Skladištenje energije baterija: od baterije do upravljanja energijom

Ako planirate sistem za skladištenje energije, vredi razumeti čitav lanac, a ne samo kapacitet. Sistem za skladištenje energije baterijama je koordinisan sistem u kojem je baterija samo jedna komponenta. Prvo ćemo pogledati kako proces funkcioniše i zašto baterija sama po sebi nije dovoljna. Zatim ćemo razmotriti osnove skladištenja solarne energije: bateriju i elektronsku opremu za nadgledanje koja je štiti.

Razmotrićemo kako inverter ili PCS pretvara naizmeničnu struju u jednosmernu i obrnuto. Pokazaćemo vam šta pametni brojila meri na mestu priključenja na mrežu. EMS je kontroler koji određuje kada i koliko sistem treba da puni ili prazni. Takođe ćemo pogledati komunikacione protokole (RS485, Modbus, CAN, Ethernet) koje uređaji koriste za međusobnu komunikaciju.

Zatim ćemo pogledati kako solarni paneli i sistem za skladištenje energije funkcionišu zajedno, tipične režime rada i kako EMS funkcioniše u praksi. Pokazaćemo vam kada kontrolni sistem prevazilazi jednostavno povećanje sopstvene potrošnje i kako se stambeni sistem razlikuje od industrijskog. Na kraju, možete pročitati o kriterijumima za izbor i stručnom mišljenju kompanije SOLARKIT.

Kako funkcioniše skladištenje energije u baterijama?

Ako se pitate kako funkcioniše skladištenje energije u baterijama, najjednostavniji način je da pratite put energije od krova do utičnice. Solarni paneli generišu jednosmernu struju (DC), koju invertor pretvara u naizmeničnu struju (AC) pogodnu za domaću upotrebu. Generisana energija se prvo koristi za napajanje uređaja u domaćinstvu. Ako proizvodnja pređe trenutnu potrošnju, višak se ne upućuje u mrežu, već se koristi za punjenje baterije. Kada se baterija napuni, svaki dalji višak sistem upućuje u mrežu, pod uslovom da je to dozvoljeno.

Uveče, pri oblačnom vremenu ili tokom prekida napajanja (ako sistem takođe može da radi van mreže), proces se obrće. Baterija se ispražnjuje, a invertor pretvara skladištenu jednosmernu struju nazad u naizmeničnu struju. Sistem vrši ovu promenu automatski, bez ljudske intervencije. Ako se skladištena energija potroši, a solarni paneli ne proizvode struju, mreža preuzima snabdevanje.

Suština skladištenja energije u bateriji za solarne panele je stoga pomeranje u vremenu: koristite višak proizveden tokom dana kada solarni paneli više ne proizvode električnu energiju. Ovo je značajno jer množa domaćinstva troše najviše električne energije ujutru i rano uveče, kada solarni paneli proizvode vrlo malo struje. Važno je razjasniti da baterija sama po sebi ne generiše energiju; ona je samo skladišti i oslobađa.

Zašto baterija sama po sebi nije dovoljna?

Baterija za skladištenje energije sama po sebi samo skladišti energiju u hemijskom obliku. Ona ne može da odluči kada da se puni, kada da se prazni ili koliko električne energije da isporuči, niti pretvara jednosmernu struju u oblik upotrebljiv za domaćinstvo; za to je potreban invertor ili PCS.

Štaviše, litijum-jonske ćelije su osetljive. Prenaponanje, duboko pražnjenje, prekomerna struja ili rad van dozvoljenog temperaturnog opsega mogu dovesti do termičkog neumoljivog rasta temperature, što čak može izazvati požar. Sistem upravljanja baterijom (BMS) je dizajniran da to spreči; on kontinuirano prati stanje punjenja i stanje zdravlja, a u slučaju opasnosti isključuje bateriju ili smanjuje struje punjenja i pražnjenja. On upravlja razlikama u naponu između ćelija balansiranjem, jer bi bez toga najslabija ćelija ograničila kapacitet celog paketa baterija. Ovi rizici su delimično pitanje hemije ćelija. Stoga se energetski sistemi za skladištenje koje isporučujemo proizvode korišćenjem ćelija od litijum-železo-fosfata (LFP, LiFePO₄), koje imaju bolju toplotnu stabilnost od NMC ćelija sa većom energetskom gustinom. Ovo će biti detaljno razmotreno u narednom poglavlju. 

Međutim, bez obzira na to koliko je ćelija bezbedna, sistem takođe mora da prati šta se dešava u objektu i na mestu priključenja na mrežu. To zahteva merenje, a za donošenje odluka potrebna je kontrola višeg nivoa – BMS. O tome možete detaljno pročitati u narednim poglavljima.

Osnova sistema za skladištenje solarne energije: baterija

Baterija je u srcu svakog sistema za skladištenje solarne energije, pa su mogućnosti sistema uglavnom određene hemijom ćelija na kojima se zasniva. Za kućne sisteme za skladištenje, litijum-železo-fosfat (LFP, LiFePO₄) je trenutno jedan od najčešćih izbora. U poređenju sa NMC (nikel-mangan-kobalt) ćelijama, ima stabilniju kristalnu strukturu i manje je sklona oslobađanju kiseonika na visokim temperaturama, čime pruža veću termičku stabilnost. Prednost NMC-a je njegova veća energetska gustina, što je važno kada su prostor ili težina ograničavajući faktor.

Još jedna važna karakteristika je vek trajanja ciklusa: to ukazuje na broj kompletnih ciklusa punjenja i pražnjenja nakon kojih kapacitet opada na 70 odsto svoje prvobitne vrednosti. Na osnovu podataka proizvođača i industrije, LFP ćelija obično traje 6.000–8.000 ciklusa, pa čak i do 10.000 ciklusa, dok je broj za NMC ćelije generalno niži. Pod pretpostavkom jednog ciklusa dnevno, to bi moglo značiti više od decenije rada; međutim, na stvarni radni vek utiču i dubina pražnjenja (DoD) i temperatura. Vredi obratiti pažnju na upotrebljivu kapacitet u tehničkim podacima, jer može biti manji od nominalnog kapaciteta: proizvođači obično dozvoljavaju dubinu pražnjenja od 80–95 procenata.

Nivo napona baterije za skladištenje energije takođe je ključni faktor. Na tržištu za domaćinstva postoje dve glavne kategorije: niskonaponski sistemi, obično sa nominalnim naponom od 51,2 V, i visoko naponski sistemi za skladištenje, koji mogu da dostignu i do 800 V. Niskonaponske verzije mogu se proširiti povezivanjem u paralelnom vezi i nude veliki kapacitet po pristupačnoj ceni, dok su visokonaponske verzije pogodnije za sisteme sa velikom potrošnjom energije i velikom snagom. Raspon napona baterije i invertera mora da odgovara; uvek se isplati proveriti to pre kupovine.

Kommunikacija između baterije i invertera – kako se energija konvertuje?

Baterija skladišti jednosmernu struju, dok domaćinstvo i mreža funkcionišu na naizmeničnoj struji; stoga je između njih uvek potreban konvertor. To je put energije. Međutim, protok informacija je podjednako važan: bez komunikacije između baterije i invertera, inverter ne bi znao koliko struje može da crpi iz baterije ili da joj isporuči. U litijum-jonskim sistemima, stoga, komunikacioni kabl povezuje ova dva uređaja, preko koga BMS prenosi stanje punjenja i dozvoljene granice punjenja i pražnjenja. Ako je ova veza bez kvara, dva uređaja rade kao jedna, koordinisana celina.

Rad sistema baterija i kontinuirani nadzor

Rad baterijskog sistema zasnovan je na komunikaciji zatvorene petlje. U ovom slučaju, BMS i inverter su u dvosmernoj komunikacijskoj vezi, a BMS kontinuirano šalje inverteru stanje punjenja (SOC), napon, temperaturu i dozvoljene struje punjenja i pražnjenja. Ako se baterija približava punom punjenju, BMS može da smanji struju punjenja kako bi sprečio prepunjenje i omogućio izjednačavanje ćelija. Ako temperatura izađe iz bezbednog opsega, punjenje ili pražnjenje se usporava ili, ako je potrebno, potpuno se zaustavlja.

Nasuprot tome, u sistemu otvorene petlje inverter radi na osnovu unapred podešenih parametara i ne prilagođava se u realnom vremenu stanju baterije. To može dovesti do manje efikasnog punjenja, prepunjavanja ili dubokog pražnjenja, a u krajnjem i do kraćeg veka trajanja. Prema iskustvu proizvođača, upravljanje zatvorene petlje ne samo da može produžiti vek trajanja, već i skratiti vreme ponovnog punjenja.

Praćenje baterije je vidljivi aspekt ovog odnosa. U sistemu zatvorene petlje, stanje punjenja se izvodi iz merenja BMS-a, umesto da se procenjuje na osnovu napona. Podaci iz BMS-a se prikazuju na ekranu invertera ili preko oblačne platforme proizvođača, omogućavajući vam da na daljinu pratite stanje punjenja i stanje baterije.

Koja je razlika između hibridnog invertera i PCS-a?

Hibridni inverter kombinuje funkcije solarnog invertera i invertera za baterije u jednom uređaju: prima naizmeničnu struju iz solarnih panela preko svojih MPPT ulaza, puni i prazni bateriju, a zatim isporučuje naizmeničnu struju u domaćinstvo ili u mrežu. Ovo je uobičajeno rešenje za stambene sisteme, posebno u novim instalacijama, jer jedan uređaj upravlja i solarnim panelima i sistemom za skladištenje.

PCS (sistem za konverziju energije) je dvosmerni konvertor za komercijalne i industrijske sisteme skladištenja, koji pretvara energiju između baterije i mreže ili potrošača, u sinhronizaciji sa mrežom. Funkcionalno, međutim, inverter takođe uključuje PCS: zapravo, on je kombinacija konvertora (PCS), jedne ili više MPPT jedinica i, u mnogim slučajevima, modula prekidača (STS). Inverteri stoga takođe obavljaju funkcije usklađenosti sa mrežom, regulacije frekvencije i napona i zaštite. Razlika je više u obimu i arhitekturi: PCS jedinice su često modularne, što znači da se nekoliko jedinica može povezati zajedno kako bi se postigla željena izlazna snaga, dok punjenje i pražnjenje kontroliše poseban EMS; u industrijskom obimu, one takođe mogu da ponude dodatne funkcije.

Razlika stoga nije tako jasna: postoje i PCS jedinice opremljene MPPT ulazima, a hibridni inverteri su takođe dvosmerni konvertori. Ova dva termina se često koriste naizmenično u industriji, pa se isplati uporediti specifične funkcije u tehničkim karakteristikama. Jednostavno rečeno: hibridni inverter se obično koristi u porodičnoj kući, dok se samostalni PCS i EMS instaliraju u sistemima industrijskih razmera.

Pametni brojila: šta se dešava na mreži?

Baterija i inverter mogu da vide samo svoje kolo. Da bi sistem doneo pravu odluku, mora da zna koliko električne energije stiže iz mreže i koliko se vraća u nju. Ovu zadaću obavlja pametno brojilo – brojilo koje se ugrađuje na mestu priključenja na mrežu i povezano je sa inverterom – koje često radi sa transformatorom struje (CT). Ovo nije isto što i brojilo za fakturisanje električne energije dobavljača. Sistem za upravljanje energijom zasniva svoje odluke na podacima ovog uređaja. Bez ovih merenja, upravljački sistem bi radio na slepo.

Šta meri pametni brojilac?

Pametni merač vrši dvosmerno merenje: posebno beleži energiju uzetu iz mreže i energiju vraćenu u mrežu. Takođe meri trenutne vrednosti, kao što su napon, struja, snaga, frekvencija i faktor snage, i obično ih šalje invertoru preko RS485 linije koristeći Modbus-RTU protokol.

Prenos podataka je brz: u rešenjima nekih proizvođača, merač šalje prosečnu vrednost snage u EMS svake sekunde, nakon čega EMS šalje novi referentni signal invertoru. Ovo omogućava sistemu da reaguje u roku od jedne sekunde ako, na primer, unos dostigne dozvoljeni limit. Ovo čini osnovu za ograničenje uvoza (ograničenje izvoza) i rad sa nultim uvozom, što su zahtevi mrežnih propisa u nekim područjima.

Lokacija brojila je podjednako važna. Ono mora biti postavljeno između mreže i svih domaćih potrošača, kao i svih drugih generatora, jer je to jedini način da se prati ukupni tok energije na objektu. Razlika između trenutne potrošnje i proizvodnje pokazuje da li trenutno crpite energiju ili je vraćate u mrežu. Ako je brojilo instalirano na pogrešnom mestu – na primer, na strani potrošača – sistem će raditi sa netačnim podacima.

Zašto je važan pravilan smer merenja?

Transformator struje (CT) je osetljiv na smer: strelica na njemu pokazuje koji se smer struje smatra pozitivnim. Ako je ugrađen naopako, sistem će trošenje energije tumačiti kao upuštanje u mrežu, a upuštanje kao trošenje. U takvim slučajevima kontroler skladištenja energije radi upravo suprotno od onoga što bi trebalo: umesto da puni bateriju, on višak solarne energije upućuje u mrežu, ili uveče ne isprazni bateriju dok kuća crpi struju iz mreže. U sistemu podešenom da ne upumpava struju, kvar može takođe značiti da, iako ograničenje deluje aktivno, sistem zapravo vraća struju bez ograničenja.

Tačna smer može da varira u zavisnosti od proizvođača: u nekim slučajevima strelica mora da ukazuje ka mreži, dok u drugim rešenjima mora da ukazuje ka invertoru. Stoga uvek treba pratiti specifične uputstva za instalaciju. Neki invertori mogu da promene smer merenja softverski, dok aplikacije nekih proizvođača pomažu u filtriranju grešaka korišćenjem CT funkcije za nadgledanje.

EMS – "mozak" sistema za skladištenje energije

Ako je BMS čuvar baterije, onda je EMS (sistem za upravljanje energijom) mozak celog sistema za skladištenje. Ovaj kontroler višeg nivoa odlučuje kada, zašto i koliko energije sistem treba da skladišti ili ispušta. EMS sistem komunicira direktno sa inverterom i BMS-om, uzima u obzir podatke iz mreže, solarnih panela i opterećenja, a zatim koristi ove informacije za formulisanje operativne strategije. U stambenim sistemima često je integrisan u softver za skladištenje ili invertera, ali postoje i samostalni uređaji za upravljanje energijom. Krajnji rezultat je isti: centralna jedinica koja pruža sveobuhvatan pregled celog sistema.

Šta znače skraćenice EMS i BMS?

Ukratko, EMS i BMS znače: BMS (sistem za upravljanje baterijama) je sistem za upravljanje baterijama, dok je EMS (sistem za upravljanje energijom) kontrolni sistem koji upravlja energijom. Dve skraćenice su slične, ali njihove funkcije deluju na različitim nivoima.

BMS deluje na nivou baterije. Prati napon, struju i temperaturu ćelija, procenjuje stanje punjenja i stanje zdravlja, balansira ćelije i obavlja zaštitne funkcije. U većim baterijskim paketima može biti višeslojan: pojedinačne BMS jedinice modula izveštavaju master BMS.

EMS, nasuprot tome, radi na sistemskom nivou. On se ne bavi pojedinačnim ćelijama, već time kako energija treba da se raspodeli između baterije, solarnih panela, mreže i potrošača, uzimajući u obzir ograničenja mreže – na primer, da bi se povećala samopotrošnja, preraspodelila opterećenja ili smanjila vršna potražnja.

One dve rade zajedno: odluke EMS-a su ograničene granicama koje postavlja BMS. Ako BMS utvrdi da je baterija previše hladna ili već puna, zahtev EMS-a za punjenje biće ignorisan; bezbednost ima prednost. U dobro integrisanom sistemu, ova podela posla je besprekorna: EMS planira, a BMS nadgleda.

Koje podatke koristi EMS sistem?

EMS sistem je samo onoliko dobar koliko su tačni podaci sa kojima radi. Njegovi najvažniji izvori mogu se podeliti u četiri grupe.

Prvi je merenje u realnom vremenu: podaci iz mreže sa pametnog brojila, podaci o proizvodnji sa invertera i nivoi punjenja i pragovi primljeni od BMS-a. Drugi je prognoza: napredni sistemi procenjuju očekivanu proizvodnju solarnih panela na osnovu lokacije instalacije i meteoroloških podataka, do 48 sati unapred. Treća su obrasci potrošnje: EMS uči ponavljajuće navike domaćinstva na osnovu prethodnih merenja; neki proizvođači zahtevaju profil opterećenja koji obuhvata najmanje dve nedelje za to. Četvrta je tarifa: tarifa za prodaju viška energije, cena električne energije i, u slučaju dinamičkih tarifa, cena koja varira u zavisnosti od vremenskog perioda.

Rad energetskog upravljačkog sistema u suštini je kontinuirani ciklus planiranja: na osnovu podataka izrađuje se raspored koji određuje kada da se puni, kada da se prazni i koliku rezervu ostaviti. Baterija to izvršava, BMS izveštava o trenutnom stanju punjenja, a EMS u skladu s tim ponovo planira.

Zbog toga se baterija možda neće odmah puniti, čak i kada je sunce. To je namerno: na osnovu prognoze, napuniće se kasnije; na ovaj način sistem izbegava smanjenje izlaza solarnih panela zbog ograničenja priključenja, a istovremeno štedi kalendarski vek trajanja baterije.

Kako komponente sistema za kontrolu skladištenja energije komuniciraju međusobno?

Kao što smo videli u prethodnim poglavljima, u sistemu za skladištenje energije zajedno rade nekoliko nezavisnih uređaja: baterija, invertor, merač i EMS. Sistem za kontrolu skladišta energije može pouzdano da radi samo ako ti uređaji govore istim jezikom. U praksi su se pokazala i široko primenila nekoliko proverenih komunikacionih rešenja: serijske RS485 linije koje koriste Modbus protokol, CAN bus, kao i Ethernet i internet veze. Svaka od njih ima svoju ulogu, i često nekoliko njih radi istovremeno u okviru jednog sistema. U nastavku dajemo kratak, praktičan pregled svake od njih.

RS485 i Modbus

RS485 je fizički standard: on definiše kako signali putuju kroz kabl sa uvijenim parovima. Modbus, s druge strane, je protokol koji definiše format u kojem uređaji šalju i primaju upite i odgovore. Serijska Modbus mreža radi po principu master–slejv: centralni uređaj šalje upite, dok ostali odgovaraju samo kada im se obrati; oni ne komuniciraju međusobno.

Na jedan RS485 autobus mogu se nizovno povezati više uređaja, a pri niskim brzinama prenosa podataka može da podrži dužine kablova do 1.200 metara. Česta primena u sistemima za skladištenje energije je povezivanje pametnih brojila, ali mnogi proizvođači takođe nude RS485 povezivost za komunikaciju između baterija i invertera.

Postoji nekoliko detalja koje treba imati na umu tokom instalacije: ispravna dodela pinova A i B, završetak (terminacija) šine, brzina prenosa podataka i Modbus adrese uređaja. Ako je ijedan od ovih netačan, komunikacija može biti prekidna ili se uopšte neće uspostaviti.

CAN komunikacija

CAN (Controller Area Network) šina je prvobitno razvijena od strane Boša za automobilsku industriju, ali se sada takođe široko koristi u industrijskoj automatizaciji i sistemima za skladištenje baterija. Za razliku od RS485 Modbus-a, ovde ne postoji obavezan centralni uređaj: CAN je multi-master sistem zasnovan na emitovanju u kojem svaki čvor može da šalje podatke kada je šina slobodna, a sukobi se rešavaju arbitražom po prioritetu bita po bit. Diferencijalno prenošenje signala efikasno filtrira električni šum, dok je detekcija grešaka sastavni deo protokola.

U sistemima za skladištenje energije u domaćinstvu, razmena podataka između BMS-a i invertera često se odvija preko CAN-a, koristeći RJ45 kabl. Moduli baterija povezani paralelno takođe mogu da komuniciraju međusobno preko istog basa. Kabl po izgledu podseća na kabl za naizmeničnu struju, ali konfiguracija pinova može da varira u zavisnosti od proizvođača; stoga uvek treba koristiti konfiguraciju koju je naveo proizvođač.

Ethernet i povezivost sa oblakom

Treći sloj je mrežna veza. Mnogi inverteri se povezuju na lokalnu mrežu i internet preko LAN porta, Wi-Fi-ja ili posebnog modula za prikupljanje podataka (dongle). Na nekim modelima, Modbus TCP je takođe dostupan preko Ethernet porta, što omogućava spoljnom EMS-u ili programu za kontrolu pametnog doma da direktno čita podatke o brojilu, proizvodnji i bateriji.

Veza sa oblakom se povezuje sa platformom za nadgledanje proizvođača: odavde možete da pristupite podacima sistema na svom mobilnom uređaju, dok instalater može da dijagnostikuje, konfiguriše i čak izvrši ažuriranje firmvera na daljinu. Optimizacija zasnovana na dinamičkim tarifama i vremenskim prognozama takođe zahteva internet vezu.

Važno je napomenuti da lokalne kontrolne funkcije – naime punjenje, pražnjenje i ograničenja uvoza – obično rade čak i bez internet veze. Ako veza prekine, sistem nastavlja da radi; samo što se podaci ne otpremaju u oblak dok se veza ne obnovi.

Šta se dešava u slučaju kvara komunikacije?

Posledice komunikacionih grešaka zavise od toga koja veza je prekinuta.

Ako se izgubi veza između BMS-a i invertera, inverter ne može da odredi stanje baterije; stoga, iz bezbednosnih razloga, ograničava ili zaustavlja punjenje i pražnjenje i prikazuje kod greške, kao što su "BMS Lost" ili "BMS communication fault". U takvim slučajevima baterija je obično netaknuta; kvar je često izazvan labavim ili oštećenim komunikacionim kablom. Takođe se može dogoditi da se sam BMS isključi iz bezbednosnih razloga, na primer zbog prenapona ili pregrevanja, što se takođe prijavljuje inverteru kao komunikacioni kvar.

Ako se izgubi veza sa pametnim brojilom, dobro dizajniran sistem prelazi u bezbedno stanje: ograničava izlaznu snagu na podeljeni limit uvodnog napajanja.

Sistem baterija je stoga dizajniran tako da, u slučaju gubitka podataka, bezbednost ima prednost nad prinosom.

Zašto je praćenje baterije važno?

Praćenje baterije nije samo pogodna funkcija. Postoje tri razloga zašto se isplati redovno proveravati podatke.

Prva je rana detekcija kvara. Upozorenja BMS-a ukazuju kada, na primer, ćelije postanu neuravnotežene, temperatura izađe iz bezbednog opsega ili dođe do prenapona. Ovo ne treba zanemariti, jer može dovesti do oštećenja baterije ili bezbednosnih rizika.

Drugi je praćenje starenja. Stanje zdravlja (SOH) pokazuje kako se kapacitet menja tokom godina, tako da se na vreme uoči ako degradacija nastupa brže nego što se očekivalo.

Treće je garancija i održavanje. Neki instalateri vezuju garanciju za performanse za onlajn dostupnost sistema, dok daljinski pristup omogućava brže rešavanje problema.

U slučaju koda greške, preporučljivo je da bilo kakvu intervenciju – naročito ažuriranje firmvera – prepustite instaleru.

Kako solarni paneli i baterije za skladištenje energije funkcionišu zajedno?

Ključno pitanje u vezi sa interakcijom između solarnog panela i baterije jeste gde se ta dva kola ukrštaju. To određuje efikasnost, skalabilnost i vrstu opreme potrebne za sistem. Postoje dve osnovne konfiguracije.

U DC-povezanom sistemu solarni paneli i baterija su povezani na isti hibridni inverter, na njegovo zajedničko DC-strani. DC struja iz solarnih panela direktno puni bateriju i tek se zatim pretvara u AC struju za opterećenja ili mrežu. Takođe može da skladišti "otsečenu" energiju od prekomerno velikog solarnog polja. Pri punjenju sa solarnih panela, obično postiže ciklusnu efikasnost od 95–98 procenata; za nove instalacije, ovo je stoga generalno razuman izbor.

U naizmenično kuplovanom sistemu solarni paneli se priključuju na svoj invertor, dok je baterija priključena na naizmeničnu stranu preko posebnog invertora za bateriju. Skladištena energija se time pretvara i do tri puta, zbog čega je efikasnost obično 90–94 procenta. Zauzvrat, postojeći sistem solarnih panela ostaje netaknut, što ga čini očiglednim izborom za retrofit. Dva invertera rade nezavisno jedan od drugog, tako da ako jedan prestane da radi, drugi može da nastavi sa radom.

Međutim, razlika se odnosi samo na skladištenu energiju: energija koja direktno teče iz solarnih panela do potrošača prolazi kroz jedno jedino pretvaranje u oba slučaja. Pri punjenju iz mreže, prednost efikasnosti DC veze se gubi. Stoga, prilikom projektovanja solarnog sistema sa baterijskim skladištem, važno je stvarno količestvo energije koje prolazi kroz bateriju.

Ako razmatrate koju konfiguraciju najbolje prilagoditi vašem sistemu, detaljno razmatramo dilemu između AC- i DC-povezanog skladištenja energije u našem članku, koji takođe uključuje kriterijume za donošenje odluka.

Koji režimi rada su dostupni u modernom sistemu?

U najsavremenijem sistemu kontroler skladišta energije ne radi po jednoj, fiksnoj logici. Proizvođači nude nekoliko radnih režima, između kojih možete birati u zavisnosti od lokalnih tarifa i zahteva korisnika. Nazivi se razlikuju od proizvođača do proizvođača, ali je osnovna logika slična.

Optimizacija sopstvene potrošnje: redosled prioriteta je potrošači, baterija, mreža. Solarni paneli prvo snabdevaju kuću; višak puni bateriju; a samo ono što ostane nakon toga se upućuje u mrežu. Ovo je povoljno kada je tarifa za predaju u mrežu niska, a cena kupovine visoka.

Prvo u mrežu: kada su potrebe doma za električnom energijom zadovoljene, višak solarne energije se prvenstveno upućuje u mrežu, a ne u bateriju. Ovo može biti isplativo ako je tarifa za predaju u mrežu viša od cene kupljene električne energije.

Režim rezervnog napajanja: sistem održava bateriju na višem nivou punjenja kako bi obezbedio napajanje kritičnih potrošača u slučaju prekida struje (za sisteme sa rezervnim izlazom). Ovo se preporučuje u slučaju čestih prekida u napajanju mreže.

Planirano punjenje i pražnjenje (Force time use, Time of use): korisnik može da odredi kada sistem treba da puni iz mreže i kada treba da prazni bateriju. Sa tarifama koje primenjuju različite cene u različita doba dana, energija skladištena tokom jeftinijih perioda može da se koristi tokom skupljih sati.

Neki sistemi takođe nude dodatne režime, kao što su ublažavanje vršne potrošnje ili režim rada sa generatorom. U režimima samopotrošnje i rezervnog napajanja obično je moguće podesiti minimalno stanje punjenja (Min SOC) ispod koje se baterija neće isprazniti.

Izbor odgovarajućeg režima je stoga u prvom redu pitanje tarife: isti hardver može doneti sasvim različita uštede u zavisnosti od podešavanja.

Kako EMS sistem funkcioniše u praksi

Da bismo ovo učinili opipljivijim, pogledajmo tipičan dan u izmišljenom porodičnom domu opremljenom solarnim panelima, baterijom, toplotnom pumpom i punjačem za električni automobil. Ovaj primer je samo u ilustrativne svrhe; stvarno ponašanje može da varira u zavisnosti od proizvođača i podešavanja.

Prethodne večeri, EMS sistem iz prognoze vidi da se sledećeg dana očekuje sunčano vreme. Stoga tokom noći ne puni bateriju sa mreže, a ujutru je isprazni do minimalnog nivoa punjenja kako bi pokrio jutarnju potrošnju dok solarni paneli ne počnu da generišu energiju.

Do sredine jutra proizvodnja već premašuje potrošnju domaćinstva. U tom trenutku EMS može preko SG Ready konekcije prebaciti toplotnu pumpu u režim pojačane proizvodnje, tako da se višak skladišti kao toplota u bojleru ili akumulacionom rezervoaru. Ako nema toplotne pumpe, grejač, na primer, može da se kontroliše preko relejnog kola.

U podne, tokom perioda vršne proizvodnje, baterija se puni, a električni automobil se takođe puni solarnom energijom. Neki sistemi za upravljanje energijom daju prioritet punjenju automobila viškom energije, a može se podesiti i minimalni nivo punjenja kako bi uvek bio obezbeđen dovoljan domet. Sistem raspoređuje višak na takav način da se izlaz solarnih panela ne mora smanjivati zbog ograničenja uvođenja u mrežu.

Uveče baterija preuzima snabdevanje kuće. EMS ne dozvoljava da nivo punjenja padne ispod podešenog minimuma, tako da rezerva ostaje preko noći, dok BMS kontinuirano nadgleda ćelije.

Rad sistema za upravljanje energijom je stoga kombinacija prioritetnog rasporeda i prognoze: cilj je da se iskoristi što više sopstvene proizvodnje domaćinstva, u najpovoljnijem trenutku i sa što manjim gubicima.

Kada energetski upravljački sistem prevazilazi jednostavnu samopotrošnju?

Povećanje samopotrošnje je osnovna funkcija, ali napredni sistem za upravljanje energijom može mnogo više. U takvim slučajevima, pitanje više nije samo gde se koristi samoproizvedena električna energija, već i kada, po kojoj ceni i pod kojim uslovima mreže.

Sa dinamičkim tarifama, EMS puni bateriju kada je struja jeftina, na osnovu prognoza cena, i koristi je kada je skupa. Ovo je poznato kao energetski arbitraž. Da bi to uradio, mora istovremeno uzeti u obzir očekivanu proizvodnju, potrošnju i stanje napunjenosti baterije.

Kod ublažavanja vršnih opterećenja, cilj je da se smanje vršna opterećenja struje iz mreže. Kada su tarife vezane za najveću potrošenu snagu, baterija se ispražnjuje tokom vršnih perioda, čime se smanjuje naplata za snagu. Ovo je posebno važno kada naplata za snagu čini značajan deo računa.

Usklađenost sa propisima mreže takođe je deo upravljanja energijom: sistem održava ograničenje uvodnog snaže i, na određenim tržištima, može ograničiti potrošnju ili uvođenje po zahtevu operatera mreže.

Najviši nivo je virtuelna elektrana (VPP). U ovom slučaju, centralni softverski sistem koordiniše mnoge geografski rasejane jedinice za skladištenje tako da se ponašaju kao jedna, upravljana elektrana. Ovi sistemi takođe mogu da učestvuju u regulaciji frekvencije i upravljanju potražnjom, pri čemu vlasnici dobijaju udeo u prihodu.

Koja od ovih opcija je dostupna zavisi od lokalnog tržišta i regulatornog okruženja. Pri izboru sistema za upravljanje energijom stoga je vredno razmotriti i buduće mogućnosti.

Koja je razlika između skladištenja energije baterija za solarne panele u stambene i industrijske svrhe?

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

U stambenim sistemima kapacitet obično varira od nekoliko kWh do desetina kWh; upotrebljiv kapacitet od 5–10 kWh često je dovoljan da pokrije prosečnu potrošnju tokom večeri i noći. Pretvaranje se obično vrši pomoću jednog invertera, dok je kontrola integrisana u softver invertera ili uređaja za skladištenje. Glavni cilj je povećanje sopstvene potrošnje i obezbeđivanje rezervnog napajanja kada je to potrebno. Takođe su dostupni modularni modeli prilagođeni za upotrebu na otvorenom i sa grejanjem; takva rešenja možete pronaći, na primer, među uređajima za skladištenje energije EcoFlow.

Na industrijskom i komercijalnom nivou, kapacitet može da se kreće od nekoliko stotina kWh do megavat-sati. Sistemi su dostupni u izvedbi u ormaru ili kontejneru; BMS modula su organizovani u višenivovu hijerarhiju, konverzija se vrši pomoću modularnih PCS jedinica, a kontrolu obavlja poseban EMS ili SCADA sistem. Uobičajeni su i "sve-u-jednom" dizajni, gde se konvertor, baterija i upravljanje temperaturom isporučuju u prethodno integrisanom ormaru. Upravljanje temperaturom igra ključnu ulogu; pored vazdušnog hlađenja, tečno hlađenje postaje sve rasprostranjenije, a sistemi za zaštitu od požara i detekciju dima su takođe sastavni delovi opreme.

Ciljevi su takođe različiti. Na industrijskom postrojenju, pored sopstvene potrošnje, umanjenje vršne potrošnje, preraspodela opterećenja i usluge mreže igraju važnu ulogu; stoga se sistem dimenzioniše na osnovu profila opterećenja lokacije. Zahtevi za bezbednost i kvalitet električne energije su takođe strožiji kada je u pitanju priključenje na mrežu.

Sistem solarnih panela i baterijskog skladišta stoga se zasniva na istim osnovnim principima; međutim, u industrijskom obimu značaj dizajna, bezbednosti i poslovnog modela je znatno veći.

Na čemu bi trebalo da zasnivate izbor sistema za skladištenje energije?

Iz dosadašnjeg izloženog već je jasno od čega se sastoji sistem za skladištenje energije: baterija sa BMS-om, inverter, merač i EMS. Prilikom donošenja odluke, stoga nije dovoljno fokusirati se na jedan broj, kao što je kWh. Vredi razmotriti tri grupe kriterijuma zajedno: kapacitet i snagu, kompatibilnost između komponenti i mogućnosti kontrole. Pre donošenja odluke, vredi prikupiti sopstvene podatke o potrošnji, jer bez njih će dimenzionisanje sistema biti samo procena.

Kapacitet i snaga

Kapacitet (kWh) ukazuje na to koliko energije baterija može da skladišti, dok snaga (kW) ukazuje na opterećenje koje može da obezbedi u datom trenutku. To su dve različite stvari: sistem sa velikim kapacitetom, ali malom snagom, trajaće dugo, ali može biti nedovoljan kada se uključi uređaj velike snage.

Kapacitet uglavnom određuje potrošnja uveče i noću, a ne ukupna dnevna potrošnja. Uvek zasnivajte svoje proračune na korisnom kapacitetu, a ne na nominalnom. Kada razmatrate snagu, vredi pogledati i kontinuiranu i kratkotrajnu pik snagu, kao i to da li sistem ograničava inverter ili baterija za skladištenje energije. Ako je rezervno napajanje takođe zahtev, morate pažljivo razmotriti koja uređaja treba da ostanu operativna tokom prekida struje.

Skalabilnost je takođe važna. Kod modularnog sistema kapacitet se može kasnije povećati dodavanjem dodatnih modula; takvo rešenje, na primer, možete pronaćimeđu FoxEss sistemima za skladištenje energije . Međutim, uslove za proširenje uvek određuju specifikacije proizvođača.

C-stopa i kompatibilnost

C-stopa pokazuje koliko brzo se baterija može puniti ili prazniti u odnosu na svoj kapacitet. Pri 1C, može se u potpunosti napuniti ili isprazniti za jedan sat; pri 0.5C, za dva sata. U praksi, to određuje izlaznu snagu: baterija od 10 kWh koja podnosi opterećenje od 0,5C može da održi izlaznu snagu od približno 5 kW tokom dužeg perioda. LFP ćelije obično dobro podnose kontinuirano opterećenje od 0,5C i kratkotrajno opterećenje od 1C. C-stakle za punjenje i pražnjenje mogu biti različiti; to je posebno navedeno u tehničkim podacima.

Kompatibilnost je podjednako važna. Raspon napona baterije mora da odgovara onom invertera, a komunikacioni protokoli (CAN ili RS485) koje koriste baterija i inverter takođe moraju biti kompatibilni. Baterije visokog napona i baterije niskog napona nisu međusobno zamenljive, čak i ako imaju isti kapacitet u kWh. Uvek proverite aktuelnu, odobrenu listu kompatibilnosti proizvođača, i na nivou modela i firmvera. Neodobrena kombinacija može da radi, ali može dovesti do poruka o grešci, ograničene performanse ili problema sa garancijom.

Funkcije EMS sistema

Mogućnosti EMS-a određuju koliko možete iskoristiti od hardvera. Vredi proveriti da li kontrolni sistem podržava punjenje zasnovano na prognozi i dinamičke tarife, da li može da upravlja ograničenjem upuštanja, i da li ima funkciju smanjenja vršne potrošnje. Ako kod kuće imate i toplotnu pumpu ili punjač za električno vozilo, važno je da EMS može da ih kontroliše, na primer preko SG Ready ili EEBUS veze.

Otvoreni interfejs, kao što je Modbus TCP, omogućava vam da se kasnije povežete sa spoljnim sistemima. Takođe bi trebalo da proverite aplikaciju proizvođača, da li su dostupna daljinska ažuriranja i da saznate kakvu zaštitu od sajber napada nudi proizvođač. Ovo je važno jer obično kupujete sistem za skladištenje energije koji će trajati decenijama, a softver se tokom tog vremena može unapređivati kroz ažuriranja. Na kraju, uverite se da lokalni kontrolni sistem funkcioniše i bez internet veze.

Solorkitov pogled na skladištenje energije baterija

Kao veleprodaja solarnih panela i partner za tehničku podršku, primetili smo da uspeh skladištenja energije u baterijama retko zavisi od same baterije. Naprotiv, uspeh zavisi od toga koliko su dobro koordinisane komponente sistema i da li je dizajn zasnovan na stvarnim podacima o potrošnji. Loše odluke obično proizilaze iz nedostatka procene, a ne iz nedostatka tehničkog znanja. Stoga ne preporučujemo određeni proizvod, već pristup.

Od čega se sastoji idealan sistem za skladištenje energije?

Ako vas pitate od čega bi idealno trebalo da se sastoji sistem za skladištenje energije, naš odgovor obuhvata pet elemenata: bateriju zasnovanu na LFP tehnologiji, dimenzionisanu po korisnom kapacitetu da odgovara vašoj večernjoj potrošnji; pouzdan BMS sa komunikacijom zatvorene petlje; inverter kompatibilan sa opsegom napona i listom kompatibilnosti proizvođača; pametan brojilac pravilno instaliran na mestu priključenja na mrežu; i EMS koji se može prilagoditi lokalnim tarifama.

Kada je u pitanju arhitektura, naš zaključak je jednostavan: DC priključak za nove sisteme, AC priključak za postojeće i dobro funkcionalne invertore. Izuzetak je ako stari inverter ionako treba zameniti.

Jednako je važno i šta treba izbegavati: nepotrebno prevelike dimenzije. Baterija koja je prevelika u odnosu na solarne panele retko proporcionalno poboljšava energetsku samodovoljnost, ali smanjuje povraćaj ulaganja.

Pre nego što date ili zatražite ponudu, vredi zabeležiti tip i godinu proizvodnje vašeg postojećeg invertera, naponske i strujne vrednosti strimova, kapacitet priključka i ograničenje uvodnog snaže, zahtev za rezervno napajanje i večernji profil opterećenja.

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

Ako bismo suštinu razlike između BMS-a za baterije i EMS-a morali da sažemo u jednu rečenicu: BMS je odgovoran za bezbednost i životni vek baterije, dok EMS obezbeđuje da se energija koristi što efikasnije. BMS kontinuirano prati ćelije u realnom vremenu, dok EMS planira unapred do 48 sati.

U praksi se kvarovi stoga manifestuju drugačije. Alarm BMS-a ili komunikacioni kvar zahtevaju trenutnu pažnju, jer sistem može iz bezbednosnih razloga ograničiti ili zaustaviti punjenje i pražnjenje. S druge strane, loše konfigurisani EMS obično nije bezbednosni problem, već ekonomski: baterijski paket se ne puni ili prazni u najpovoljnijim trenucima.

Prilikom kupovine, stoga, vredi ispitati oba sistema zasebno: kod BMS-a, zaštitne funkcije, balansiranje ćelija i komunikaciju zatvorene petlje; kod EMS-a, režime rada, prognoziranje i skalabilnost. Skladištenje energije baterije dobro funkcioniše kada ova dva sistema rade zajedno na koordinisan način.

Često postavljana pitanja

Kako funkcioniše skladištenje energije u baterijama, ukratko?

Tokom dana, solarni panel prvo napaja kućne uređaje; višak puni bateriju, a energija se u mrežu upušta tek kada je baterija puna. Uveče ili tokom oblačnih dana, baterija se prazni, a inverter pretvara skladištenu jednosmernu struju u naizmeničnu struju. Tako skladištenje energije u bateriji prenosi solarnu energiju proizvedenu tokom dana u večernje i noćne sate.

Šta znače EMS i BMS?

Značenja EMS i BMS su sledeća: BMS (sistem za upravljanje baterijom) je sistem koji nadgleda i štiti napon, struju i temperaturu ćelija baterije. EMS (sistem za upravljanje energijom) kontroliše upravljanje energijom celog sistema: odlučuje kada sistem treba da se puni, prazni ili da vraća energiju u mrežu. Razlika između BMS-a baterije i EMS-a je, dakle, u obimu: BMS štiti bateriju, dok EMS optimizuje ceo sistem.

Zašto se baterija ne puni odmah kada sija sunce?

U slučaju punjenja zasnovanog na prognozi, ovo je namerno. Na osnovu vremenske prognoze, EMS zna da će se baterija napuniti kasnije, pa je ujutru ne puni do kraja. Ovo sprečava potrebu za ograničenjem solarnih panela u podne zbog ograničenja uvođenja struje, a takođe pomaže u očuvanju kalendarskog veka trajanja baterije. Ako problem opstane čak i bez funkcije predviđanja, vredi proveriti smer povezivanja brojila.

Šta se dešava ako se prekine komunikacija između baterije i invertera?

U tom slučaju inverter ne može da utvrdi status baterije, pa iz bezbednosnih razloga ograničava ili zaustavlja punjenje i pražnjenje i prikazuje kod greške. Baterija je obično ispravna; kvar je često izazvan labavim ili oštećenim komunikacionim kablom. Ako se kvar nastavi i nakon ponovnog pokretanja, obratite se svom instaleru i ne ažurirajte firmver sami.

Da li sistem za skladištenje energije radi bez internet veze?

Da, u većini sistema. Lokalna kontrola – odnosno punjenje, pražnjenje i ograničenje upuštanja energije – funkcioniše čak i bez internet veze. Ako se veza izgubi, pogođene su samo funkcije zasnovane na oblaku: mobilno praćenje, daljinska dijagnostika i optimizacija zasnovana na prognozama vremena i cena. Podaci se obično otpremaju kada se veza obnovi. Neki instalateri vezuju garanciju performansi za onlajn dostupnost, pa je vredno proveriti to u ugovoru.