Ο «εγκέφαλος» του Φωτοβολταϊκού Συστήματος Αποθήκευσης Ενέργειας

Η φωτοβολταϊκή παραγωγή ενέργειας είναι μια τεχνολογία που μετατρέπει άμεσα την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Όπως είναι γνωστό, ο ήλιος δεν παρέχει συνεχή ενέργεια - η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας διακόπτεται κατά τη διάρκεια βροχερών ή νυχτερινών καιρικών συνθηκών, επομένως πρέπει να είναι εξοπλισμένες συσκευές αποθήκευσης ενέργειας, που ισοδυναμούν με "μεγάλη μπαταρία". Όταν υπάρχει ηλιακό φως, το σύστημα φορτίζει την μπαταρία. Όταν δεν υπάρχει ηλιακό φως, χρησιμοποιήστε την αποθηκευμένη ηλεκτρική ενέργεια στην μπαταρία. Επιπλέον, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά είναι συνεχές ρεύμα, το οποίο πρέπει να μετατραπεί σε εναλλασσόμενο ρεύμα μέσω ενός μετατροπέα για να χρησιμοποιηθεί από τα νοικοκυριά.
Τα πιο συνηθισμένα μας φωτοβολταϊκά πάνελ εγκαθίστανται σε στέγες ή δάπεδα και οι πρώτες ύλες τους προέρχονται από άμμο στην έρημο. Μετά τον καθαρισμό, η άμμος χρησιμοποιείται για τη λήψη υλικού πυριτίου, το οποίο είναι επίσης το βασικό υλικό για την κατασκευή τσιπ. Η διαφορά είναι ότι η καθαρότητα του υλικού πυριτίου που χρησιμοποιείται σε ηλιακές κυψέλες κυμαίνεται από 99,996% (δηλαδή. 4 9s) έως 9 9s, ενώ η καθαρότητα του υλικού πυριτίου που απαιτείται για τα τσιπ είναι τόσο υψηλή όσο 11 9s.
Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: τα παραδοσιακά και τα νέα. Τα παραδοσιακά συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, όπως οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί, χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια για να αντλούν νερό σε ψηλά σημεία όταν υπάρχει αρκετό ηλιακό φως και στη συνέχεια απελευθερώνουν νερό για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια όταν χρειάζεται, χρησιμοποιώντας δυναμική ενέργεια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ωστόσο, οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί περιορίζονται από γεωγραφικές συνθήκες, απαιτώντας επαρκείς πηγές νερού, υψομετρικές διαφορές και εκτεταμένη κατοχή γης, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη διάδοση τους. Αντίθετα, νέες μπαταρίες αποθήκευσης ενέργειας, όπως οι μπαταρίες λιθίου, μπορούν να εγκατασταθούν απευθείας σε οικιακούς χώρους διανομής και έχουν μεγαλύτερο εύρος εφαρμογής. Στο μέλλον, η τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας θα αναπτυχθεί προς μπαταρίες στερεάς-κατάστασης, οι οποίες έχουν μεγαλύτερη χωρητικότητα αποθήκευσης και μεγαλύτερη ασφάλεια. Επί του παρόντος, η κύρια πρόκληση είναι το κόστος και αναμένεται να επιτευχθεί μαζική παραγωγή εντός πέντε ετών.
Πολλοί πιστεύουν ότι το κόστος παραγωγής ενέργειας από φωτοβολταϊκά είναι υψηλό, αλλά στην πραγματικότητα, το κόστος των ίδιων των φωτοβολταϊκών πάνελ έχει μειωθεί σημαντικά. Το πραγματικό κόστος προέρχεται από το συνολικό σύστημα «φωτοβολταϊκών+αποθήκευσης ενέργειας». Η μεμονωμένη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από φωτοβολταϊκά δεν μπορεί να προσφέρει άμεσα σταθερή οικιακή χρήση και η Ισπανία έχει βιώσει εκτεταμένες διακοπές ρεύματος λόγω πολλών σκοτεινών νεφών, γεγονός που αποτελεί παράδειγμα ανεπαρκούς αποθήκευσης ενέργειας. Με τη βιομηχανία ηλεκτρικών οχημάτων να μειώνει το κόστος των μπαταριών λιθίου, η οικιακή αποθήκευση ενέργειας απέκτησε σταδιακά ένα πλεονέκτημα τιμής.

Inverter: Ο «Ευφυής Εγκέφαλος» του Συστήματος
Οι μετατροπείς παίζουν δύο βασικούς ρόλους στο σύστημα:
1. Λειτουργία μεταφραστή: Μετατρέψτε το συνεχές ρεύμα που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά σε οικιακό χρησιμοποιήσιμο εναλλασσόμενο ρεύμα.
2. Έξυπνος διοικητής: δυναμική κατανομή ηλεκτρικής ενέργειας με βάση την παραγωγή και την κατανάλωση ενέργειας.

• Όταν υπάρχει επαρκές ηλιακό φως, θα πρέπει να δίνεται προτεραιότητα στην οικιακή χρήση και το υπόλοιπο ηλεκτρικό ρεύμα θα πρέπει να χρησιμοποιείται για τη φόρτιση της μπαταρίας.
• Μετά την πλήρη φόρτιση της μπαταρίας, η περίσσεια ηλεκτρικής ενέργειας ενσωματώνεται στο δίκτυο και οι χρήστες μπορούν να πουλήσουν την ηλεκτρική τους ενέργεια για κέρδος.
• Όταν η παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας είναι ανεπαρκής, χρησιμοποιήστε πρώτα την αποθήκευση ενέργειας της μπαταρίας.
• Αφού εξαντληθεί η αποθήκευση ενέργειας, αγοράζει αυτόματα ηλεκτρική ενέργεια από το δίκτυο.

Αυτή η έξυπνη μέθοδος διανομής υποδεικνύει ότι οι τιμές της ηλεκτρικής ενέργειας θα κυμαίνονται σε πραγματικό χρόνο στο μέλλον: οι τιμές της ηλεκτρικής ενέργειας θα αυξάνονται τις ώρες αιχμής και θα πέφτουν κατά τις ώρες εκτός αιχμής. Μέσω έξυπνου προγραμματισμού, μπορεί να επιτευχθεί ακόμη και διαπεριφερειακό ισοζύγιο ηλεκτρικής ενέργειας, όπως η μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας γραφείου στην μέγιστη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας των εμπορικών κέντρων τα Σαββατοκύριακα.

Η διαφορά μεταξύ φωτοβολταϊκών μετατροπέων και μετατροπέων αποθήκευσης ενέργειας
Παρά τα παρόμοια ονόματά τους, τα δύο έχουν διαφορετικές λειτουργίες:

• Φωτοβολταϊκός μετατροπέας: ειδικά σχεδιασμένος για φωτοβολταϊκά συστήματα παραγωγής ενέργειας, μετατρέπει μονοκατευθυντικά το συνεχές ρεύμα που παράγεται από τους ηλιακούς συλλέκτες σε εναλλασσόμενο ρεύμα, το οποίο στη συνέχεια συνδέεται με το ηλεκτρικό δίκτυο ή χρησιμοποιείται από φορτία.
• Μετατροπέας αποθήκευσης ενέργειας (PCS): Χρησιμοποιείται σε συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, έχει δυνατότητα αμφίδρομης ρύθμισης και μπορεί να μετατρέψει εναλλασσόμενο ρεύμα από το δίκτυο σε ισχύ συνεχούς ρεύματος για τη φόρτιση της μπαταρίας, καθώς και να μετατρέψει την ισχύ DC από την μπαταρία σε τροφοδοτικό AC για το δίκτυο ή το φορτίο. Σε περίπτωση διακοπής ρεύματος, ο φωτοβολταϊκός μετατροπέας θα σταματήσει να λειτουργεί, ενώ ο μετατροπέας αποθήκευσης ενέργειας μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί για να εξασφαλίσει την τροφοδοσία του συστήματος.

Τα φωτοβολταϊκά συστήματα μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε χρησιμοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια, οι συσκευές αποθήκευσης ενέργειας λύνουν το πρόβλημα της ασταθούς τροφοδοσίας και οι μετατροπείς αναλαμβάνουν τις διπλές εργασίες της μετατροπής DC/AC και της έξυπνης διανομής. Η συνεργασία των τριών διαμορφώνει έναν κλειστό βρόχο «κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας αποθήκευσης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας», που όχι μόνο μειώνει το ενεργειακό κόστος αλλά προωθεί και την ανάπτυξη έξυπνων δικτύων. Ως «εγκέφαλος» του συστήματος, ο μετατροπέας είναι ο βασικός εξοπλισμός για την υλοποίηση αυτού του κύκλου καθαρής ενέργειας. Επί του παρόντος, οι κινεζικές εταιρείες μετατροπέων έχουν λάβει ηγετική θέση στην παγκόσμια αγορά, θέτοντας γερά θεμέλια για τη βελτιστοποίηση της μελλοντικής ενεργειακής δομής.