28
Типичный период оценки этих показателей составляет 1 год, что позволяет
учесть сезонные колебания и минимизировать влияние краткосрочных случайных
колебаний в генерации и потреблении энергии.
1.2.2 Решения, улучшающие показатели энергетической эффективности ФЭС
Все многообразие предлагаемых подходов можно условно разделить на 2
группы: использование технологий
накопления энергии
и
управления нагрузкой.
Данные технологии могут быть использованы отдельно, в сочетании друг с другом
или с другими методами. Рассмотрим их подробнее.
1.2.2.1 Использование технологий накопления
энергии
Б
о
льшая часть проанализированных исследований посвящена оценке
потенциала повышения энергетической эффективности ФЭС за счет технологий
хранения энергии. В
настоящее время на рынке хранения энергии представлен
широкий ряд применяемых технологий с различной стоимостью,
мощностью,
энергоемкостью, продолжительностью хранения энергии, временем отклика,
эффективностью, сроком службы, способностью к саморазряду [38, 39, 40, 41, 42].
Для систем распределенной солнечной генерации наиболее часто
используются электрохимические накопители электрической энергии (НЭЭ).
Электрохимические накопители энергии
Типичная
схема
использования
электрохимических
накопителей
электрической энергии в сетевой ФЭС переменного тока представлена на Рисунке
1.11.
29
Рисунок 1.11 – Типичная конфигурация соединенной с сетью ФЭС:
1
– ФЭМ,
2
– инвертор с функциями слежения за точкой максимальной
мощности (ТММ) и контроля заряда НЭЭ,
3
– НЭЭ,
4
– нагрузка переменного тока,
5
– двунаправленный счетчик ЭЭ,
6
–сеть.
Для бытового применения в основном используются
свинцово-кислотные
(СК), литий-ионные (ЛИ), никель-кадмиевые (НК) и никель-металлогидридные
(НМ) НЭЭ [43]. Примерами сравнительно новых технологий хранения энергии,
пригодных для бытового применения, являются натриево-ионные (НИ) (англ. –
s
odium-ion
), например, натрий-серные (NaS) или натрий-хлорные (NaNiCl), и
проточные редокс-накопители [44]. Из перечисленных выше технологий СК НЭЭ
– самая зрелая и широко используемая технология хранения, в основном, благодаря
своей относительной дешевизне. Немаловажным обстоятельством является также
то, что для работы с СК НЭЭ адаптировано большинство контроллеров заряда и
инверторов, присутствующих на рынке [45].
Литий-ионные накопители электрической энергии по удельным и ресурсным
показателям существенно превосходят аналогичные
характеристики других
электрохимических накопителей, что определяет перспективность их применения
30
в системах электроснабжения на основе ВИЭ [46, 47] несмотря на высокую
стоимость [48]. Несомненным достоинством ЛИ НЭЭ является высокая
допустимая глубина разряда при сохранении приемлемых ресурсных
характеристик. Одна из наиболее перспективных разновидностей ЛИ НЭЭ —
Li4Ti5O12||NMC, где NMC — смесь литированных оксидов кобальта, марганца и
никеля [45].
Многочисленные исследования, проведенные с
целью сравнения
экономической и энергетической эффективности перечисленных выше технологий
в системах микрогенерации, показали, что СК НЭЭ позволяют достигнуть
довольно высокого коэффициента самопотребления (в некоторых случаях – до
80%) при меньших капитальных затратах по сравнению с другими технологиями
НЭЭ [49, 50], однако при этом капитальные вложения все же велики.
Важным практическим вопросом является эффективность аккумуляторных
батарей в
условиях реальной эксплуатации, в частности, при экстремальных
температурах, а также при длительных периодах низкой инсоляции, что характерно
для значительной части территории РФ в зимний сезон. Результаты
экспериментальных исследований эффективности различных технологий
накопления электрической энергии в условиях низких
температур в модельных
условиях представлены в [51]. Продемонстрировано, что одними из наиболее
перспективных для применения в холодном климате являются литий-железо-
фосфатные аккумуляторы (LiFePO4) и никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd).
Однако наиболее достоверные данные могут быть получены только в результате
длительной эксплуатации ФЭС в реальных условиях. Экспериментальная
эксплуатация ФЭС с НЭЭ является незаменимым
источником информации,
позволяющей прогнозировать срок службы солнечной установки и ее компонентов,
учитывать особенности их работы при проектировании ФЭС в различных
условиях.
