Tấm năng lượng mặt trời và bộ lưu trữ pin để tự chủ về năng lượng tại nhà

Sự chuyển đổi từ sự phụ thuộc vào lưới điện sang quyền lực tự quản lý

Chủ nhà ở các vùng khí hậu đang xem xét lại cách thức điện đến ổ cắm của họ. Biến động giá cả, tình trạng mất điện kéo dài khi có bão và chi phí phát điện trên mái nhà giảm đã đẩy các hộ gia đình đến một câu hỏi đơn giản: liệu một ngôi nhà có thể tự sản xuất, lưu trữ và quản lý nguồn điện mà không cần dựa vào lưới điện mỗi giờ trong ngày không? Câu trả lời ngày càng liên quan đến hai bộ phận hoạt động cùng nhau thay vì tách biệt - các tấm pin mặt trời thu ánh sáng ban ngày và một bộ pin dự trữ để sử dụng sau khi mặt trời lặn.

Tự chủ về năng lượng không có nghĩa là ngắt kết nối hoàn toàn khỏi lưới điện, mặc dù đó vẫn là một lựa chọn đối với một số bất động sản ở nông thôn. Đối với hầu hết các hộ gia đình, điều đó có nghĩa là thay đổi cán cân quyền lực: tạo ra một phần đáng kể lượng tiêu thụ hàng ngày tại chỗ, tích trữ lượng điện dư thừa và sử dụng công suất dự trữ trong thời gian định giá cao điểm hoặc ngừng hoạt động thay vì phải trả mức phí tiện ích cao hơn.

Hệ thống lưu trữ năng lượng thực sự hoạt động như thế nào khi thiết lập tại nhà

Một khu dân cư hệ thống lưu trữ năng lượng nằm giữa mảng năng lượng mặt trời, bảng điện gia dụng và kết nối tiện ích. Công việc của nó bao gồm ba phần: thu hồi sản lượng năng lượng mặt trời dư thừa mà ngôi nhà không sử dụng trong thời gian thực, giữ công suất đó một cách an toàn và giải phóng nó theo yêu cầu khi mặt trời lặn, khi có đám mây bay qua trên đầu hoặc khi lưới điện bị hỏng.

Nếu không có bộ lưu trữ, hệ thống năng lượng mặt trời chỉ bù đắp mức tiêu thụ vào ban ngày. Bất kỳ thế hệ chưa sử dụng nào sẽ được gửi trở lại lưới điện để nhận tín dụng (nơi chính sách đo đếm ròng cho phép điều đó) hoặc bị mất. Việc bổ sung bộ lưu trữ sẽ chuyển đổi lượng điện dư thừa đó thành nguồn điện có thể sử dụng được vào buổi tối và ban đêm, thường là khi nhu cầu của hộ gia đình lên đến đỉnh điểm - việc chuẩn bị bữa tối, hệ thống chiếu sáng, giải trí và kiểm soát khí hậu đều tiêu thụ nhiều hơn sau 5 giờ chiều ở hầu hết các cấu hình phụ tải dân dụng.

Thành phần hệ thống	Chức năng chính	Cửa sổ điều hành điển hình
Mảng năng lượng mặt trời	Chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện DC	Chỉ giờ ban ngày
Bộ điều khiển biến tần/sạc	Chuyển đổi và điều chỉnh dòng điện	Liên tục trong chu kỳ tải hoặc sạc hoạt động
Ngân hàng pin	Lưu trữ năng lượng dư thừa để sử dụng sau này	Sạc theo ngày, xả tối/đêm hoặc khi mất điện
Bộ điều khiển quản lý năng lượng	Quyết định thời điểm sạc, xả hoặc rút khỏi lưới điện	Liên tục, tự động

Tại sao pin Lithium-ion chiếm ưu thế trong kho lưu trữ dân dụng

Sự lựa chọn hóa học của pin xác định cách hệ thống lưu trữ hoạt động trong suốt thời gian sử dụng của nó. Pin lithium-ion , và cụ thể là biến thể LiFePO4 (lithium iron phosphate) được sử dụng trong hầu hết các giá đỡ dân dụng hiện đại, đã trở thành đề xuất mặc định cho việc lắp đặt tại nhà vì sự kết hợp của các lý do thực tế hơn là ưu tiên tiếp thị.

Lithium-ion battery rack module for residential energy storage

Dung sai phóng điện sâu - hầu hết các gói LiFePO4 có thể được đạp liên tục đến độ sâu xả 80 đến 90 phần trăm mà không bị suy thoái nhanh.
Độ ổn định nhiệt - cấu trúc cực âm sắt photphat có khả năng chống thoát nhiệt cao hơn nhiều so với các hóa chất lithium coban cũ.
Vòng đời - các giá đỡ lithium-ion dân dụng điển hình được đánh giá từ 4.000 đến 6.000 chu kỳ đầy đủ ở độ sâu xả định mức, có nghĩa là sử dụng hàng ngày trong hơn một thập kỷ.
Diện tích nhỏ gọn - mật độ năng lượng cao hơn trên mỗi đơn vị thể tích có nghĩa là thiết bị treo tường hoặc đặt trên giá có thể chứa được công suất đáng kể mà không tốn diện tích gara.
Bảo trì tối thiểu - hệ thống quản lý pin kín, tự giám sát loại bỏ các thói quen tưới nước và cân bằng mà các bình axit chì cũ yêu cầu.

Các hộ gia đình so sánh hóa chất cũng nên cân nhắc Pin giá LiFePO4 chống lại các ngân hàng oxit chì hoặc lithium coban oxit cũ hơn về tổng chi phí sở hữu thay vì chỉ dựa trên giá dán nhãn. Một bình chứa axit chì được thay thế từ ba đến năm năm một lần thường có chi phí cao hơn trong khoảng thời gian mười lăm năm so với việc lắp đặt một pin lithium-ion đơn lẻ.

So sánh các hóa chất bảo quản để sử dụng tại nhà

Bảng dưới đây tóm tắt sự khác biệt giữa ba loại hóa chất được thảo luận phổ biến nhất đối với hệ thống lưu trữ dân dụng dựa trên các yếu tố quan trọng đối với chủ nhà khi lên kế hoạch xây dựng hệ thống.

Yếu tố	LiFePO4 (Lithium-ion)	Axit chì (Ngập/AGM)	NMC (Lithium-ion)
Vòng đời điển hình	4.000 đến 6.000 chu kỳ	500 đến 1.200 chu kỳ	2.000 đến 3.000 chu kỳ
Độ sâu xả có thể sử dụng	80 đến 90 phần trăm	40 đến 50 phần trăm	80 đến 90 phần trăm
Hồ sơ rủi ro nhiệt	Thấp	Thấp, but off-gassing risk	Trung bình
Nhu cầu bảo trì	Tối thiểu	Thường xuyên cho các loại ngập nước	Tối thiểu
Dấu chân trên mỗi kWh	Nhỏ gọn	lớn	Nhỏ gọn

Hóa học NMC cung cấp mật độ năng lượng cao hơn một chút so với LiFePO4, nhưng sự đánh đổi giữa biên nhiệt và tuổi thọ chu kỳ là lý do tại sao hầu hết các hệ thống giá đỡ cấp dân dụng được xây dựng ngày nay đều tiêu chuẩn hóa pin photphat sắt.

Cách các tấm pin mặt trời và bộ lưu trữ pin hoạt động cùng nhau trong một ngày

Giá trị của việc ghép nối nguồn điện với bộ lưu trữ sẽ trở nên rõ ràng khi được ánh xạ theo đường cong phụ tải thực tế hàng ngày. Sơ đồ bên dưới mô tả một chu kỳ dân cư điển hình từ lúc mặt trời mọc đến lúc mặt trời mọc tiếp theo, cho biết nơi sạc pin, nơi chứa pin và nơi xả pin để che phủ ngôi nhà.

Buổi sáng: mảng bắt đầu sản xuất khi bức xạ tăng lên; đầu ra sớm bao gồm tải cơ sở đầu tiên.
Giữa trưa: lượng điện phát ra thường vượt quá nhu cầu của hộ gia đình; các tuyến đường dư thừa đến ngân hàng pin cho đến khi nó đạt đến trạng thái sạc đầy.
Từ chiều đến tối: khi sản lượng năng lượng mặt trời giảm dần, ngôi nhà sẽ sử dụng công suất dự trữ thay vì lưới điện.
Qua đêm: pin tiếp tục cung cấp tải cơ bản cho đến khi trạng thái sạc đạt đến mức dự trữ đặt trước, lúc đó hệ thống có thể quay trở lại nguồn điện lưới nếu được cấu hình theo cách đó.

Định cỡ một hệ thống để độc lập năng lượng thực tế tại nhà

Quá khổ gây lãng phí vốn; kích thước dưới mức để lại những khoảng trống trong thời gian có mây hoặc mất điện. Việc định cỡ nên bắt đầu từ dữ liệu tiêu thụ thực tế thay vì giả định, lý tưởng nhất là lấy từ hóa đơn dịch vụ tiện ích trong 12 tháng để nắm bắt những thay đổi theo mùa về số giờ sưởi ấm, làm mát và ban ngày.

Hồ sơ hộ gia đình	Mức sử dụng trung bình hàng ngày	Phạm vi lưu trữ được đề xuất	Kích thước mảng được đề xuất
Gia đình nhỏ, thiết bị hiệu quả	10 đến 15 kWh	10 đến 13 kWh	4 đến 6 kW
Ngôi nhà gia đình trung bình	20 đến 30 kWh	13 đến 20 kWh	6 đến 9 kW
lớnr home with EV charging	35 đến 50 kWh	20 đến 30 kWh	9 đến 13 kW

Mục tiêu chung cho quyền tự chủ một phần là định cỡ dung lượng lưu trữ để đáp ứng khoảng thời gian tải vào buổi tối và qua đêm - thường là từ 6 đến 10 giờ - đồng thời định cỡ mảng để nạp lại đầy đủ dung lượng đó cộng với mức tiêu thụ ban ngày vào một ngày nắng trung bình đối với vùng khí hậu địa phương.

Sao lưu gắn lưới so với cấu hình hoàn toàn ngoài lưới

Không phải hộ gia đình nào cũng cần hoặc muốn rời khỏi lưới điện hoàn toàn. Hai cấu hình chiếm ưu thế trong quy hoạch khu dân cư và lựa chọn đúng đắn phụ thuộc vào tần suất mất điện, quy tắc đo điện lưới tại địa phương và ngân sách.

Nối lưới với pin dự phòng

Mảng và pin vẫn được kết nối với tiện ích. Hệ thống này trước tiên lấy từ bộ lưu trữ, sau đó là lưới điện và có thể tự động đảo ngược ngôi nhà khi mất điện. Đây là cấu hình dân cư phổ biến nhất vì nó cân bằng giữa chi phí và khả năng phục hồi.

Giải pháp lưu trữ năng lượng ngoài lưới

Ngôi nhà ngắt kết nối hoàn toàn với tiện ích, dựa vào dãy pin và bộ pin để tiêu thụ 100% điện năng, thường được bổ sung bằng máy phát điện dự phòng trong thời gian ít nắng kéo dài. Tuyến đường này yêu cầu dung lượng lưu trữ lớn hơn và quản lý tải thận trọng hơn nhưng loại bỏ hoàn toàn phí tiện ích hàng tháng.

Các thiết lập dự phòng pin năng lượng mặt trời dân dụng gắn với lưới điện thường thu hồi vốn đầu tư nhanh hơn vì chúng tránh được biên lợi nhuận lưu trữ và sản xuất quá lớn mà các hệ thống không nối lưới thuần túy yêu cầu để tồn tại trong các tình huống mặt trời yếu kéo dài nhiều ngày.

Giữ một hệ thống kết hợp đáng tin cậy trong suốt vòng đời của nó

Một hệ thống được xác định rõ ràng vẫn cần được chú ý định kỳ để đạt được tuổi thọ định mức. Danh sách kiểm tra sau đây bao gồm các mục ảnh hưởng trực tiếp nhất đến hiệu suất lâu dài.

Xác nhận chương trình cơ sở của hệ thống quản lý pin luôn cập nhật vì các bản cập nhật thường cải thiện hiệu quả của thuật toán sạc.
Kiểm tra bề mặt bảng điều khiển theo mùa để phát hiện các mảnh vụn, bụi tích tụ hoặc bóng râm do cây mới phát triển.
Đảm bảo các lỗ thông hơi làm mát biến tần không bị cản trở, đặc biệt là trong các phòng tiện ích khép kín.
Xem lại nhật ký trạng thái phí trước đây hàng năm để nắm bắt tình trạng giảm dung lượng dần dần trước khi nó ảnh hưởng đến thời gian sao lưu.
Kiểm tra chức năng đảo tự động ít nhất mỗi năm một lần thay vì chờ mất điện thực sự để tìm hiểu xem nó có hoạt động hay không.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Bộ pin dự phòng có thể cung cấp năng lượng cho một ngôi nhà trong bao lâu khi bị cúp điện?

Thời lượng phụ thuộc hoàn toàn vào dung lượng lưu trữ so với tải hoạt động. Một ngân hàng dân dụng cỡ trung bình chỉ cung cấp các mạch thiết yếu, chẳng hạn như thiết bị điện lạnh, chiếu sáng và mạng, thường có thể hoạt động từ một đến ba ngày. Việc cung cấp năng lượng cho toàn bộ ngôi nhà bao gồm cả HVAC sẽ tiêu hao cùng một nguồn điện chỉ trong vài giờ.

Câu 2: Các tấm pin mặt trời vẫn tạo ra điện mà không cần lắp pin phải không?

Đúng. Các tấm pin có thể chỉ hoạt động trên một biến tần nối lưới, xuất nguồn điện dư thừa cho tiện ích để lấy tín dụng. Pin là một thiết bị bổ sung giúp thu lại lượng dư thừa đó tại địa phương thay vì gửi đi, nó trở nên có giá trị khi tình trạng mất điện thường xuyên hoặc tín dụng xuất khẩu bị hạn chế.

Câu hỏi 3: Cần bao nhiêu diện tích mái nhà để bù đắp đáng kể lượng điện sử dụng của một ngôi nhà?

Điều này thay đổi tùy theo hiệu suất của tấm pin và bức xạ cục bộ, nhưng như một tham chiếu chung, để đáp ứng 60 đến 80 phần trăm mức tiêu thụ trung bình của hộ gia đình thường cần từ 300 đến 500 feet vuông diện tích mái nhà có thể sử dụng được, không có mái che.

Câu hỏi 4: Sau này hệ thống năng lượng mặt trời hiện tại có thể được trang bị thêm bộ lưu trữ pin không?

Trong hầu hết các trường hợp là có, miễn là biến tần hiện tại tương thích với việc tích hợp pin hoặc một biến tần sẵn sàng dùng pin tương thích được thêm vào cùng với nó. Trình cài đặt đủ điều kiện phải đánh giá loại biến tần của hệ thống hiện có trước khi chỉ định bộ lưu trữ tương thích.

Câu hỏi 5: Tuổi thọ thực tế của bộ pin dự phòng dân dụng lithium-ion là bao nhiêu?

Các hệ thống dựa trên LiFePO4 thường được đánh giá là có khả năng hoạt động trong vòng 10 đến 15 năm đạp xe hàng ngày trước khi công suất giảm xuống dưới ngưỡng hữu ích, mặc dù tuổi thọ thực tế phụ thuộc nhiều vào độ sâu của thói quen phóng điện và nhiệt độ hoạt động xung quanh.

Câu hỏi 6: Sự độc lập hoàn toàn ngoài lưới điện có thực tế đối với hầu hết các hộ gia đình không?

Điều này có thể đạt được nhưng đòi hỏi công suất lưu trữ và phát điện lớn hơn đáng kể so với hệ thống dự phòng nối lưới, cùng với việc quản lý tải thận trọng trong thời gian nắng thấp kéo dài. Hầu hết các hộ gia đình nhận thấy cấu hình dự phòng nối lưới mang lại khả năng phục hồi hàng ngày tương tự với chi phí trả trước thấp hơn.

Ngôn ngữ

Gửi phản hồi

Cách kết hợp các tấm năng lượng mặt trời và bộ lưu trữ pin tiên tiến để mang lại quyền tự chủ thực sự về năng lượng cho ngôi nhà