Jak połączyć przydomową fotowoltaikę i magazynowanie energii, aby uzyskać optymalną konfigurację?

Naukowcy z Południowokoreańskiego Instytutu Inżynierii Lądowej i Technologii Budowlanych przeanalizowali różne tryby pracy, aby połączyć baterie mieszkalne z modułami fotowoltaicznymi na balkonach w południowokoreańskich budynkach mieszkalnych.

W proponowanej konfiguracji akumulator wchodzi w skład układu hybrydowego, ale jedynie w celu rozładunku do urządzeń AGD podłączonych do linii obciążenia. Odbiór zasilany jest z balkonowych modułów fotowoltaicznych lub akumulatorów, a pozostała energia elektryczna jest magazynowana w systemie magazynowania w razie potrzeby.

Zespół badawczy stwierdził, że gdy akumulator znajduje się w stanie kontroli systemu lub gdy poziom akumulatora (ładowania) znajduje się w stanie awaryjnym, do ładowania akumulatora należy używać energii z sieci.

Naukowcy przeprowadzili symulację systemu hybrydowego w budynku demonstracyjnym w Gaoyang w Korei Południowej, który obejmował prototypowy akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy o pojemności 2,016 kWh i sprawności 93%. W skład systemu wchodzi instalacja fotowoltaiczna balkonowa o mocy 1,2 kW skierowana na południe, składająca się z czterech modułów o mocy 300 W połączonych szeregowo, o sprawności 18%. Kąt pochylenia wynosi 70 stopni i jest dostosowany do wentylatora elektrycznego o mocy 260 W odpowiadającego podłączonemu obciążeniu.

Naukowcy obliczają pojemność akumulatorów, biorąc pod uwagę pojemność systemów fotowoltaicznych i całkowite zużycie energii elektrycznej w gospodarstwach domowych. Naukowcy twierdzą, że podstawowymi ustawieniami pracy akumulatorowych systemów magazynowania energii są: napięcie ładowania okresowego 58,4 V, napięcie odcięcia rozładowania 41 V i napięcie ładowania 44 V.

Badacz Ji YoungEum powiedział: Z tego systemu można korzystać wszędzie, nie tylko w Korei, ze względu na jego małą pojemność.

Naukowcy ocenili wydajność systemu w czterech trybach pracy. Przeanalizowali konfigurację, w której system fotowoltaiczny priorytetowo traktuje zasilanie obciążenia, ładując jedynie akumulator energią fotowoltaiczną, oraz system, który najpierw dostarcza energię fotowoltaiczną do obciążenia, ładując akumulator energią fotowoltaiczną i sieciową. Ponadto rozważali także projekt, w którym priorytetowo ładuje się akumulatory przy użyciu fotowoltaicznych źródeł energii, wykorzystując wyłącznie fotowoltaiczne źródła energii, oraz system, w którym do ładowania akumulatorów priorytetowo traktowane są fotowoltaiczne źródła energii, a następnie do ładowania wykorzystywane są źródła fotowoltaiczne i sieciowe.

Eksperyment trwał około trzech miesięcy od 21 sierpnia 2019 r. do 8 listopada 2019 r. Naukowcy podali, że w celu sprawdzenia wyników ładowania i rozładowywania eksperymenty przeprowadzano we wszystkie dni z wyjątkiem dni deszczowych i dni inspekcji przyrządów.

Ustalili, że w pierwszym trybie rozładowało się około 92% pojemności akumulatora i około 91% obciążenia zostało dostarczone do akumulatora. Zaobserwowali również, że napięcie akumulatora osiągnęło pełny zakres napięcia rozładowania wynoszący 33 V, w związku z czym akumulator nie był używany, ponieważ napięcie akumulatora nie mogło zostać utrzymane aż do następnego ładowania fotowoltaicznego.

Powiedzieli, że w drugim trybie energia fotowoltaiczna jest preferencyjnie wtryskiwana do obciążenia, a jeśli po zasileniu obciążenia nie pozostanie już energia fotowoltaiczna, naładowanie akumulatora jest prawie niemożliwe. Twierdzą, że powoduje to konieczność zapobiegania rozładowaniu akumulatorów poprzez skrócenie czasu ich bezczynności i wykorzystania energii sieciowej.

Trzeci tryb pracy zapewnia całkowite rozładowanie akumulatora, a napięcie akumulatora nie jest utrzymywane aż do następnego dnia, kiedy to energia fotowoltaiczna zostanie naładowana, a następnie przekazana do odbiornika i sieci. W czwartej konfiguracji istnieje duże prawdopodobieństwo, że akumulator nie zostanie całkowicie rozładowany na skutek ładowania z sieci. Gdy napięcie akumulatora osiągnie napięcie zabezpieczające przed pełnym rozładowaniem, akumulator jest ładowany przez sieć energetyczną.

Tryby pracy mieszkaniowych systemów magazynowania energii bateryjnej i fotowoltaiki balkonowej zostały potwierdzone eksperymentami na każdym trybie pracy budynków mieszkalnych (bateryjnych magazynów energii) w poszczególnych gospodarstwach mieszkalnych. Wyniki pokazują, że tryb czwarty jest najbardziej odpowiedni spośród czterech trybów pracy (systemy magazynowania energii akumulatorowej). Jednak aby zastosować to rozwiązanie w różnych gospodarstwach domowych w mieszkaniach, potrzebne są jeszcze pewne funkcjonalności.

Naukowcy opisali swoje prace w niedawnym artykule opublikowanym w czasopiśmie Sustainable Development na temat trybów pracy BESS i fotowoltaiki balkonowej w koreańskich budynkach mieszkalnych.