Гибридный накопитель электрической энергии
С появлением литий-ионных аккумуляторов, имеющих малые габаритные размеры, небольшой вес, и длительный срок службы – количество циклов заряда/разряда превышает 5000, возникла идея использования их в качестве емких и малогабаритных накопителей энергии в составе систем аварийного электроснабжения, и альтернативных источников энергии. Подробнее про литиевые аккумуляторы читайте здесь
Гибридные накопители энергии включают в себя сам накопитель энергии на литиевых аккумуляторах, а также другие модули и электронные блоки, применяемые в системах аварийного, бесперебойного или альтернативного энергоснабжения. По своей сути гибридный накопитель является законченным решением, готовым к применению оборудованием, к которому надо только подключить внешний источник энергии – линейную электросеть и/или солнечные батареи, а также нагрузку – домашнюю или офисную электросеть.
Портативный накопитель Портативный накопитель Powertraveller Minigorillaна на литий-ионных аккумуляторах – аккумуляторная зарядка – многофункциональный гаджет для питания вдали от цивилизации разнообразных портативных устройств. Может быть предварительно заряжен от бытовой сети 220 Вольт через адаптер. Может быть подключен к солнечной батарее (солнечному зарядному устройству) в пути, на привале. Подробнее
Типовой набор встроенных модулей гибридного накопителя следующий: литиевый аккумулятор с BMS-системой управления; контроллер заряда от солнечных батарей; зарядное устройство для питания накопителя (заряда) от линейной сети 220 Вольт; инвертор, выдающий на выходе переменное напряжение 220 Вольт с частотой 50 Гц; а также схема контроля и управления. Кроме того, возможно включение в состав гибридного накопителя модуля преобразования и передачи энергии, полученной от солнечной батареи в линейную электросеть по так называемому «зеленому тарифу».
Гибридный накопитель энергии конструируется в виде единого устройства, законченного устройства – блока или напольного шкафа, и характеризуется малыми размерами, небольшим весом, абсолютной электрической совместимостью составных электронных узлов, и высокой степенью надежности.
Гибридный накопитель энергии обычно применяется:
В качестве накопителя энергии, источника бесперебойного питания в составе системы аварийного энергоснабжения при недлительных перебоях в энергоснабжении.
В составе системы аварийного энергоснабжения, работающей – при длительном отсутствии сетевого напряжения – от автономных источников энергоснабжения – бензо- дизель- газогенераторов.
В составе альтернативной системы энергоснабжения – солнечной или ветряной (комбинированной), при отсутствии централизованного энергоснабжения.
В комбинированной системе электроснабжения, запитанной от централизованной электросети, и использующей альтернативные источники энергии для аккумуляции электроэнергии, выдачи ее в нагрузку при перебоях в линейной электросети; а также для выдачи избытка электроэнергии, полученной от альтернативных источников в линейную сеть.
Преимущества использования гибридных накопителей энергии на литиевых аккумуляторах:
Большая электрическая емкость аккумуляторной батареи при минимальных размерах
Длительный срок службы литиевых аккумуляторов – на порядок больший, нежели у свинцово-кислотных
Высокая степень надежности в отличие от систем аварийного или альтернативного энергообеспечения, построенных из разрозненных узлов разных производителей
Простота инсталляции и настройки. Достаточно подключить накопитель к линейной сети, к солнечным батареям, и домашней электросети
Возможность использования в качестве источника бесперебойного питания (ИБП)
Широкий диапазон входных напряжений при питании от солнечных батарей, и от линейной сети 220В
Высокое качество выходного переменного синусоидального напряжения
Наличие байпаса – автоматической передачи входного напряжения 220В в случае аварии накопителя
Автоматическое отключение при перегрузке, перегреве, в аварийной ситуации
Возможность работы в режиме генерации электроэнергии с продажей ее по «зеленому тарифу»
Минимальные эксплуатационные расходы – как правило, накопитель не требует никакого текущего обслуживания
Малые габариты и малый вес
Оценим экономическую эффективность применения гибридного накопителя энергии на примере накопителя SESS-6912, имеющего встроенный инвертор с выходной мощностью 5 кВт, и 6912 Ватт*час – мощность установленных литий-ионных батарей. Для оценки эффективности сравним стоимость гибридного накопителя с аналогичной по функциональность системой на обычных свинцово-кислотных аккумуляторах и отдельных дополнительных блоках, включая контроллер заряда, зарядное устройство для питания от сети, инвертор, схему управления.
Гибридный накопитель электрической энергии Гибридный накопитель SESS-6912 мощностью 5 кВт. Мощность установленных литий-ионных аккумуляторов – 6912 Вт. Накопитель имеет встроенный МРРТ контроллер для поключения к солнечным батареям; блок зарядки от линейной сети напряжением 220В; встроенный инвертор с номинальной мощностью 5000Вт, пиковой 7000Вт
Мощность литий-ионного аккумулятора 6912 Ватт*час означает, что накопитель обеспечивает на выходе (в нагрузке) переменное напряжение 220 Вольт с током 10 Ампер в течение полутора часов, при условии разряда аккумуляторной батареи до 50% емкости.
Схема подключения гибридного накопителя:
Схема подключения гибридного накопителя
В пересчете на условное напряжение 12 Вольт привычной нам свинцово-кислотной батареи, получаем, что батарея должна иметь емкость порядка 600 А*ч (6912/12), чтобы обладать мощностью накопителя на литий-ионных аккумуляторах. Таким образом, свинцово-кислотная аккумуляторная батарея той же емкости, что и емкость литиевых батарей накопителя, может состоять из трех параллельно включенных аккумуляторов емкостью по 200 А*ч, и ориентировочной ценой $600/штука. Поэтому стоимость свинцово-кислотных аккумуляторов той же емкости получится – 600х3=$1800.
Однако, при активной эксплуатации литий-ионные аккумуляторы прослужат в 10 раз дольше: количество циклов заряда/разряда при разряде на 50% емкости у них – 5000, а у свинцово-кислотных – только 500. Поэтому в течение 15 лет активной эксплуатации системы на свинцово-кислотных аккумуляторах, эти аккумуляторы придется, может быть, заменить 9 раз, то есть, эксплуатационные расходы составят еще минимум 1800х9=$16200.
МРРТ контроллер мощностью 5000Вт для солнечной системы на свинцово-кислотных аккумуляторах обойдется приблизительно в $500. Инвертор на 5 кВт – $1500. Зарядное устройство мощностью 5 кВт – $500. Еще долларов 500 надо накинуть на схему управления, монтажные материалы, провода, клеммы…
Общая стоимость аналогичной гибридному накопителю системы на свинцово-кислотных аккумуляторах составит:
Аккумуляторы – $1800
Инвертор – $1500
МРРТ контроллер – $500
Зарядное устройство – $500
Схема управления, монтаж – $500
Итого – $4800
Стоимость гибридного накопителя на литий-ионных аккумуляторах – $14000. Однако прослужит он в 10 раз дольше. За это время – весь срок эксплуатации – стоимость дополнительных эксплуатационных расходов в системе на свинцово-кислотных аккумуляторах составит минимум $16200.
Совокупная стоимость приобретения и владения системой на свинцово-кислотных аккумуляторах за 15 лет эксплуатации выйдет минимум $21000; а стоимость приобретения гибридным накопителем на литий-ионных аккумуляторах останется неизменной – $14000, или – на $7000 (на 50%) дешевле, чем у системы на свинцово-кислотных аккумуляторах.
И не стоит забывать, что заводской гибридный накопитель – это просто небольшой шкаф с оборудованием, размером 0,8х0,35х0,61 метра; вес которого – всего 105 кг… Такой аппарат легко найдет свое место даже в очень небольших помещениях, тогда как для размещения свинцово-кислотных аккумуляторов, инвертора и другого оборудования зачастую выделяют целые комнаты.
Варианты подключения (инсталляции) гибридного накопителя: