Акумулятор Tesla Powerwall: Революція у зберіганні енергії 

Акумулятор Tesla, анонсований Ілоном Маском, привертає значну увагу ЗМІ, і це справедливо. Powerwall, як називають акумулятор Tesla, може накопичувати енергію з відновлюваних джерел, таких як сонячні панелі та вітрові турбіни, щоб задовольнити енергетичні потреби та зменшити рахунки за електроенергію. Маск сказав: «Наша мета — фундаментально змінити спосіб використання енергії у світі». Це благородне починання в той час, коли людство споживає більше ресурсів, ніж може дати наша мати-Земля.

Акумулятор Tesla накопичує енергію під час пікового виробництва, коли виробництво перевищує норму, щоб подолати розрив, коли вільна енергія переходить на стан спокою. Powerwall також пом’якшує пікове споживання, коли мережа змінного струму перевантажена до межі.

Глобальний контекст та реалії

Екологічно свідомі Німеччина, Японія та інші країни вже багато років використовують сонячні панелі для зниження витрат на енергію. У деяких частинах Африки, де мережа змінного струму недостатньо розвинена, сонячні панелі з резервним живленням від батарей є обов’язковими. Встановлення сонячної системи в багатій на енергію Північній Америці створює імідж енергоефективності, а не робиться з суто економічних та екологічних міркувань. Це стає очевидним, коли ви помічаєте на під'їзній дорозі парк автомобілів, що ненажерливо працюють на бензині.

Сонячні панелі

Надійні та довговічні сонячні панелі для підтримки енергосистеми

Сонячна панель JA Solar Deep Blue 4.0 black Frame 455W

 Сучасна двостороння (bifacial) панель на базі N-Type технології з подвійним загартованим склом та чорною рамою, яка поєднує високу ефективність, естетику та тривалий ресурс роботи навіть у складних кліматичних умовах.

Купити

Сонячна панель BlueSolar 330W-24V Poly Victron Energy

 Поєднує високу ефективність у хмарні дні, захист від впливу вологи та надійність монтажу, що робить її ідеальним вибором для дач, кемперів, човнів або систем резервного живлення. 

Купити

Сонячна панель JA Solar Deep Blue 4.0 600W

 Поєднує у собі передові інновації серії Deep Blue 4.0, забезпечуючи надзвичайно високу ефективність, довговічність і стабільну генерацію навіть у складних кліматичних умовах.

Купити

Подивитися більше

Економіка сонячної енергії 

Відновлювана енергія має економічний сенс, але вона дорога. Західний світ постачається дешевою та надійною електроенергією з мережі змінного струму. Тим часом електроенергія, вироблена сонячною панеллю, коштує близько $0,20 за кВт·год. З урахуванням додаткових витрат сонячна енергія дорожча, ніж купівля електроенергії у комунальних підприємств у більшості частин світу.

Незважаючи на це, встановлення сонячних панелей на будинках стає модним. Вартість обладнання знизилася. Найпоширенішими є кристалічні кремнієві фотоелектричні елементи з ККД близько 20%. Вартість обладнання для виробництва одного вата електроенергії становить $2,00–$2,50 з тенденцією до зниження.

Конфлікт з енергомережами

У штатах та країнах, багатих на сонячну енергію, таких як Каліфорнія, Аризона, Гаваї, Японія, а також у Німеччині, де електроенергія дорога, а сонячна енергія субсидується, енергія від сонячних панелей подається назад у мережу змінного струму. Це може призвести до зворотного обертання лічильника електроенергії, компенсуючи раніше спожиту енергію, але це також може спричинити проблему. Кількість виробленої енергії не може перевищувати споживання. Скидання в мережу більшої кількості енергії, ніж споживається, робить систему нестабільною, що призводить до коливань напруги, які можуть перевантажити ланцюг і призвести до падіння напруги.

Відновлювана енергія має друзів і ворогів. З одного боку, уряди надають субсидії на встановлення систем відновлюваної енергії, тоді як комунальні підприємства відчайдушно намагаються зупинити перехід виробництва електроенергії в домашніх умовах, зменшуючи стимули, додаючи збори або витісняючи компанії, що займаються сонячною енергією для дому, згортаючи бізнес. Сонячні компанії борються за це через регуляторів, законодавців та суди. Комунальні підприємства стверджують, що незаконне виробництво енергії домовласниками ускладнює контроль і скорочує потік доходів. Вони розглядають це як створення надлишку або голоду через надлишок пропозиції в періоди достатку та низьку оцінку, коли внесок відновлюваних джерел різко падає, тоді як попит високий.

Конфлікт зрозумілий, оскільки комунальні компанії відповідають за забезпечення стабільного енергопостачання, коли відновлювані ресурси відсутні. Також незалежні виробники енергії не можуть забезпечити надійне рішення для старіючої мережі, яка стогне під час пікового попиту. Правильно це чи ні, виробництво чистої енергії з відновлюваного ресурсу ніколи не повинно обмежуватися, особливо якщо ресурс можна зберігати.

Зберігання енергії: Від традицій до інновацій

Зберігання електроенергії не є новим, але ще не з'явилася жодна система, яка б повністю задовольняла потреби. Одним з найефективніших засобів зберігання для великих гідроелектростанцій є перекачування води назад у резервуар під час низького попиту на електроенергію та забезпечення її доступністю в години пікового навантаження. З коефіцієнтом корисної дії 70–85 відсотків, гідроакумулюючі електростанції легше керувати, ніж налаштовувати генератори для задоволення коливальних потреб в потужності. Маховики також служать накопичувачами енергії. Великі електродвигуни обертають маховики вагою в одну тонну, коли доступна надлишкова енергія, щоб заповнити короткочасний дефіцит енергії, стабілізуючи мережу. Закачування стисненого повітря у великі підземні порожнини – це ще один спосіб зберігання енергії, але для малих та середніх установок найкраще підходять акумулятори.

Акумулятори здебільшого були свинцево-кислотними, і користувачі скаржаться на їхній короткий термін служби. Частково це пов'язано з надмірним циклуванням, оскільки акумулятор заряджається вдень і розряджається вночі. Свинцево-кислотні акумулятори погано підходять для глибокого циклування, що призводить до надмірного зносу та короткого терміну служби.

Акумулятори LiFePO4

Надійні літій-залізо-фосфатні акумулятори для сонячних та резервних систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Аг)

Компактний акумулятор із вбудованим BMS для безпечної роботи у сонячних та резервних системах.

Купити

 LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Сучасна літій-залізо-фосфатна батарея (LiFePO4) з вбудованим BMS і захистом від перевантаження

Купити

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah 

 Високоякісне джерело енергії з довгим терміном служби, високою безпекою та сумісністю з екосистемою Victron Energy

Купити

Подивитися більше

Ще однією проблемою є сульфатація, яка накопичується, коли свинцево-кислотні акумулятори періодично не повністю заряджаються. Повністю насичений заряд займає до 16 годин, і жодна сонячна система не може постачати енергію протягом такого тривалого часу. Крім того, споживання електроенергії з часом, як правило, зростає, тоді як сонячні панелі зменшують свою потужність через накопичення бруду та старіння. Це часто призводить до недостатнього заряду свинцево-кислотних акумуляторів.

Переваги літій-іонного рішення Tesla

Акумулятор Tesla частково вирішує цю проблему, використовуючи літій-іонні акумулятори, які стійкіші до циклічного розряджання/розрядки, ніж свинцево-кислотні. Крім того, літій-іонні акумулятори не потрібно повністю заряджати; насправді частковий заряд кращий, оскільки він знімає навантаження. Однак літій-іонні акумулятори дорожчі за свинцево-кислотні, і Ілон Маск вирішує цю проблему за допомогою масового рішення, пропонуючи модульний побутовий продукт, який підходить для широкої бази користувачів.

Акумулятор Tesla зберігає 7 або 10 кВт·год енергії, чого достатньо, щоб освітлювати будинок та розважати його протягом кількох годин на день. Ліміту потужності акумулятора в 2 кВт достатньо для одночасної роботи холодильника, підсмажування тостів і, можливо, прасування сорочок, але цього недостатньо, щоб приготувати їжу на електричній плиті, увімкнути сушарку або підтримувати працездатність кондиціонера. Будь-який з цих високоенергетичних приладів споживає у багато разів більше потужності, ніж акумулятор Tesla в 2 кВт. Під час пікової активності вдома мережа змінного струму безперешкодно вмикається, щоб заповнити прогалину. Система Tesla із сонячними панелями, здатними заряджати акумулятор протягом дня, нібито зменшує рахунки за електроенергію на третину-вдвічі.

Більшість сонячних систем не мають резервного живлення від акумуляторів. Через нижчі субсидії та меншу плату за енергію, що постачається назад у мережу, власники сонячних систем шукають способи зберегти додатковий вироблений ресурс та накопичувати його в акумуляторах. Це збільшить вартість, оскільки сонячна система з літій-іонним акумулятором буде значно вищою.

Щоб повністю зарядити акумулятор Tesla протягом п'яти годин оптимального сонячного світла на день, знадобиться сонячна система потужністю 5000–12 000 Вт. При орієнтовній вартості 2 долари за ват, сонячне обладнання потужністю 10 000 Вт коштуватиме 20 000 доларів. Встановлення та перетворювач постійного струму в змінний струм для перетворення сонячної енергії на сумісну змінну та синхронізації її з мережею можуть подвоїти вартість. Акумулятор буде додатковою витратою.

Ще однією прихованою витратою під час розрахунку вартості сонячної системи, яку часто не враховують, є закінчення терміну служби. Сонячні панелі мають термін служби 25 років, а Tesla гарантує акумулятор протягом 10 років. Тільки час покаже, наскільки довговічним буде літій-іонний акумулятор у сонячному застосуванні та яку ємність він збереже після 10 років безперервної роботи.

За всіма очікуваннями, акумулятор Tesla використовуватиме ту саму технологію, яка так добре працює з електромобілями Tesla. Ці акумулятори для електричних силових агрегатів використовують елементи NCA (нікель-кобальт-алюмінієві), які несуть високу питому енергію та добре підходять для глибоких циклів розрядки-розрядки.

Окрім обмеження потужності розряду на зарядній станції Powerwall до 2 кВт, ще одним способом збільшення терміну служби є частковий заряд. Електромобілі використовують цей зменшений діапазон вихідної потужності, заряджаючи новий акумулятор лише приблизно до 80 відсотків і розряджаючи приблизно до 30 відсотків. У міру старіння акумулятора та зменшення ємності система керування акумулятором поступово розширює пропускну здатність, і кінцевим ефектом є система подачі енергії, яка залишається стабільною не лише тоді, коли акумулятор новий, але й навіть після 10 років служби. Як тільки для отримання повної енергії з кожним циклом необхідно використовувати повну пропускну здатність, процес зносу припиняється, і ємність почне швидше зменшуватися через додаткове навантаження.

Щодо характеристик продуктивності, Powerwall буде поводитися більше як гібридний автомобіль, ніж як електромобіль. Хоча електромобіль повністю залежить від акумулятора для руху, гібрид все ще їздить з розрядженим акумулятором, але втрачає лише електричну допомогу. У цьому відношенні гібридний акумулятор є більш поблажливим. Випробування показали, що гібридний акумулятор з 40-відсотковою ємністю мав лише незначне збільшення витрати палива порівняно з акумулятором зі 100-відсотковою ємністю. Аналогічно, Powerwall не залишить мешканця в темряві та все ще постачатиме енергію з частковою ємністю, хоча система стане менш ефективною.

Хоча ціна придбання літій-іонного акумулятора вища, ніж свинцево-кислотного, вартість циклу нижча завдяки підвищеному терміну служби та стійкості до часткового заряду. Літій-іонний акумулятор також є одним з найефективніших з точки зору втрат під час заряду та розряду. Акумулятор, який став популярним у мобільних телефонах, ноутбуках, електроінструментах та медичних пристроях, проникає у стаціонарне застосування, але надійний свинцево-кислотний акумулятор збереже свою частку ринку для установок, в яких глибокі розряди потрібні лише зрідка, таких як ДБЖ. Сучасні мікромережі, що підтримують відновлювані ресурси, будуть здебільшого працювати на літій-іонних акумуляторах.

Порівняння технологій акумуляторів

Короткий зміст

Мета акумулятора Tesla — зробити матінку-землю трохи зеленішою, але також необхідно враховувати інші форми енергозбереження. Що стосується споживання енергії, приватні автомобілі є одним із найменш ефективних видів транспорту. Двигун внутрішнього згоряння використовує менше 25 відсотків чистої теплотворної здатності палива для руху. Така неефективність стає відверто тривожною, якщо врахувати вагу транспортного засобу з одним пасажиром, водієм. Розганяючи 1,5-тонний транспортний засіб, менше двох відсотків енергії переміщує 75-кілограмового (165 фунтів) водія, його портфель та сумку для ланчу, 98 відсотків йде на тепло, тертя та кінетичну енергію, яка здебільшого втрачається.
 

Акумулятор Tesla рухає нас у правильному напрямку, не жертвуючи комфортом та не вимагаючи зміни способу життя. Додавання Powerwall до портфоліо продуктів Tesla надає можливість для додавання нової економії масштабу до індустрії акумуляторів, що сприятиме технологічним удосконаленням та зниженню витрат. Зберігання енергії для подальшого використання також принесе користь індустрії акумуляторів, в якій Tesla все більше домінує.