Pohrana energije baterija: od baterije do upravljanja energijom

Ako projektirate sustav za pohranu energije, vrijedi razumjeti cijeli lanac, a ne samo kapacitet. Skladištenje energije u baterijama je koordinirani sustav u kojem je baterija samo jedna komponenta. Prvo ćemo pogledati kako proces funkcionira i zašto sama baterija nije dovoljna. Zatim ćemo razmotriti osnove skladištenja solarne energije: bateriju i elektroničku opremu za nadzor koja je štiti.

Objasnit ćemo kako inverter ili PCS pretvara istosmjernu struju u izmjeničnu i natrag. Pokazat ćemo vam što pametni brojilac mjeri na točki priključka na mrežu. EMS je upravljač koji odlučuje kada i koliko sustav treba puniti ili pražniti. Također ćemo pogledati komunikacijske protokole (RS485, Modbus, CAN, Ethernet) koje uređaji koriste za međusobnu komunikaciju.

Zatim ćemo pogledati kako solarni paneli i sustav za pohranu energije rade zajedno, tipične načine rada i kako EMS funkcionira u praksi. Pokazat ćemo vam kada kontrolni sustav ide dalje od pukog povećanja samopotrošnje i kako se kućanski sustav razlikuje od industrijskog. Na kraju, možete pročitati o kriterijima odabira i stručnom mišljenju tvrtke SOLARKIT.

Kako funkcionira skladištenje energije u baterijama?

Ako se pitate kako funkcionira skladištenje energije u baterijama, najjednostavnije je pratiti put energije od krova do utičnice. Solarni paneli proizvode istosmjernu struju (DC), koju inverter pretvara u izmjeničnu struju (AC) prikladnu za kućnu upotrebu. Proizvedena energija prvo se koristi za kućanske uređaje. Ako proizvodnja nadmaši trenutnu potrošnju, višak se ne predaje mreži, već se koristi za punjenje baterije. Kad je baterija puna, svaki daljnji višak sustav predaje mreži, pod uvjetom da je to dopušteno.

Navečer, po oblačnom vremenu ili tijekom nestanka struje (ako je sustav također sposoban za rad izvan mreže), proces se obrće. Baterija se isprazni, a inverter pretvara pohranjenu istosmjernu struju natrag u izmjeničnu struju. Sustav vrši taj prijelaz automatski, bez ljudske intervencije. Ako se pohranjena energija potroši, a solarni paneli ne proizvode električnu energiju, opskrbu preuzima mreža.

Suština pohrane energije u bateriji za solarne panele stoga je pomicanje u vremenu: koristite višak proizveden tijekom dana kada solarni paneli više ne proizvode električnu energiju. To je značajno jer mnoga kućanstva troše najviše električne energije ujutro i rano navečer, kada solarni paneli daju vrlo malo energije. Važno je pojasniti da baterija sama po sebi ne proizvodi energiju; ona je samo pohranjuje i otpušta.

Zašto baterija sama nije dovoljna?

Baterija za pohranu energije sama po sebi samo pohranjuje energiju u kemijskom obliku. Ne može odlučiti kada će se puniti, kada pražniti ili koliki napon isporučiti, niti pretvara istosmjerni tok u oblik upotrebljiv za kućanstvo; za to je potreban pretvarač ili PCS.

Štoviše, litij-ionske ćelije su osjetljive. Prekomjerno punjenje, duboko pražnjenje, prevelika struja ili rad izvan dopuštenog temperaturnog raspona mogu dovesti do toplinskog proboja, što može čak uzrokovati požar. Sustav BMS-a osmišljen je da to spriječi; on neprestano nadzire stanje napunjenosti i stanje ispravnosti, a u slučaju opasnosti odspaja bateriju ili smanjuje struje punjenja i pražnjenja. On upravlja razlikama u naponu između ćelija balansiranjem, jer bi bez toga najslabija ćelija ograničila kapacitet cijelog paketa baterija. Ti su rizici djelomično pitanje kemije ćelije. Stoga se energetski sustavi za pohranu koje isporučujemo proizvode koristeći ćelije od litij-željeznog fosfata (LFP, LiFePO₄), koje imaju bolju toplinsku stabilnost od NMC ćelija s njihovom višom energetskom gustoćom. O tome će se detaljno raspravljati u sljedećem poglavlju. 

Međutim, bez obzira na to koliko je ćelija sigurna, sustav mora moći nadzirati što se događa unutar zgrade i na točki priključka na mrežu. To zahtijeva mjerenje, a za donošenje odluka potreban je viši sustav upravljanja – BMS. O tim se temama možete detaljnije informirati u sljedećim poglavljima.

Osnova sustava za pohranu solarne energije: baterija

Baterija je u središtu svakog sustava za pohranu solarne energije, stoga su mogućnosti sustava uvelike određene kemijom ćelije na kojoj se temelji. Za kućne sustave za pohranu, litij-željezni fosfat (LFP, LiFePO₄) trenutno je jedan od najčešćih izbora. U usporedbi s NMC (nikl-mangan-kobalt) ćelijama, ima stabilniju kristalnu strukturu i manje je sklona otpuštanju kisika na visokim temperaturama, čime nudi veću toplinsku stabilnost. Prednost NMC-a je njegova veća energetska gustoća, što je važno kada su prostor ili težina ograničavajući čimbenik.

Još jedna važna karakteristika je vijek trajanja ciklusa: to označava broj potpunih ciklusa punjenja i pražnjenja nakon kojih kapacitet pada na 70 posto svoje izvorne vrijednosti. Na temelju podataka proizvođača i industrije, LFP ćelija obično traje 6000–8000 ciklusa, pa čak i do 10 000 ciklusa, dok je broj za NMC ćelije općenito niži. Pod pretpostavkom jednog ciklusa dnevno, to bi moglo značiti više od desetljeća rada; međutim, na stvarni vijek trajanja utječu i dubina pražnjenja (DoD) i temperatura. Vrijedi obratiti pozornost na upotrebljivi kapacitet u tehničkim podacima, jer on može biti manji od nominalnog kapaciteta: proizvođači obično dopuštaju dubinu pražnjenja od 80–95 posto.

Razina napona baterije za pohranu energije također je ključan čimbenik. Na tržištu za kućanstva postoje dvije glavne kategorije: niskonaponski sustavi, obično s nominalnim naponom od 51,2 V, i visokonaponski sustavi za pohranu, koji mogu doseći i do 800 V. Naponske verzije s niskim naponom mogu se proširiti povezivanjem u paralelnu vezu i nude veliki kapacitet po pristupačnoj cijeni, dok su naponske verzije s visokim naponom bolje prilagođene sustavima s visokom potrošnjom energije i velikom snagom. Rasponi napona baterije i pretvarača moraju odgovarati; uvijek ih je vrijedno provjeriti prije kupnje.

Komunikacija između baterije i invertera – kako se energija pretvara?

Baterija pohranjuje istosmjernu struju, dok kućanstvo i mrežni napon rade na naizmjeničnoj struji; stoga je između njih uvijek potreban pretvarač. To je putanju energije. Međutim, protok informacija jednako je važan: bez komunikacije između baterije i pretvarača, pretvarač ne bi znao koliku struju može crpiti iz baterije ili joj je opskrbljivati. U litij-ionskim sustavima stoga komunikacijski kabel povezuje ta dva uređaja, putem kojeg BMS prenosi stanje punjenja i dopuštene granice punjenja i pražnjenja. Ako je ta veza ispravna, dva uređaja rade kao jedna, koordinirana cjelina.

Rad sustava baterija i kontinuirano praćenje

Rad sustava baterija temelji se na komunikaciji zatvorene petlje. U ovoj konfiguraciji, BMS i inverter su u dvosmjernoj komunikacijskoj vezi, a BMS neprestano šalje stanje napunjenosti (SOC), napon, temperaturu te dopuštene struje punjenja i pražnjenja na inverter. Ako se baterija približava punom punjenju, BMS može smanjiti struju punjenja kako bi spriječio prekomjerno punjenje i omogućio izjednačavanje ćelija. Ako temperatura izađe iz sigurnog raspona, punjenje ili pražnjenje se usporava ili, ako je potrebno, potpuno se zaustavlja.

Nasuprot tome, u sustavu otvorene petlje inverter radi na temelju unaprijed postavljenih parametara i ne prilagođava se stvarnom stanju baterije. To može dovesti do manje učinkovitog punjenja, prekomjernog punjenja ili dubokog pražnjenja, a u konačnici i do kraćeg vijeka trajanja. Prema iskustvu proizvođača, upravljanje zatvorenom petljom ne samo da može produljiti vijek trajanja, već i smanjiti vrijeme ponovnog punjenja.

Praćenje stanja baterije vidljiv je aspekt tog odnosa. U sustavu zatvorene petlje stanje napunjenosti izvedeno je iz mjerenja koja provodi BMS, a ne procjenjuje se na temelju napona. Podaci iz BMS-a također se prikazuju na zaslonu invertera ili na oblačnoj platformi proizvođača, što vam omogućuje daljinski nadzor stanja napunjenosti i stanja baterije.

Koja je razlika između hibridnog invertera i PCS-a?

Hibridni inverter kombinira funkcije solarnog i baterijskog invertera u jednoj jedinici: prima istosmjernu struju iz solarnih panela putem svojih MPPT ulaza, puni i pražni bateriju te zatim isporučuje izmjeničnu struju kućanstvu ili mreži. To je uobičajeno rješenje za stambene sustave, osobito kod novih instalacija, jer jedno uređaj upravlja i solarnim panelima i sustavom za pohranu energije.

PCS (sustav za pretvorbu energije) je dvosmjerni pretvarač za komercijalne i industrijske sustave za pohranu energije, koji pretvara energiju između baterije i mreže ili potrošača, u sinkronizaciji s mrežom. Funkcionalno, međutim, inverter također uključuje PCS: zapravo, to je kombinacija pretvarača (PCS), jednog ili više MPPT modula i, u mnogim slučajevima, modula prekidača (STS). Inverteri stoga također obavljaju funkcije usklađenosti s mrežom, regulacije frekvencije i napona te zaštite. Razlika je stoga više u razmjeru i arhitekturi: PCS jedinice su često modularne, što omogućuje povezivanje više jedinica kako bi se postigao željeni izlazni kapacitet, dok su punjenje i pražnjenje pod kontrolom zasebnog EMS-a; na industrijskoj razini mogu nuditi i dodatne funkcije.

Razlika stoga nije oštra: postoje i PCS jedinice opremljene MPPT ulazima, a hibridni inverteri su također dvosmjerni pretvarači. Ta se dva pojma u industriji često koriste naizmjenično, stoga se isplati usporediti specifične funkcije u tehničkim podacima. Jednostavno rečeno: hibridni inverter se obično koristi u obiteljskoj kući, dok se samostalni PCS i EMS instaliraju u sustavu industrijskog razmjera.

Pametni brojilac: što se događa na mreži?

Baterija i inverter mogu "vidjeti" samo svoje vlastito strujno krug. Da bi sustav donio pravu odluku, mora znati koliko električne energije dolazi iz mreže i koliko se natrag vraća u nju. Taj zadatak obavlja pametni brojilac – brojilac instaliran na točki priključka na mrežu i povezan s inverterom, koji često radi s transformatorom struje (CT). To nije isto što i brojilo za naplatu električne energije dobavljača. Sustav za upravljanje energijom temelji svoje odluke na podacima ovog uređaja. Bez tih mjerenja, upravljački sustav bi radio naslijepo.

Što mjeri pametni brojilac?

Pametni brojilo vrši dvosmjerno mjerenje: odvojeno bilježi energiju uzetu iz mreže i energiju vraćenu u mrežu. Također mjeri trenutačne vrijednosti, kao što su napon, struja, snaga, frekvencija i faktor snage, te ih obično šalje u inverter putem RS485 linije koristeći Modbus-RTU protokol.

Prijenos podataka je brz: u rješenjima nekih proizvođača, mjerač svake sekunde prenosi vrijednost prosječne snage EMS-u, nakon čega EMS šalje novi referentni signal inverteru. To sustavu omogućuje da reagira unutar jedne sekunde ako, na primjer, ulazna snaga dosegne dopušteni limit. To čini osnovu za ograničenje uvoda (ograničenje izvoza) i rad s nultim uvodom, što su u nekim područjima propisane mrežnim pravilima.

Lokacija brojila jednako je važna. Mora biti postavljeno između mreže i svih kućanstvenih potrošača i drugih generatora, jer je to jedini način praćenja ukupnog protoka energije na posjedu. Razlika između trenutačne potrošnje i proizvodnje pokazuje crpite li trenutno energiju ili je vraćate u mrežu. Ako je brojilo instalirano na pogrešnom mjestu – na primjer, na strani potrošača – sustav će raditi s netočnim podacima.

Zašto je važan ispravan smjer mjerenja?

Transformator struje (CT) osjetljiv je na smjer: strelica na njemu označava smjer struje koji se smatra pozitivnim. Ako je montiran naopako, sustav će potrošnju tumačiti kao povratnu isporuku, a povratnu isporuku kao potrošnju. U takvim slučajevima upravljač skladištenja energije radi upravo suprotno od onoga što bi trebao: isporučuje višak solarne energije u mrežu umjesto da puni bateriju ili ne isprazni bateriju navečer dok kuća crpi struju iz mreže. U sustavu postavljenom na nulti izvoz, kvar može značiti i da sustav, iako se ograničenje čini aktivnim, zapravo vraća energiju u mrežu bez ograničenja.

Ispravan smjer može varirati ovisno o proizvođaču: u nekim slučajevima strelica mora pokazivati prema mreži, dok u drugim rješenjima mora pokazivati prema inverteru. Stoga se uvijek treba pridržavati specifičnog priručnika za instalaciju. Neki inverteri mogu softverski preokrenuti smjer mjerenja, dok aplikacije nekih proizvođača pomažu u filtriranju grešaka pomoću CT funkcije nadzora.

EMS – "mozak" sustava za pohranu energije

Ako je BMS čuvar baterije, onda je EMS (sustav za upravljanje energijom) mozak cijelog sustava za pohranu energije. Ovaj upravljač višeg nivoa odlučuje kada, zašto i koliko energije sustav treba pohraniti ili isprazniti. EMS sustav komunicira izravno s inverterom i BMS-om, uzima u obzir podatke iz mreže, solarnih panela i potrošača te ih zatim koristi za formuliranje operativne strategije. U stambenim sustavima često je integriran u softver jedinice za pohranu ili invertera, ali postoje i samostalni uređaji za upravljanje energijom. Krajnji rezultat je isti: središnja jedinica koja pruža cjelovit pregled cijelog sustava.

Što znače skraćenice EMS i BMS?

Ukratko, EMS i BMS označavaju: BMS (sustav za upravljanje baterijama) je sustav za upravljanje baterijama, dok je EMS (sustav za upravljanje energijom) upravljački sustav koji upravlja energijom. Dvije kratice su slične, ali njihove funkcije djeluju na različitim razinama.

BMS djeluje na razini baterije. Prati napon, struju i temperaturu ćelija, procjenjuje stanje napunjenosti i stanje ispravnosti, uravnotežuje ćelije i obavlja zaštitne funkcije. U većim baterijskim paketima može biti višerazinski: pojedinačne BMS jedinice modula prijavljuju se glavnom BMS-u.

EMS, nasuprot tome, radi na razini sustava. Ne bavi se pojedinačnim ćelijama, već time kako bi se energija trebala raspodijeliti između baterije, solarnih panela, mreže i potrošača, uzimajući u obzir ograničenja mreže, primjerice u svrhu povećanja samopotrošnje, pomicanja opterećenja ili smanjenja vršne potrošnje.

Ta dva sustava rade zajedno: odluke EMS-a ograničene su granicama koje postavlja BMS. Ako BMS utvrdi da je baterija prehladna ili već puna, EMS-ov zahtjev za punjenjem bit će zanemaren; sigurnost je na prvom mjestu. U dobro integriranom sustavu ta podjela rada je besprijekorna: EMS planira, a BMS nadzire.

Koje podatke koristi EMS sustav?

EMS sustav je samo onoliko dobar koliko je točna podaci s kojima radi. Njegovi najvažniji izvori mogu se svrstati u četiri skupine.

Prvi su mjerenja u stvarnom vremenu: podaci o mreži s pametnog brojila, podaci o proizvodnji s invertera i razine punjenja i pragovi primljeni od BMS-a. Drugi su prognoze: napredni sustavi procjenjuju očekivanu proizvodnju solarnih panela na temelju lokacije instalacije i meteoroloških podataka, do 48 sati unaprijed. Treća su obrasci potrošnje: EMS uči ponavljajuće navike kućanstva na temelju prethodnih mjerenja; neki proizvođači za to zahtijevaju profil opterećenja koji pokriva najmanje dva tjedna. Četvrta je tarifa: tarifni sustav za prodaju električne energije, cijena električne energije i – u slučaju dinamičkih tarifa – cijena koja varira ovisno o vremenskom razdoblju.

Rad sustava za upravljanje energijom u suštini je kontinuirani ciklus planiranja: na temelju podataka sastavlja se raspored koji određuje kada puniti, kada pražniti i koliku rezervu ostaviti. Baterija to provodi, BMS izvještava o trenutnoj razini napunjenosti, a EMS na temelju toga ponovno planira.

Zbog toga se baterija možda neće odmah puniti, čak ni po sunčanom vremenu. To je namjerno: na temelju prognoze napunit će se kasnije; na taj način sustav izbjegava smanjenje izlaza solarnih panela zbog ograničenja priključka, a istovremeno čuva kalendarski vijek trajanja baterije.

Kako međusobno komuniciraju komponente sustava za upravljanje skladištenjem energije?

Kao što se može vidjeti iz prethodnih poglavlja, u sustavu za pohranu energije zajedno rade nekoliko neovisnih uređaja: baterija, pretvarač, mjerač i EMS. Sustav za upravljanje pohranom energije radi pouzdano samo ako ti uređaji govore istim jezikom. U praksi su se raširila brojna isprobana i provjerena komunikacijska rješenja: serijski RS485 bus koji koristi Modbus protokol, CAN bus, kao i Ethernet i internetske veze. Svako od njih ima svoju ulogu, a često više njih radi istovremeno unutar jednog sustava. U nastavku pružamo kratak, praktičan pregled svakog od njih.

RS485 i Modbus

RS485 je fizički standard: definira kako signali putuju kroz kabel s uvijenim parom. Modbus je, s druge strane, protokol koji specificira format u kojem uređaji šalju i primaju upite. Serijski Modbus radi na principu gospodar–rob: središnji uređaj šalje upit, ostali odgovaraju samo kada su obraćeni i ne komuniciraju međusobno.

Više uređaja može se serijski povezati na jednu RS485 sabirnicu, a pri niskim brzinama prijenosa podataka može podržati duljine kabela do 1200 metara. Uobičajena primjena u sustavima za pohranu energije je povezivanje pametnih brojila, no mnogi proizvođači također nude RS485 povezivost za komunikaciju između baterija i pretvarača.

Tijekom instalacije treba imati na umu nekoliko detalja: ispravno dodjeljivanje pinova A i B, terminiranje busa, brzinu prijenosa podataka i Modbus adrese uređaja. Ako je bilo koji od tih parametara netočan, komunikacija može biti povremena ili se uopće ne uspostavi.

CAN komunikacija

CAN (Controller Area Network) magistrala izvorno je razvila tvrtka Bosch za automobilsku industriju, ali se sada također široko koristi u industrijskoj automatizaciji i sustavima za pohranu energije u baterijama. Za razliku od RS485 Modbusa, ovdje ne postoji obavezni središnji uređaj: CAN je multi-master sustav temeljen na emitiranju u kojem svaki čvor može slati podatke kada je magistrala slobodna, a sudari se rješavaju arbitražom prioriteta bit po bit. Diferencijalna prijenosna signalizacija učinkovito filtrira električnu buku, a otkrivanje pogrešaka dio je protokola.

U kućnim sustavima za pohranu, razmjena podataka između BMS-a i invertera često se odvija putem CAN-a, koristeći RJ45 kabel. Moduli baterija spojeni paralelno također mogu međusobno komunicirati putem iste sabirnice. Kabel izgledom podsjeća na mrežni kabel, ali konfiguracija pinova može varirati od proizvođača do proizvođača; stoga se uvijek mora koristiti konfiguracija koju je odredio proizvođač.

Ethernet i povezivost s oblakom

Treći sloj je mrežna veza. Mnogi inverteri povezuju se na lokalnu mrežu i internet putem LAN priključka, Wi-Fi veze ili zasebnog modula za prikupljanje podataka (dongla). Na nekim modelima Modbus TCP je dostupan i putem Ethernet priključka, što omogućuje vanjskom EMS-u ili programu za upravljanje pametnim domom da izravno čita podatke o potrošnji, proizvodnji i bateriji.

Poveznica s oblakom povezuje se s platformom za nadzor proizvođača: odavde možete pristupiti podacima sustava na svom mobilnom telefonu, dok instalater može daljinski dijagnosticirati, konfigurirati i čak izvršiti nadogradnje firmvera. Optimizacija temeljena na dinamičkim tarifama i vremenskim prognozama također zahtijeva internetsku vezu.

Važno je napomenuti da lokalne kontrolne funkcije – naime ograničenja punjenja, pražnjenja i napajanja – obično rade čak i bez internetske veze. Ako veza zakaže, sustav nastavlja s radom; jednostavno se podaci ne učitavaju u oblak dok se veza ne uspostavi.

Što se događa u slučaju komunikacijske greške?

Posljedice komunikacijskih grešaka ovise o tome koja je veza izgubljena.

Ako se izgubi veza između BMS-a i invertera, inverter ne može odrediti stanje baterije; stoga, iz sigurnosnih razloga, ograničava ili zaustavlja punjenje i pražnjenje te prikazuje kod pogreške, kao što su 'BMS Lost' ili 'BMS communication fault'. U takvim slučajevima baterija je obično neoštećena; kvar je često uzrokovan labavim ili oštećenim komunikacijskim kabelom. Također se može dogoditi da se BMS sam isključi iz sigurnosnih razloga, na primjer zbog prenaponskog strujnog opterećenja ili pregrijavanja, što se također prijavljuje inverteru kao komunikacijski kvar.

Ako se izgubi veza s pametnim brojilom, dobro dizajniran sustav prelazi u sigurno stanje: ograničava izlaznu snagu na zadani limit priključenja.

Stoga je sustav baterija dizajniran tako da, u slučaju gubitka podataka, sigurnost ima prednost nad isplativosti.

Zašto je nadzor baterije važan?

Praćenje baterije nije samo praktična značajka. Postoje tri razloga zašto se isplati redovito provjeravati podatke.

Prvo je rano otkrivanje kvarova. Upozorenja BMS-a ukazuju kada, na primjer, ćelije postanu neuravnotežene, temperatura izađe iz sigurnog raspona ili dođe do prenapona. Ne smiju se zanemariti jer mogu dovesti do oštećenja baterije ili sigurnosnih rizika.

Drugi je praćenje starenja. Stanje zdravlja (SOH) prikazuje kako se kapacitet mijenja tijekom godina, pa se na vrijeme može uočiti ako degradacija napreduje brže nego što se očekivalo.

Treća je jamstvo i servisiranje. Neki instalateri jamstvo za performanse povezuju s online dostupnošću sustava, dok daljinski pristup omogućuje brže otklanjanje poteškoća.

U slučaju pojave koda pogreške, preporučljivo je prepustiti bilo kakvu intervenciju – osobito ažuriranja firmvera – instalateru.

Kako solarni paneli i baterije za pohranu energije rade zajedno?

Ključno pitanje u vezi s interakcijom između solarnih panela i baterije jest mjesto gdje se ta dva kruga susreću. To određuje učinkovitost, skalabilnost, kao i komponente potrebne u sustavu. Postoje dvije osnovne konfiguracije.

U DC-povezanom sustavu solarni paneli i baterija povezani su na isti hibridni inverter, točnije na njegovu zajedničku DC stranu. DC struja iz solarnih panela izravno puni bateriju i pretvara se u AC struju tek za opterećenja ili mrežu. Također je sposoban pohraniti "odrezanu" energiju iz prevelikog solarnog polja. Prilikom punjenja sa solarnih panela, obično postiže učinkovitost ciklusa od 95–98 posto; stoga je za nove instalacije to općenito razuman izbor.

U sustavu s izmjeničnom vezom, solarni paneli se priključuju na vlastiti inverter, dok je baterija povezana na izmjeničnu stranu putem zasebnog baterijskog invertera. Tako se pohranjena energija pretvara i do tri puta, zbog čega je učinkovitost obično 90–94 posto. Zauzvrat, postojeći sustav solarnih panela ostaje netaknut, što ga čini očitim izborom za naknadnu ugradnju. Dva invertera rade neovisno jedan o drugome, pa ako jedan zakaže, drugi može nastaviti s radom.

Međutim, razlika se odnosi samo na pohranjenu energiju: energija koja ide izravno od solarnih panela do potrošača prolazi kroz samo jedno pretvorenje u oba slučaja. Prilikom punjenja iz mreže gubi se prednost učinkovitosti DC veze. Stoga, pri projektiranju sustava za pohranu energije sa solarnim panelima i baterijom, ono što je važno je stvarna količina energije koja prolazi kroz bateriju.

Ako razmišljate o tome koja je konfiguracija najprikladnija za vaš sustav, dilemu o AC-nasuprot DC-povezanom skladištenju energije detaljno istražujemo u našem članku, koji također uključuje kriterije za donošenje odluke.

Koji su načini rada dostupni u modernom sustavu?

U najsuvremenijem sustavu upravljač skladištenja energije ne radi prema jednoj, fiksnoj logici. Proizvođači nude nekoliko načina rada, a vi možete birati između njih na temelju lokalnih tarifa i zahtjeva korisnika. Nazivi se razlikuju od proizvođača do proizvođača, ali je temeljna logika slična.

Optimizacija vlastite potrošnje: redoslijed prioriteta je potrošači, baterija, mreža. Solarni panel prvo opskrbljuje kuću; svaki višak puni bateriju; a tek ono što ostane nakon toga se predaje mreži. To je povoljno kada je tarifa za predaju energije niska, a nabavna cijena visoka.

Prvo u mrežu: nakon što je kuća opskrbljena, višak solarne energije primarno se isporučuje u mrežu, a ne u bateriju. To može imati smisla ako je tarifa za prodaju energije viša od cijene kupljene električne energije.

Režim rezervne opskrbe: sustav održava bateriju na višoj razini napunjenosti kako bi se osigurala opskrba kritičnih opterećenja u slučaju nestanka struje (za sustave s izlazom za rezervnu opskrbu). Ovo se preporučuje na područjima gdje su prekidi u opskrbi mrežom česti.

Planirano punjenje i pražnjenje (Force time use, Time of use): korisnik može odrediti kada sustav treba puniti iz mreže i kada treba pražniti bateriju. U okviru tarife s promjenjivim cijenama u različito doba dana, energija pohranjena tijekom jeftinijih razdoblja može se koristiti tijekom skupljih sati.

Neki sustavi također nude dodatne načine rada, kao što su smanjenje vršne potrošnje ili način rada s generatorom. U načinima rada za samopotrošnju i rezervu obično je moguće postaviti minimalno stanje napunjenosti (Min SOC) ispod kojeg se baterija neće ispuštati.

Odabir odgovarajućeg načina rada stoga je prvenstveno pitanje tarife: isti hardver može donijeti sasvim različite uštede s različitim postavkama.

Kako EMS sustav funkcionira u praksi

Kako bismo to učinili opipljivijim, pogledajmo tipičan dan u zamišljenom obiteljskom domu opremljenom solarnim panelima, baterijom, toplinskom pumpom i punjačem za električni automobil. Ovaj primjer služi samo u ilustrativne svrhe; stvarno se ponašanje razlikuje ovisno o proizvođaču i postavkama.

Prethodne večeri EMS sustav iz prognoze vidi da se sljedeći dan očekuje sunčano vrijeme. Stoga tijekom noći ne puni bateriju iz mreže, a ujutro je isprazni na minimalnu razinu napunjenosti kako bi pokrio jutarnju potrošnju dok solarni paneli ne počnu proizvoditi energiju.

Do sredine jutra proizvodnja već premašuje potrošnju kućanstva. U tom trenutku EMS može prebaciti toplinsku pumpu u pojačani način rada putem SG Ready priključka, tako da se višak pohranjuje kao toplina u spremnik tople vode ili akumulacijski spremnik. Ako nema toplinske pumpe, grijač, na primjer, može se upravljati putem relejnog kruga.

U podne, tijekom razdoblja vršne proizvodnje, baterija se puni, a električni automobil se također puni solarnom energijom. Neki sustavi za upravljanje energijom daju prioritet punjenju automobila viškom energije, a može se postaviti i minimalna razina napunjenosti kako bi se osigurao uvijek dovoljan domet. Sustav raspodjeljuje višak na takav način da se izlazna snaga solarnih panela ne mora smanjivati zbog ograničenja priključka.

Navečer baterija preuzima opskrbu kuće. EMS ne dopušta da razina punjenja padne ispod postavljenog minimuma, tako da i dalje postoji rezerva za noć, dok BMS kontinuirano nadzire ćelije.

Rad sustava za upravljanje energijom stoga je kombinacija davanja prioriteta i predviđanja: cilj je iskoristiti što je više moguće vlastito proizvedene energije, u najpovoljnije vrijeme i uz što manji gubitak.

Kada energetski upravljački sustav nadilazi jednostavnu samopotrošnju?

Povećanje samopotrošnje je osnovna funkcija, ali napredni sustav za upravljanje energijom može puno više od toga. U takvim slučajevima, pitanje više nije samo gdje se koristi samoprodikovana električna energija, već i kada, po kojoj cijeni i pod kojim mrežnim uvjetima.

S dinamičnim tarifama, EMS koristi prognoze cijena za punjenje baterije kada je električna energija jeftina i njezino korištenje kada je skupa. To je poznato kao energetska arbitraža. Da bi to učinio, mora istovremeno uzeti u obzir očekivanu proizvodnju, potrošnju i stanje napunjenosti baterije.

Kod ravnanja vršnih opterećenja cilj je smanjiti vršna opterećenja snage iz mreže. Tamo gdje su tarife povezane s najvišom potrošenom snagom, baterija se ispražnjava tijekom vršnih razdoblja, čime se smanjuje naknada za snagu. To je posebno važno kada naknada za snagu čini značajan dio računa.

Usklađenost s propisima mreže također je dio upravljanja energijom: sustav održava ograničenje povratne energije i, na određenim tržištima, može ograničiti potrošnju ili povrat energije na zahtjev operatera mreže.

Najviša razina je virtualna elektrana (VPP). U tom slučaju, središnji softverski sustav koordinira mnoge geografski raspršene jedinice za pohranu, omogućujući im da se ponašaju kao jedna, kontrolirana elektrana. Ti sustavi također mogu sudjelovati u regulaciji frekvencije i upravljanju potražnjom, pri čemu vlasnici dobivaju udio u prihodima.

Koja je od tih opcija dostupna ovisi o lokalnom tržištu i regulatornom okruženju. Stoga je pri odabiru sustava za upravljanje energijom vrijedno razmotriti i buduće mogućnosti.

Koja je razlika između kućnog i industrijskog skladištenja energije u baterijama za solarne panele?

Osnovni princip je isti u oba slučaja: baterija, BMS, inverter i kontrolni sustav. Razlika je u razmjeru, dizajnu i ciljevima.

U stambenim sustavima kapacitet obično varira od nekoliko kWh do desetaka kWh; upotrebljivi kapacitet od 5–10 kWh često je dovoljan za pokrivanje prosječne večernje i noćne potrošnje. Konverziju obično provodi jedan pretvarač, dok je upravljanje integrirano u softver pretvarača ili sustava za pohranu. Glavni je cilj povećati samopotrošnju i osigurati rezervno napajanje kada je to potrebno. Postoje i modularni, grijani dizajni pogodni za vanjsku instalaciju; takva rješenja možete pronaći, na primjer, među jedinicama za pohranu energije tvrtke EcoFlow.

Na industrijskoj i komercijalnoj razini kapacitet može varirati od nekoliko stotina kWh do megavatsati. Sustavi su dostupni u izvedbama u ormarima ili kontejnerima; BMS-ovi modula organizirani su u višerazinsku hijerarhiju, pretvorbu obavljaju modularne PCS jedinice, a upravljanje se odvija putem zasebnog EMS-a ili SCADA sustava. Također su uobičajeni i sve-u-jednom dizajni, gdje se pretvarač, baterija i sustav za upravljanje temperaturom nalaze u predintegriranom ormaru. Upravljanje temperaturom igra ključnu ulogu; uz zračno hlađenje, tekućinsko hlađenje postaje sve raširenije, a sustavi za zaštitu od požara i detekciju dima također su sastavni dijelovi opreme.

Ciljevi su također različiti. Na industrijskom postrojenju, uz samopotrošnju, važno je i smanjenje vršne potrošnje, premještanje opterećenja te usluge mreže; stoga se dimenzioniranje temelji na profilu opterećenja postrojenja. Zahtjevi za sigurnost i kvalitetu električne energije također su stroži kada je riječ o priključenju na mrežu.

Skladištenje energije iz solarnih panela i baterija stoga se temelji na istim temeljnim načelima; međutim, u industrijskim razmjerima važnost dizajna, sigurnosti i poslovnog modela znatno je veća.

Na čemu biste trebali temeljiti svoj izbor sustava za pohranu energije?

Iz dosadašnjeg izlaganja već je jasno od čega se sastoji sustav za pohranu energije: baterija s BMS-om, inverter, brojilo i EMS. Prilikom donošenja odluke stoga nije dovoljno usredotočiti se na jednu jedinu brojku, poput kWh. Vrijedi uzeti u obzir tri skupine čimbenika zajedno: kapacitet i snagu, kompatibilnost između komponenti i mogućnosti upravljanja. Prije donošenja odluke vrijedi prikupiti vlastite podatke o potrošnji, jer bez njih je dimenzioniranje sustava tek procjena.

Kapacitet i snaga

Kapacitet (kWh) označava koliko energije baterija može pohraniti, dok snaga (kW) označava opterećenje koje može isporučiti u bilo kojem trenutku. To dvoje nije isto: sustav s visokim kapacitetom, ali niskom isporučenom snagom, trajat će dugo, ali može se pokazati nedovoljnim kada se uključi uređaj velike snage.

Kapacitet se prvenstveno određuje prema večernjoj i noćnoj potrošnji, a ne prema ukupnoj dnevnoj potrošnji. Uvijek temeljite svoje izračune na upotrebljivom kapacitetu, a ne na nazivnom kapacitetu. Kada razmatrate snagu, vrijedi pogledati i kontinuiranu snagu i kratkoročnu vršnu snagu, kao i to je li sustav ograničen pretvaračem ili baterijom za pohranu energije. Ako je cilj osigurati rezervno napajanje, morate uzeti u obzir i koja uređaja moraju ostati u pogonu tijekom nestanka struje.

Važna je i skalabilnost. Kod modularnog sustava kapacitet se može kasnije povećati dodavanjem dodatnih modula; takvo rješenje pronaći ćete, na primjer, među sustavima za pohranu energije tvrtke FoxEss . Međutim, uvjete za proširenje uvijek određuju proizvođačeve specifikacije.

C-stopa i kompatibilnost

C-stopa označava koliko brzo se baterija može puniti ili pražniti u odnosu na svoj kapacitet. Pri 1C može se potpuno napuniti ili isprazniti za jedan sat; pri 0,5C za dva sata. U praksi to određuje snagu izlaza: baterija od 10 kWh sposobna za opterećenje od 0,5C može održavati izlaz od otprilike 5 kW tijekom duljeg razdoblja. LFP ćelije obično dobro podnose kontinuirana opterećenja od 0,5C i kratkoročna opterećenja od 1C. C-stope punjenja i pražnjenja mogu se razlikovati; to je zasebno navedeno u tehničkim podacima.

Kompatibilnost je jednako važna. Raspon napona baterije mora odgovarati rasponu invertera, a komunikacijski protokoli (CAN ili RS485) koje koriste baterija i inverter također moraju biti kompatibilni. Visokonaponske i niskonaponske baterije nisu zamjenjive, čak i ako imaju isti kapacitet u kWh. Uvijek provjerite trenutačni, odobreni popis kompatibilnosti proizvođača, na razini modela i firmvera. Neodobrena kombinacija može raditi, ali može dovesti do poruka o pogreškama, smanjene učinkovitosti ili problema s jamstvom.

Funkcije EMS sustava

Mogućnosti EMS-a određuju koliko možete iskoristiti hardver. Vrijedi provjeriti podržava li sustav upravljanja punjenje temeljeno na prognozi i dinamičke tarife, može li upravljati ograničenjem uvoda i ima li funkciju smanjenja vršnog opterećenja. Ako kod kuće imate i toplinsku pumpu ili punjač za električni automobil, važno je da EMS može kontrolirati i njih, na primjer putem SG Ready ili EEBUS veze.

Otvoreni sučelje, kao što je Modbus TCP, omogućuje vam povezivanje s vanjskim sustavima u budućnosti. Također biste trebali provjeriti aplikaciju proizvođača, provjeriti jesu li dostupna daljinska ažuriranja i saznati kakvu zaštitu od kibernetičkih napada nudi proizvođač. To je važno jer obično kupujete sustav za pohranu energije koji će trajati desetljećima, a softver se tijekom tog razdoblja može poboljšavati ažuriranjima. Na kraju, provjerite radi li lokalni sustav za upravljanje i bez internetske veze.

SOLARKIT-ov pogled na skladištenje energije u baterijama

Kao veletrgovac solarnim panelima i partner koji pruža tehničku podršku, primijetili smo da uspjeh skladištenja energije u baterijama rijetko ovisi o samoj bateriji. Naprotiv, ovisi o tome koliko su dobro usklađene komponente sustava i je li dizajn temeljen na stvarnim podacima o potrošnji. Loše odluke obično proizlaze iz nedostatka procjene, a ne iz nedostatka tehničkog znanja. Stoga u nastavku preporučujemo pristup, a ne određeni proizvod.

Od čega se sastoji idealan sustav za pohranu energije?

Ako pitate od čega bi se idealno trebao sastojati sustav za pohranu energije, naš odgovor obuhvaća pet elemenata: bateriju na bazi LFP tehnologije, s korisnim kapacitetom dimenzioniranim prema vašoj večernjoj potrošnji; pouzdani BMS s komunikacijom zatvorene petlje; inverter kompatibilan s rasponom napona i popisom kompatibilnosti proizvođača; pametni brojilo ispravno instalirano na točki priključka na mrežu; i EMS koji se može prilagoditi lokalnim tarifama.

Kada je riječ o arhitekturi sustava, naš je zaključak jednostavan: DC priključak za nove sustave, AC priključak za postojeće i ispravno funkcionirajuće invertere. Izuzetak je ako je stari inverter ionako potrebno zamijeniti.

Jednako je važno i ono što ne bi trebalo biti uključeno: nepotrebno prevelike dimenzije. Baterija koja je prevelika u odnosu na solarne panele rijetko proporcionalno poboljšava energetsku neovisnost, ali smanjuje povrat ulaganja.

Prije nego što pošaljete ili zatražite ponudu, vrijedi zapisati tip i godinu proizvodnje vašeg postojećeg invertera, naponske i strujne vrijednosti nizova, priključnu snagu i ograničenje uvoda, zahtjev za rezervno napajanje i profil večernjeg opterećenja.

Koja je razlika između BMS-a za baterije i EMS-a?

Ako bismo morali sažeti suštinu razlike između BMS-a za baterije i EMS-a u jednoj rečenici: BMS je odgovoran za sigurnost i vijek trajanja baterije, dok EMS osigurava da se energija koristi što je moguće učinkovitije. BMS kontinuirano nadzire ćelije u stvarnom vremenu, dok EMS planira do 48 sati unaprijed.

U praksi se kvarovi stoga očituju na različite načine. Alarm BMS-a ili kvar u komunikaciji zahtijevaju trenutnu pažnju jer sustav iz sigurnosnih razloga može ograničiti ili zaustaviti punjenje i pražnjenje. S druge strane, loše konfiguriran EMS obično nije sigurnosni problem, već ekonomski: baterijski paket se ne puni niti prazni u najpovoljnije vrijeme.

Stoga se pri kupnji isplati ispitati oba sustava zasebno: kod BMS-a zaštitne funkcije, balansiranje ćelija i komunikaciju zatvorene petlje; kod EMS-a načine rada, predviđanje i skalabilnost. Skladištenje energije baterije dobro funkcionira kada oba sustava rade zajedno na koordiniran način.

Često postavljana pitanja

Kako ukratko funkcionira skladištenje energije u baterijama?

Tijekom dana solarni panel prvo napaja kućanske uređaje; višak se puni u bateriju, a energija se u mrežu uvodi tek kada je baterija puna. U večernjim satima ili tijekom oblačnog vremena baterija se isprazni, a inverter pretvara pohranjenu istosmjernu struju u izmjeničnu struju. Tako pohrana energije u bateriji prenosi solarnu energiju proizvedenu tijekom dana u večer i noć.

Što znače skraćenice EMS i BMS?

Značenja pojmova EMS i BMS su sljedeća: BMS (sustav za upravljanje baterijom) je sustav koji nadzire i štiti napon, struju i temperaturu ćelija baterije. EMS (sustav za upravljanje energijom) upravlja upravljanjem energijom cijelog sustava: odlučuje kada sustav treba puniti, pražniti ili vraćati energiju u mrežu. Razlika između BMS-a baterije i EMS-a stoga je u opsegu: BMS štiti bateriju, dok EMS optimizira cijeli sustav.

Zašto se baterija ne puni odmah kad sunce sija?

U slučaju punjenja temeljenog na prognozi, to je namjerno. Na temelju vremenske prognoze, EMS zna da će se baterija napuniti kasnije, stoga je ujutro ne puni do kraja. To sprječava potrebu za ograničavanjem snage solarnih panela usred dana zbog ograničenja ulaganja u mrežu, a također pomaže u očuvanju kalendarskog vijeka trajanja baterije. Ako problem traje i bez funkcije predviđanja, vrijedi provjeriti smjer priključka brojila.

Što se događa ako se izgubi komunikacija između baterije i invertera?

U tom slučaju inverter ne može odrediti status baterije, pa iz sigurnosnih razloga ograničava ili zaustavlja punjenje i pražnjenje te prikazuje kod pogreške. Baterija je obično ispravna; kvar je često uzrokovan labavim ili oštećenim komunikacijskim kabelom. Ako kvar traje i nakon ponovnog pokretanja, obratite se svom instalateru i nemojte sami ažurirati firmware.

Radi li sustav za pohranu energije bez internetske veze?

Da, u većini sustava. Lokalna kontrola – tj. punjenje, pražnjenje i ograničenje uvoda – radi čak i bez internetske veze. Ako veza zakaže, utjecano je samo na funkcije u oblaku: mobilno nadgledanje, daljinska dijagnostika i optimizacija na temelju vremenskih i cjenovnih prognoza. Podaci se obično prenose nakon što se veza uspostavi. Neki instalateri povezuju jamstvo o učinkovitosti s online dostupnošću, stoga je vrijedno provjeriti to u ugovoru.