De toenemende capaciteit van op het elektriciteitsnet aangesloten zonnepanelen en de daaruit voortvloeiende impact op het net hebben gunstigere omstandigheden gecreëerd voor de ontwikkeling van energieopslag.
Fotovoltaïsche energieopslag verschilt van netgekoppelde energieopwekking doordat het gebruikmaakt van batterijen voor opslag en apparaten voor het laden en ontladen van de batterijen. De initiële investering is hoger, maar het scala aan mogelijke toepassingen is aanzienlijk breder. In dit artikel presenteren we vier toepassingsscenario's voor PV + energieopslag die overeenkomen met verschillende toepassingen: scenario's voor netgekoppelde PV-energieopslag, scenario's voor off-grid PV-energieopslag, scenario's voor hybride energieopslagsystemen en scenario's voor PV-microgrid-energieopslag.
1. Scenario voor toepassingen van PV-energieopslag buiten het elektriciteitsnet
Fotovoltaïsche energieopslag- en stroomopwekkingssystemen die niet op het elektriciteitsnet zijn aangesloten, worden steeds vaker gebruikt in afgelegen berggebieden, gebieden zonder stroomvoorziening, op eilanden, bij communicatiestations en voor straatverlichting, en op andere plaatsen waar ze autonoom kunnen functioneren zonder afhankelijk te zijn van het elektriciteitsnet.
Het systeem bestaat uit een zonnepaneleninstallatie, een PV-omvormer, een batterijopslag en een stroomverbruiker. Bij zonlicht zet de zonnepaneleninstallatie zonne-energie om in elektrische energie en levert tegelijkertijd stroom aan de verbruiker via de geïntegreerde omvormer en laadt het batterijpakket op; bij gebrek aan zonlicht levert de batterij stroom aan de wisselstroomverbruiker via de omvormer.
Off-grid fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen zijn specifiek ontworpen voor gebruik in regio's zonder elektriciteitsnet of met frequente stroomuitval. Deze systemen werken volgens het principe van "opslag en gebruik" of "eerst opslag en dan gebruik", vergelijkbaar met hoe houtskool door sneeuw wordt gehaald. "De sneeuw is ingebed in de houtskool." In gebieden zonder elektriciteitsnet of met frequente stroomuitval die gezinnen treft, zijn off-grid systemen zeer praktisch.
2. Scenario's voor energieopslagtoepassingen in hybride PV-netwerken
PV-hybride energieopslagsystemen worden vaak ingezet tijdens frequente stroomonderbrekingen. Hoge tarieven voor eigen verbruik voorkomen dat er overschotten naar het internet worden teruggeleverd; piektarieven zijn aanzienlijk duurder dan daltarieven en tarieven voor alternatieve toepassingen.
Het systeem bestaat uit fotovoltaïsche panelen, bestaande uit zonnecelmodules, zowel voor off-grid als netgekoppelde systemen, accupakketten, verbruikers en andere componenten. Bij aanwezigheid van licht zet het fotovoltaïsche paneel zonne-energie om in elektrische energie en laadt het accupakket op, terwijl het via de omvormer stroom levert aan de verbruikers. Bij afwezigheid van licht laadt de accu de omvormer op en levert vervolgens stroom aan de wisselstroomverbruikers.
De integratie van laad-/ontlaadregelaars en batterijen in zowel netgekoppelde als off-grid systemen verhoogt de totale kosten met ongeveer 30% tot 50% ten opzichte van een netgekoppeld systeem. Deze uitbreiding vergroot echter de potentiële toepassingen van het systeem. Ten eerste is het mogelijk om het PV-systeem zo te configureren dat het tijdens perioden met een hoge elektriciteitsvraag stroom opwekt met zijn nominale capaciteit, om zo de elektriciteitskosten te verlagen. Ten tweede is het mogelijk om het PV-systeem op te laden in de off-grid modus en te ontladen tijdens de piekuren, waardoor optimaal gebruik wordt gemaakt van het prijsverschil tussen de piek- en daluren. Ten slotte fungeert het PV-systeem als back-upstroomvoorziening wanneer het elektriciteitsnet uitvalt, en kan de omvormer worden uitgeschakeld om in een off-grid modus te werken. Dit scenario wordt momenteel steeds vaker toegepast in ontwikkelde landen.
3. Scenario's voor de toepassing van op het elektriciteitsnet aangesloten fotovoltaïsche energieopslagsystemen
Een op het net aangesloten fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem dat voornamelijk in wisselstroomkoppeling werkt en gebruikmaakt van fotovoltaïsche en energieopslagcomponenten. Naast het vergroten van het aandeel zelfopgewekte energie voor eigen gebruik en decentrale fotovoltaïsche energieopslag op de grond, industriële en commerciële fotovoltaïsche energieopslag en andere potentiële toepassingen, heeft het systeem de mogelijkheid om overtollige energieopwekking op te slaan.
Zonnecelmodules vormen de fotovoltaïsche array, die wordt aangevuld door een accupakket, een laad-/ontlaadcontroller (PCS) en een stroomverbruikende belasting. Wanneer de zonne-energie niet voldoende is om aan de vraag te voldoen, wordt het systeem gedeeltelijk gevoed door zonne-energie en het elektriciteitsnet. Omgekeerd, wanneer de zonne-energie de vraag overtreft, wordt een deel van de zonne-energie gebruikt om de belasting van stroom te voorzien, terwijl het resterende deel wordt opgeslagen in de controller. Daarnaast kan het energieopslagsysteem worden ingezet voor vraagbeheer, piek- en dalarbitrage en andere scenario's om de winstgevendheid van het systeem te verhogen.
In de nieuwe energiemarkt van China heeft het op het elektriciteitsnet aangesloten energieopslagsysteem voor zonnepanelen aanzienlijke belangstelling gewekt als een opkomend toepassingsscenario voor hernieuwbare energie. Door een energieopslagapparaat, zonne-energieopwekking en een wisselstroomnet te integreren, maximaliseert het systeem het gebruik van hernieuwbare energie.
4. Scenario's voor toepassingen van energieopslagsystemen in microgrids
Vanwege het belang ervan als energieopslagapparaat, neemt het microgrid-energieopslagsysteem een steeds prominentere positie in binnen het elektriciteitsnet en de ontwikkeling van nieuwe energiebronnen in China.
Naarmate hernieuwbare energie aan populariteit wint en wetenschappelijke en technologische vooruitgang zich blijft ontwikkelen, nemen ook de toepassingsmogelijkheden voor energieopslagsystemen in microgrids toe. Deze toepassingsmogelijkheden hebben voornamelijk betrekking op de twee onderstaande aspecten:
1) Gedistribueerde energieopwekking en energieopslag: Gedistribueerde energieopwekking houdt in dat kleinschalige energieopwekkingsinstallaties dicht bij de eindgebruiker worden geplaatst, waarbij gebruik wordt gemaakt van bronnen zoals windenergie, zonne-energie en andere. Overtollige opgewekte energie wordt vervolgens opgeslagen in een energieopslagsysteem, dat dient als reserve-energievoorziening tijdens perioden met een hoge elektriciteitsvraag of stroomuitval.
2). Stroomvoorziening via microgrids: Voor een betrouwbare lokale stroomvoorziening in afgelegen gebieden, op eilanden en andere locaties met beperkte toegang tot het elektriciteitsnet, kunnen energieopslagsystemen via microgrids worden ingezet als reserve-stroombronnen.
Door gebruik te maken van de complementariteit van meerdere energiebronnen kunnen microgrids het potentieel van gedistribueerde, schone energie optimaal benutten. Hierdoor kunnen ze nadelige aspecten zoals beperkte capaciteit, onbetrouwbare energieopwekking en onbetrouwbare onafhankelijke stroomvoorziening verminderen, terwijl tegelijkertijd de veilige werking van het grotere elektriciteitsnet wordt gewaarborgd. Microgrids vormen zo een waardevolle aanvulling op het grotere elektriciteitsnet. De schaal van toepassingsscenario's voor microgrids is aanzienlijk groter, variërend van enkele kilowatts tot tientallen megawatts, en de verscheidenheid aan mogelijke implementaties is aanzienlijk breder.
De toepassingsmogelijkheden van fotovoltaïsche energieopslag zijn breed en gevarieerd, variërend van microgrids en off-grid systemen tot netgekoppelde systemen. Praktische toepassingen van hernieuwbare energie worden gekenmerkt door de unieke voordelen en eigenschappen van elk scenario, die samen gebruikers voorzien van betrouwbare en efficiënte stroom.
Naarmate de PV-technologie zich verder ontwikkelt en de kosten blijven dalen, zal energieopslag via zonne-energie een steeds belangrijkere rol gaan spelen in het energiesysteem van de toekomst. Tegelijkertijd zullen de ontwikkeling en implementatie van diverse scenario's de snelle vooruitgang van de opkomende energiesector in China bevorderen en bijdragen aan de realisatie van de energietransformatie en een koolstofarme, milieuvriendelijke ontwikkeling.
