Úvod

Integrace elektrochemického akumulačního systému do fotovoltaické elektrárny
Domácí systém má za hlavní cíl postupně převést výrobu fotovoltaické energie do
přebytek ve vztahu k hodinám spotřeby, které nejsou přímo pokryty výrobou
sluneční. Nejvýznamnějším ukazatelem tohoto přenosu je
tento’energetická soběstačnost (v angličtině míra soběstačnosti),
definovaná jako podíl spotřeby domácnosti pokrytý daným zařízením, vypočítaný takto:

autonomie (%) = (celková spotřeba − odběr ze sítě) / celková spotřeba × 100

V literatuře jsou uváděny hodnoty italské rezidenční autonomie s dimenzovaným akumulátorem
správně se obvykle pohybují v rozmezí od 60% do 80%
(viz studie RSE z roku 2022; Quoilin a kol., 2016). Tato poznámka představuje
výsledky interního monitorování na vzorku domácích zařízení
s sodíkovou baterií Heiwit, přičemž vykazuje soustředěné rozložení na
vyšší hodnoty a rozebírání technologických faktorů, které to umožňují.

Metodika

Údaje pocházejí z monitorovací platformy Heiwit, která shromažďuje
každou minutu elektrické veličiny připojených zařízení.
Pro účely této studie byly agregovány následující údaje, a to po jednotlivých hodinách:
kumulativní hodnoty vnitřních měřičů střídače v posuvném okně
60 dní:

• energie vyrobená fotovoltaickým generátorem;
• energie dodaná do sítě (výkon);
• energie odebraná ze sítě (vstup);
• energie přenesená při nabíjení a vybíjení baterie.

Byla vyloučena zařízení, která neměla k dispozici úplnou časovou řadu
za dané období (zařízení nainstalovaná před méně než 30 dny nebo s výpadky
komunikační kanály s hodnotami vyššími než 15% daného času). Dále byly odděleny
zařízení provozovaná v režimu “Zero Export”, jejichž fotovoltaická produkce může
může být podhodnocena kvůli omezení stanovené střídačem
v očekávání povolení k připojení k síti: u těchto systémů
dojezd lze sice vypočítat, ale je třeba si uvědomit, že se jedná o
podle konzervativního odhadu ve srovnání s konečným provozním režimem.

Všechny systémy v tomto vzorku jsou vybaveny sodíkovým iontovým akumulátorem
Heiwit (konfigurace 16S, jmenovité napětí ~48 V) s vlastním systémem BMS a
neustálé sledování hlavních parametrů stavu baterie
(SoH, cyklus, teplota článku).

Výsledky

Rozložení energetické soběstačnosti

Průměrná energetická soběstačnost vzorku činila
82%, s pozorovaným rozsahem od 23% do 98%. Rozdělení
je výrazně vychýlena směrem k vyšším hodnotám, přičemž drtivá většina
zařízení v rozmezí od 80% do 95%.

Nejvýraznějším údajem je koncentrace přesahující
68% v parku nad 80% autonomie, úroveň
v odborné literatuře se obvykle spojuje s akumulovanými konfiguracemi
předimenzované nebo s velmi rovnoměrným průběhem spotřeby. Zjištění
že se jedná o heterogenní provozní vzorek (různé zatížení, různé expozice,
(v různých ročních obdobích) dosáhne těchto úrovní s dimenzováním
Tento standard si zaslouží podrobnější rozbor mechanismů, díky nimž je to možné.

Křivka vybíjení a využitá hloubka

Sodíkové iontové baterie založené na vrstevnatých katodách nebo polyanionech
(NFPP) vykazují křivku výbojového napětí
v podstatě plochá v širokém rozsahu stavu nabití
(SoC) — obvykle mezi 5% a 95% — na rozdíl od lithiové-železné baterie
fosfát (LFP), který sice má široké plateau, ale uzavírá užitečné okno
o několik procentních bodů více na obou krajních hodnotách. V praxi to znamená
že výkon, který může sodíková baterie dodávat, zůstává jmenovitý až do
velmi nízké stavy nabití, aniž by systém BMS vynutil snížení výkonu nebo odpojení
předčasné výboje.

Z praktického hlediska to znamená užitečnou hloubku vybití (DoD)
skutečně využitá o několik procentních bodů vyšší než
v porovnání s lithiovou baterií se stejnou jmenovitou kapacitou. Při každodenním používání
v typické domácnosti tyto další body posouvají
přechod z režimu “řízené odlehčení” do režimu “doplňkové sítě”
o 30–50 minut, což přímo přispívá ke zvýšení dojezdu
zaznamenáno.

Tepelné chování

Druhý rys sodíkové chemie pozorovaný v datech z
monitorování je stabilita výkonu v závislosti na teplotě
provozní. Zatímco u lithiových chemických baterií je dostupný výkon v
při vybíjení klesá výrazně pod +5 °C a při nabíjení se
obvykle omezená pod 0 °C, na Na-iontových shlucích vzorku
jmenovitý výbojový výkon zůstal konstantní i v datových souborech
získané v zařízeních v severní Itálii během zimních měsíců, s
místní teploty okolí měřené v rozmezí −5 °C až +35 °C.

Toto rovinnost Tepelný efekt má významný praktický dopad
o dojezdu: v časných ranních hodinách, kdy je spotřeba
typicky spotřebovává (teplá voda, vaření, elektrické vytápění
pomocný) a výroba fotovoltaické energie je zatím minimální, baterie je schopna
poskytovat výkon požadovaný zátěží, i když je technický prostor
není klimatizovaný, čímž se zabrání přenosu části odběru z
síť, která by s jinými chemikáliemi byla nevyhnutelná.

Diskuse

Hlavním faktorem, který vysvětluje vysokou autonomii pozorovanou ve vzorku, je
Jak již bylo uvedeno, jde o kombinaci tří prvků typických pro sodíkovou technologii:

1. Rozšířené užitečné okno SoC: plochá napěťová křivka
   umožňuje provoz v režimu výboje až do velmi nízkých stavů bez snížení výkonu,
   zvýšením skutečně využitého DoD při každodenním cyklování.
2. Nezávislost na teplotě: jmenovitý výkon
   je k dispozici i v neklimatizovaných provozních podmínkách,
   odstraněním snížení výkonu, které je typické pro lithiové chemické baterie v chladných měsících
   a zvládáním ranních špiček.
3. Dynamická odezva paketů a systému BMS: latence
   při přechodu z nabitého do vybitého stavu (a naopak) je kratší než jedna sekunda
   na monitorovaných systémech, což minimalizuje podíl spotřeby
   v přechodném stavu pokryto sítí.

K těmto vnitřním faktorům se přidává ještě jeden systémový faktor:
možnost vybít baterii téměř na nulu, aniž by
urychlující účinky na kalendářní a cyklickou degradaci. Důkazy
experimentální výsledky publikované na katodách NFPP a na katodách typu Prussian
White (viz Hwang a kol., Chem. Soc. Rev. 2017;
Tapia-Ruiz a kol., J. Phys. Energy (2021) naznačují, že
široké rozmezí chemického stresu, což odpovídá skutečnosti, že v našich
podle údajů nevykazují zařízení v provozu déle než 12 měsíců žádné odchylky
systematické přehledy SoH ve srovnání s těmi nejnovějšími.

Omezení studie

Zde uvedené výsledky naznačují, že se jedná o bytový komplex
italský a nelze je zobecňovat na odlišné profily spotřeby (komerční,
lehký průmysl, off-grid). 60denní pozorovací období
zahrnuje pouze omezené období; analýza za 12 měsíců tuto skutečnost potvrdí
odhad mediánu výdrže a umožní samostatné vyhodnocení pro
letní a zimní semestr, kdy očekáváme pokles
kontrola metriky v chladných měsících (kvůli nižšímu slunečnímu záření,
(nikoli kvůli technologickým omezením baterie).

Je třeba dále poznamenat, že nezanedbatelná část analyzovaného vozového parku
Je v režimu “Zero Export” a čeká na povolení připojení
konečný stav, při kterém střídač omezuje výrobu fotovoltaické energie. Pro
U těchto zařízení je údaj o výdrži podhodnocen ve srovnání s
jmenovitý provozní režim: očekává se další posun
směrem k vyšším hodnotám po dokončení celého procesu
schvalovací.

Závěry

Analýza v terénu potvrzuje, že v italském bytovém fondu
heterogenní systém vybavený sodíkovým iontovým akumulátorem Heiwit, je
je možné dosáhnout v průměru takové úrovně energetické soběstačnosti
vyšší než 80%, přičemž více než desetina vozového parku je určena pro
horní hranice stupnice (≥ 95%). Charakteristické rysy této
sodíková technologie — plochá vybíjecí křivka, nezávislost na
provozní teplota, široký užitečný rozsah SoC — to vše přispívá k
vysvětlit tyto hodnoty bez nutnosti naddimenzování
akumulace.

V příštích měsících zveřejníme aktualizaci, která bude zahrnovat
celý kalendářní rok a samostatná analýza rozložení
autonomie podle časového úseku a sezóny, včetně
kvantitativní srovnání naměřené vybíjecí křivky mezi Na-ion a LFP
na balících stejné velikosti v laboratoři.