkkoa tai joilla on usein perheitä vaivaavia sähkökatkoksia, sähköverkon ulkopuoliset järjestelmät ovat erittäin käytännöllisiä.
2. Skenaariot aurinkosähkön hybridiverkkoon perustuvalle energian varastointisovellukselle
Aurinkosähkön hybridiverkkoon perustuvia energian varastointijärjestelmiä käytetään yleisesti usein toistuvien sähkökatkosten aikana. Korkeat omakulutustariffit estävät ylijäämien siirtymisen internetiin; huipputariffit ovat huomattavasti kalliimpia kuin laaksotariffit ja vaihtoehtoisten sovellusten tariffit.
Järjestelmä koostuu aurinkokennomoduuleista, verkkoon kytketyistä ja erillisistä aurinkoenergiajärjestelmistä, akuista, kuormista ja muista komponenteista. Valon läsnä ollessa aurinkokenno muuntaa aurinkoenergian sähköenergiaksi ja lataa akkupankin samalla, kun se syöttää virtaa kuormalle aurinkosähköä säätelevän invertterin kautta. Valon puuttuessa akku lataa aurinkosähköä säätelevän invertterin ja syöttää siten virtaa vaihtovirtakuormalle.
Lataus-/purkausohjaimien ja akkujen sisällyttäminen verkkoon kytkettyyn ja verkkoon kytkemättömään järjestelmään nostaa kokonaiskustannuksia noin 30–50 % verrattuna verkkoon kytkettyyn sähköntuotantojärjestelmään. Tämä lisäys kuitenkin laajentaa järjestelmän käyttömahdollisuuksia. Ensinnäkin aurinkosähköjärjestelmä voidaan konfiguroida tuottamaan sähköä nimelliskapasiteetillaan suuren sähkönkulutuksen aikana sähkökustannusten alentamiseksi. Toiseksi aurinkosähköjärjestelmää voidaan ladata verkon ulkopuolisen käyttötilan aikana ja purkaa se sähkönkulutuksen huippuvaiheessa, jolloin hyödynnetään huippu- ja alamäkisegmenttien hintaeroa. Lopuksi, jos verkko ei ole käytettävissä, aurinkosähköjärjestelmä toimii varavirtalähteenä, ja invertteri voidaan deaktivoida toimimaan verkon ulkopuolisessa tilassa. Tällä hetkellä tätä skenaariota käytetään useammin kehittyneissä maissa ulkomailla.
3. Skenaariot verkkoon kytkettyjen aurinkosähköenergian varastointijärjestelmien soveltamiseksi
Verkkoon kytketty energian varastointiin tarkoitettu aurinkosähköntuotantojärjestelmä, joka toimii vaihtovirtakytkentätilassa käyttäen pääasiassa aurinkosähkö- ja energian varastointikomponentteja. Järjestelmällä on kyky varastoida ylijäämäsähköä paitsi itse tuotetun energian ja maanpäällisen aurinkosähkön jakelun osuuden kasvattamiseen, myös teolliseen ja kaupalliseen aurinkosähkön varastointiin ja muihin mahdollisiin sovelluksiin.
Aurinkokennomoduulit koostuvat aurinkosähköjärjestelmästä, jota täydentävät akkupaketti, lataus-/purkausohjain PCS ja tehoa kuluttava kuorma. Tilanteissa, joissa aurinkoenergia ei riitä kuormitustehoon, järjestelmä saa virtansa osittain aurinkoenergiasta ja verkosta. Käänteisesti, kun aurinkoenergia ylittää kuormitustehon, osa aurinkoenergiasta käytetään kuorman virransyöttöön, kun taas loput varastoidaan ohjaimen avulla. Lisäksi energian varastointijärjestelmää voidaan käyttää kysynnänhallinnassa, huippu- ja laaksoarbitraasissa ja muissa tilanteissa järjestelmän kannattavuusmallin parantamiseksi.
Kiinan uusilla energiamarkkinoilla aurinkosähköverkkoon kytketty energian varastointijärjestelmä on herättänyt huomattavaa kiinnostusta nousevana uusiutuvan energian sovellusskenaariona. Yhdistämällä energian varastointilaitteen, aurinkosähköntuotannon ja vaihtovirtaverkon järjestelmä maksimoi uusiutuvan energian hyödyntämisen.
4. Mikroverkkojen energian varastointijärjestelmien sovellusten skenaariot
Koska mikroverkkoenergian varastointijärjestelmä on merkittävä energian varastointilaite, se on omaksumassa yhä merkittävämmän aseman Kiinan sähköjärjestelmässä ja uudessa energiakehityksessä.
Uusiutuvan energian suosion kasvaessa ja tieteellisen ja teknologisen kehityksen jatkuessa mikroverkkoihin perustuvien energian varastointijärjestelmien sovellusskenaariot kasvavat. Nämä skenaariot koskevat pääasiassa kahta alla lueteltua näkökohtaa:
1). Hajautettu sähköntuotanto ja energian varastointijärjestelmä: Hajautettu sähköntuotanto tarkoittaa pienimuotoisten sähköntuotantolaitteiden sijoittamista loppukäyttäjän lähelle hyödyntäen esimerkiksi tuulienergiaa, aurinkosähköä ja muita energialähteitä. Kaikki tuotettu ylijäämäenergia varastoidaan energian varastointijärjestelmään, joka toimii varavirtalähteenä suuren sähkönkulutuksen tai sähkökatkosten aikana.
2). Mikroverkon varavirta: Syrjäisillä alueilla, saarilla ja muissa vaikeasti saatavilla olevissa paikoissa mikroverkon energian varastointijärjestelmiä voidaan käyttää varavirtalähteinä luotettavan paikallisen virransyötön varmistamiseksi.
Hyödyntämällä monienergialähteiden täydentävyyttä mikroverkot voivat optimoida hajautetun puhtaan energian potentiaalin hyödyntämisen. Tämä mahdollistaa niiden lieventää epäsuotuisia näkökohtia, kuten rajallista kapasiteettia, epäluotettavaa sähköntuotantoa ja epäluotettavia itsenäisiä virtalähteitä, samalla varmistaen suuremman sähköverkon turvallisen toiminnan. Tämän seurauksena mikroverkot toimivat arvokkaana täydennyksenä suurempaan sähköverkkoon. Mikroverkkojen sovellusskenaarioiden mittakaava on huomattavasti suurempi, muutamasta kilowatista kymmeniin megawatteihin, ja mahdollisten toteutusten kirjo on huomattavasti laajempi.
Aurinkosähkön varastoinnin käyttömallit ovat laajoja ja vaihtelevia, ja ne kattavat mikroverkot, verkon ulkopuoliset järjestelmät ja verkkoon kytketyt järjestelmät. Uusiutuvan energian käytännön sovelluksille on ominaista kunkin skenaariotyypin ainutlaatuiset edut ja ominaisuudet, jotka yhdessä tarjoavat käyttäjille luotettavaa ja tehokasta energiaa.
Aurinkoenergiateknologian kehittyessä ja kustannusten laskiessa aurinkoenergian varastointi saa merkittävämmän aseman tulevaisuuden energiajärjestelmässä. Samanaikaisesti erilaisten skenaarioiden kehittäminen ja toteuttaminen helpottaa Kiinan kehittyvän energiasektorin nopeaa kehitystä ja auttaa energiamurroksen ja vähähiilisen, ympäristön kannalta kestävän kehityksen saavuttamisessa.
