Energijos kaupiklis ir saulės elektrinė: kaip veikia kartu?

Saulės elektrinė daugiausia elektros pagamina dieną, tačiau nemaža dalis namų ūkių daugiausia jos sunaudoja ryte ir vakare. Energijos kaupiklis padeda sumažinti šį gamybos ir vartojimo laiko skirtumą – dieną pagaminta perteklinė elektra sukaupiama ir panaudojama tada, kai saulės elektrinė gamina mažiau arba visai negamina.

Paprastai sistema veikia tokia tvarka: saulės elektrinė pirmiausia aprūpina namus, tuomet krauna kaupiklį, o likusį perteklių perduoda į ESO tinklą. Vakare arba naktį namas pirmiausia naudoja baterijoje sukauptą energiją ir tik jai pasibaigus ima elektrą iš tinklo.

Svarbu suprasti, kad energijos kaupiklis negamina papildomos elektros. Jis leidžia pakeisti laiką, kada jau pagaminta arba iš tinklo įsigyta energija bus sunaudota.

Kas yra energijos kaupiklis?

Energijos kaupiklis – tai baterijų ir jų valdymo įrangos sistema, skirta elektros energijai sukaupti bei vėliau grąžinti namų elektros tinklui. Buitinis kaupiklis dar kartais vadinamas elektros kaupikliu, namų baterija arba saulės baterija.

Kaupiklio talpa matuojama kilovatvalandėmis (kWh). Pavyzdžiui, 10 kWh naudingosios talpos kaupiklis teoriškai gali atiduoti apie 10 kWh elektros. Realus panaudojamas kiekis priklauso nuo įrangos, nustatyto minimalaus įkrovos lygio, temperatūros ir energijos konversijos nuostolių.

Kartu su saulės elektrine namams kaupiklis dažniausiai naudojamas dieną pagamintam pertekliui išsaugoti ir perkelti į vakarą ar naktį.

Kaip energijos kaupiklis veikia su saulės elektrine?

Šiuolaikinė sistema nuolat matuoja, kiek elektros tuo metu gamina saulės elektrinė ir kiek jos sunaudoja namai. Pagal šiuos duomenis hibridinis inverteris ir energijos valdymo sistema nusprendžia, kur turi būti nukreipta pagaminta elektra.

Dažniausiai nustatoma tokia energijos naudojimo tvarka:

1. Pirmiausia elektra naudojama namuose. Saulės elektrinė tiesiogiai maitina tuo metu veikiančius prietaisus.
2. Perteklius nukreipiamas į kaupiklį. Jeigu elektrinė gamina daugiau, nei sunaudoja namas, pradedama krauti baterija.
3. Pripildžius kaupiklį energija perduodama į tinklą. Tai priklauso nuo turimų ESO sąlygų ir leistinos generuoti galios.
4. Sumažėjus gamybai naudojama baterija. Vakare arba naktį sukaupta elektra grąžinama namų prietaisams.
5. Išsikrovus baterijai elektra imama iš tinklo. Namas automatiškai persijungia prie įprasto elektros tiekimo.

Ši veikimo tvarka gali būti keičiama pagal vartotojo poreikius. Pavyzdžiui, galima nustatyti minimalų baterijos įkrovos lygį rezerviniam maitinimui arba leisti kaupiklį tam tikromis valandomis krauti iš ESO tinklo.

Kas vyksta skirtingu paros metu?

Orientacinis vienos dienos pavyzdys

Panagrinėkime supaprastintą namo su 7 kW saulės elektrine ir 12 kWh kaupikliu pavyzdį. Tarkime, saulėtą šiltojo sezono dieną elektrinė pagamina apie 30 kWh, o namas per visą parą sunaudoja 18 kWh.

Dienos metu, kai veikia saulės elektrinė, namas tiesiogiai sunaudoja apie 6 kWh. Dalis likusios energijos panaudojama kaupikliui įkrauti, o jo nepanaudotas perteklius perduodamas į ESO tinklą. Vakare ir naktį namas iš kaupiklio gali panaudoti maždaug 10–11 kWh, priklausomai nuo baterijos naudingosios talpos, nustatymų ir konversijos nuostolių.

Šis pavyzdys skirtas veikimo principui parodyti. Faktinė gamyba priklauso nuo metų laiko, oro, modulių krypties ir pasvirimo kampo. Rezultatą taip pat keičia namo vartojimo grafikas, kaupiklio naudingoji talpa ir sistemos nustatymai.

Kas nutinka, kai kaupiklis visiškai įkrautas?

Jeigu namo poreikis patenkintas, o kaupiklis jau pilnas, likusi saulės elektrinės pagaminta energija paprastai perduodama į ESO tinklą. Tačiau tai įmanoma tik neviršijant objektui nustatytos leistinos generuoti galios.

Jeigu ESO leidžia atiduoti mažiau energijos, nei tuo metu galėtų pagaminti elektrinė, inverteris automatiškai sumažina gamybą. Tokiu atveju dalis potencialios saulės energijos lieka nepagaminta.

Kaupiklis leidžia dalį šio pertekliaus priimti prieš apribojant elektrinės gamybą. Dėl to jis ypač aktualus objektuose, kuriuose taikoma maža, pavyzdžiui, 1 kW leistina generuoti galia.

Kas nutinka, kai kaupiklis išsikrauna?

Kaupikliui pasiekus nustatytą minimalų įkrovos lygį, namas automatiškai pradeda naudoti elektrą iš ESO tinklo. Gyventojui nereikia rankiniu būdu perjungti elektros tiekimo šaltinio.

Dalis sistemų sąmoningai neleidžia baterijai išsikrauti iki nulio. Pavyzdžiui, galima nustatyti, kad 10–20 proc. energijos būtų palikta baterijos apsaugai arba rezerviniam maitinimui. Kuo didesnis rezervas paliekamas, tuo mažesnė kaupiklio talpos dalis naudojama kasdieniam vartojimui.

Iš ko susideda saulės elektrinė su kaupikliu?

Saulės moduliai

Moduliai saulės šviesą paverčia nuolatinės srovės elektros energija. Jų galia ir išdėstymas lemia, kiek elektros sistema gali pagaminti skirtingu paros bei metų laiku.

Hibridinis inverteris

Hibridinis inverteris valdo saulės elektrinę, kaupiklį, namų vartojimą ir ryšį su elektros tinklu. Jis konvertuoja elektros srovę ir reguliuoja, kur energija turi būti nukreipta konkrečiu momentu.

Ne kiekvienas hibridinis inverteris suderinamas su visais energijos kaupikliais. Gamintojai taiko skirtingas baterijų įtampas, komunikacijos protokolus ir valdymo sistemas, todėl suderinamumą reikia patikrinti prieš pasirenkant įrangą.

Baterijų moduliai

Juose fiziškai saugoma elektros energija. Kai kurios baterijos yra modulinės – pradžioje galima įsirengti mažesnę talpą, o ateityje ją padidinti papildomais moduliais. Tačiau plėtros galimybė priklauso nuo konkretaus gamintojo ir sistemos architektūros.

Energijos valdymo sistema

Energijos valdymo sistema, dažnai vadinama EMS, stebi elektrinės gamybą, namo vartojimą, baterijos įkrovos lygį ir energijos srautą į tinklą. Ji gali automatiškai keisti kaupiklio veikimą pagal nustatytus prioritetus.

Pavyzdžiui, sistema gali siekti:

• kuo daugiau saulės energijos sunaudoti namuose;
• neviršyti ESO nustatytos atidavimo galios;
• palikti dalį baterijos rezerviniam maitinimui;
• krauti bateriją pigesnėmis elektros valandomis;
• naudoti sukauptą energiją didžiausio vartojimo metu.

Išmanusis energijos skaitiklis

Sistemos skaitiklis matuoja, ar konkrečiu momentu namas perka elektrą iš tinklo, ar į jį perduoda perteklių. Pagal šiuos duomenis inverteris gali labai greitai reguliuoti kaupiklio įkrovimą ir iškrovimą.

Kuo skiriasi kaupiklio talpa ir galia?

Talpa ir galia apibūdina skirtingas kaupiklio savybes. Didelė baterijos talpa dar nereiškia, kad ji vienu metu galės maitinti visus galingus namų prietaisus.

Pavyzdžiui, 12 kWh kaupiklis gali turėti 5 kW iškrovimo galią. Energijos jame gali pakakti kelioms valandoms, tačiau vienu metu įjungus elektrinę viryklę, šilumos siurblį ir elektromobilio įkrovimą bendra apkrova gali viršyti kaupiklio galią. Tokiu atveju trūkstama energija imama iš tinklo arba sistemos valdymas riboja pasirinktus prietaisus.

Ar kaupiklis gali veikti be saulės elektrinės?

Taip. Kai kuriuos energijos kaupiklius galima krauti tiesiogiai iš elektros tinklo. Pavyzdžiui, baterija gali būti įkraunama pigesnėmis valandomis ir naudojama tada, kai elektros kaina didesnė.

Be saulės elektrinės kaupiklis taip pat gali būti naudojamas rezerviniam maitinimui. Vis dėlto tokiu atveju jis nesaugo nuosavos pagamintos energijos, todėl sistemos paskirtis ir ekonominis vertinimas skiriasi.

Namams kaupiklis dažniausiai suteikia daugiausia funkcijų, kai visa saulės elektrinė su energijos kaupikliu projektuojama kaip viena suderinta sistema.

Ar kaupiklis veikia žiemą?

Taip, tačiau žiemą jo veikimo pobūdis pasikeičia. Saulės elektrinė pagamina mažiau energijos, todėl kaupiklis rečiau visiškai įkraunamas vien iš saulės pertekliaus.

Šaltuoju sezonu baterija gali perkelti dieną pagamintą energiją į vakarą arba, turint tinkamą elektros planą, būti kraunama pigesnėmis tinklo valandomis. Rezultatas priklauso nuo saulės gamybos, vartojimo, elektros kainų ir sistemos nustatymų.

Plačiau apie gamybą, kainų skirtumus ir realius skaičiavimus skaitykite: energijos kaupiklis žiemą – kokią naudą jis suteikia?

Ar dingus elektrai kaupiklis maitins namą?

Ne visada. Vien energijos kaupiklio turėjimas nereiškia, kad nutrūkus elektros tiekimui namas automatiškai toliau veiks.

Prie tinklo prijungta saulės elektrinė saugumo sumetimais paprastai išsijungia kartu su elektros tinklu. Kad kaupiklis galėtų maitinti namą, reikalingas rezervinį veikimą palaikantis inverteris, tinkama perjungimo įranga ir iš anksto numatytos rezervinės elektros grandinės.

Dažniausiai prie rezervinio maitinimo prijungiami svarbiausi įrenginiai:

• šaldytuvas;
• apšvietimas;
• interneto ir ryšio įranga;
• šildymo sistemos automatika;
• vandens siurblys;
• signalizacija ir vartų automatika;
• keli svarbiausi elektros lizdai.

Norint maitinti visą namą, reikia įvertinti ne tik baterijos talpą, bet ir jos atiduodamą galią, fazių skaičių bei didžiausias galimas apkrovas.

Ar kaupiklį galima prijungti prie jau veikiančios elektrinės?

Dažniausiai galima, tačiau tinkamas sprendimas priklauso nuo jau sumontuoto inverterio ir norimų funkcijų.

Jeigu naudojamas su pasirinkta baterija suderinamas hibridinis inverteris, kaupiklio prijungimas gali būti paprastesnis. Jeigu sumontuotas įprastas tinklo inverteris, gali reikėti papildomo baterijos inverterio arba esamo inverterio keitimo.

Prieš pasirenkant kaupiklį reikia patikrinti:

• esamo inverterio modelį ir programinės įrangos versiją;
• palaikomus baterijų gamintojus ir modelius;
• baterijos įtampą ir komunikacijos protokolą;
• elektros instaliacijos ir skydelio būklę;
• ar reikalingas vienfazis, ar trifazis rezervinis maitinimas;
• ar sistemą bus galima plėsti ateityje.

Jeigu saulės elektrinė jau veikia, prieš užsakant įrangą verta atlikti gamybos, vartojimo ir esamos sistemos suderinamumo analizę. Plačiau apie parinkimą ir techninius sprendimus skaitykite puslapyje apie energijos kaupiklių montavimą namams.

Kaip parenkama kaupiklio talpa?

Kaupiklio nereikėtų rinktis tik pagal saulės elektrinės galią arba bendrą metinį namo elektros vartojimą. Svarbiausias rodiklis – kiek energijos namas įprastai sunaudoja nuo saulės gamybos sumažėjimo vakare iki kitos dienos ryto.

Parenkant talpą vertinama:

• valandinis arba 15 minučių namo vartojimo grafikas;
• vakaro ir nakties elektros poreikis;
• saulės elektrinės gamyba skirtingais mėnesiais;
• į ESO tinklą perduodamas energijos kiekis;
• leistina generuoti galia;
• šilumos siurblio ir kitų galingų prietaisų darbas;
• elektromobilio įkrovimo laikas;
• rezervinio maitinimo poreikis;
• baterijos naudingoji talpa ir iškrovimo galia;
• galimybė sistemą išplėsti ateityje.

Per mažas kaupiklis greitai prisipildys ir išsikraus, todėl dalis dienos pertekliaus vis tiek keliaus į tinklą. Per didelė baterija kainuos daugiau, tačiau dalį metų gali būti nevisiškai įkraunama. Todėl geriausias kaupiklis nėra didžiausias – jis turi atitikti realų konkretaus namo vartojimą.

Kiek energijos prarandama ją kaupiant?

Įkraunant ir iškraunant bateriją dalis energijos prarandama dėl elektros konversijos, baterijos vidinės varžos ir pačios sistemos veikimo. Todėl į kaupiklį nukreipus 10 kWh elektros namams paprastai grąžinama šiek tiek mažiau.

Tikslus viso ciklo efektyvumas priklauso nuo baterijos technologijos, inverterio, sistemos architektūros, apkrovos ir temperatūros. Vertinant kaupiklį svarbu žiūrėti ne tik į deklaruojamą baterijos talpą, bet ir į naudingąją talpą bei visos sistemos efektyvumą.

Ką galima keisti kaupiklio nustatymuose?

Galimos funkcijos priklauso nuo pasirinkto inverterio, baterijos ir energijos valdymo sistemos. Dažniausiai galima reguliuoti:

• minimalų baterijos įkrovos lygį;
• rezervui paliekamą energijos dalį;
• laiką, kada leidžiama krauti bateriją iš tinklo;
• laiką, kada baterija gali būti iškraunama;
• didžiausią įkrovimo ir iškrovimo galią;
• leistiną energijos atidavimą į ESO tinklą;
• prioritetą savivartai, rezervui arba elektros kainų valdymui.

Tinkama konfigūracija svarbi ne mažiau nei baterijos talpa. Netinkamai nustatyta sistema gali per anksti iškrauti bateriją, palikti per mažą rezervą arba neišnaudoti dieną susidarančio saulės energijos pertekliaus.

Ar energijos kaupiklis reiškia visišką nepriklausomybę?

Daugeliu atvejų – ne. Kaupiklis gali gerokai sumažinti elektros paėmimą iš tinklo tam tikromis paros valandomis, tačiau jo galimybes riboja talpa, atiduodama galia ir saulės elektrinės gamyba.

Vasarą baterija gali būti reguliariai įkraunama, bet paprastai negali sutalpinti viso dienos pertekliaus. Žiemą energijos poreikis didesnis, o saulės gamyba mažesnė, todėl namui vis tiek gali reikėti elektros iš tinklo.

Kaupiklį tiksliau vertinti kaip energijos valdymo ir trumpalaikio rezervo priemonę, o ne visiško atsijungimo nuo elektros tinklo sprendimą.

Taigi, kaip kartu veikia saulės elektrinė ir kaupiklis?

Saulės elektrinė pagamina elektrą, o energijos kaupiklis leidžia ją panaudoti kitu metu. Dieną energija pirmiausia skiriama tuo metu veikiančiai namų įrangai, likęs perteklius krauna bateriją, o jai prisipildžius perduodamas į ESO tinklą. Vakare ir naktį namas naudoja sukauptą energiją, o jai pasibaigus automatiškai pereina prie elektros iš tinklo.

Galutinis sistemos veikimas priklauso ne tik nuo baterijos talpos. Taip pat svarbūs inverterio pajėgumai, energijos valdymo sistema, rezervinio maitinimo sprendimas, ESO sąlygos ir realus namo vartojimo grafikas.

Jeigu norite įvertinti ne tik veikimo principą, bet ir finansinę tokios sistemos naudą, skaitykite: ar verta saulės elektrinė su baterija?