Накопители электроэнергии для дома на случай отключения электричества

Принцип работы

Источник бесперебойного питания для частного дома

Принцип работы заключается в том, что при наличии внешнего источника питания инвертор подает напряжение потребителям, а встроенное в него зарядное устройство заряжает аккумулятор. В случае сбоя питания инвертор немедленно переключается на работу от батареи и преобразует постоянное напряжение в переменное.

По своему назначению накопители энергии делятся на 2 категории:

• источник бесперебойного питания (ИБП) для обеспечения работы бытовых электроприборов;
• бесперебойное электроснабжение дома в случае отключения электроэнергии.

Изделия различаются по составу, размеру, мощности, стоимости и продолжительности разряда. Их можно размещать как внутри здания, так и снаружи в отдельных корпусах.

Что ещё важно учитывать?

Для правильного выбора аккумулятора необходимо оценить суммарную мощность всех потребителей энергии и необходимое время работы между подзарядками:

При расчете мощности, необходимой для работы батареи, всегда добавляйте 20 % в качестве коэффициента безопасности. Это хороший резерв на случай превышения квоты и будущей деградации батареи.

Не забывайте про контроллер заряда и мониторинг. В противном случае вы можете приехать в свой удивительный автономный дом в горах и обнаружить, что солнечные батареи два месяца назад были засыпаны снегом, а батареи разряжены до нуля и теперь являются кандидатами на замену. Всегда оставляйте пару процентов свободными для возможности срабатывания сигнализации.

Электрические накопители энергии

Электрическая энергия является наиболее практичным и универсальным видом энергии в современном мире. Поэтому неудивительно, что электрические накопители являются наиболее распространенными и быстро развиваются. Вот их основные виды:

Накопители в виде электрохимических аккумуляторов

Типы литиевых аккумуляторов Типы литиевых аккумуляторов

Они практичны и при правильном использовании делают свое дело, но имеют и существенные недостатки. Это сложное и дорогое производство, с коротким сроком службы и необходимостью правильной утилизации из-за риска загрязнения окружающей среды, что также увеличивает затраты.

Примерно через 10 лет мир может столкнуться с новой проблемой – огромным количеством использованных аккумуляторов и их дальнейшей утилизацией. Сегодня наиболее популярны литий-ионные аккумуляторы, но мало кто верит, что, как ископаемое и незаменимое сырье, его добывают в небольших объемах, а запасы невелики и ограничены.

На сегодняшний день разрабатываются и внедряются новые и уже известные аналоги литий-металлических источников энергии, такие как литий-железо-фосфатные, литий-титановые и литий-полимерные, а также альтернативные накопители энергии на основе натрия и калия с использованием неорганических и органические материалы.

Конденсаторы

Они обладают огромной скоростью накопления и отдачи энергии, при этом способны долгие годы работать в широком диапазоне температур. Их общая емкость увеличивается до нужного значения за счет параллельного соединения, как у традиционных аккумуляторов. Они делятся на 2 основных класса: неполярные (сухие) и полярные (содержащие жидкий электролит).

Однако у них есть 2 существенных недостатка. Во-первых, низкая удельная плотность запасаемой энергии и, следовательно, малая емкость. Во-вторых, малое время хранения заряда, которое может составлять несколько секунд или минут, реже несколько часов.

Из-за этих недостатков область его применения ограничивается накоплением кратковременного заряда, достаточного для выпрямления, коррекции и фильтрации тока в электротехнике.

Суперконденсаторы (ионисторы)

Они являются своеобразным промежуточным звеном между электролитическими (полярными) конденсаторами и электрохимическими батареями. От первых они унаследовали большое количество циклов «заряд-разряд» (до 1 млн раз), а от вторых малые токи заряда и разряда.

Их емкость также находится в области между наиболее энергоемкими конденсаторами и небольшими батареями. Слабыми сторонами также являются небольшой диапазон колебаний температуры и малое время хранения заряда — от нескольких часов до нескольких недель максимум.

Применяются в отдельных агрегатах или в паре с аккумуляторными блоками и преобразователем напряжения на предприятиях, требующих оперативного подключения мощных энергопотребляющих устройств, способных создавать помехи, скачки и перепады напряжения в электросети, а также приводить к большим финансовым потерям.

Именно для постоянного высокого и качественного напряжения используются такие гибридные накопители энергии (технологии Smart Grid или умные сети), где инвертор распознает тип возмущения (кратковременное или долговременное) и использует заряд одного сборок (ионистор или аккумулятор) для выравнивания напряжения.

Редокс-проточные аккумуляторные батареи

Проточные батареи — это новый тип, представляющий собой нечто среднее между топливным элементом и традиционными батареями. Аббревиатура «окислительно-восстановительный» происходит от технологии, основанной на ванадиевом электролите, под английским названием «Reduction-Oxidation».

Проточные окислительно-восстановительные батареи

Конструкция их такова, что электроды и основная часть электролитов, представляющих собой растворы солей металлов (соли ванадия) и серной кислоты, размещены отдельно друг от друга в 3-х емкостях.

В первой находится положительно заряженный электролит, во второй — отрицательно заряженный, а посередине — резервуар, разделенный мембраной на две половины, с положительным (анодным) и отрицательным (катодным) электродами, обеспечивающими ионный обмен с электролитами и генерирующими электричество во время окислительно-восстановительных реакций.

Схема блока аккумуляторов потока Схема блока аккумуляторов потока

Сам раствор из 2-х емкостей прокачивается через бак с мембраной с помощью насосов в разные стороны. В одном направлении накачки на электродах генерируется напряжение, а когда аккумулятор необходимо зарядить, направление накачки меняется на противоположное.

Их преимуществами являются надежность, простота зарядки, быстрая реакция на изменение нагрузки или перегрузки по номинальному току, большое количество циклов «заряд-заряд» (до 10 000 раз), срок службы 10-20 лет, мощность регулируется объем резервуаров для хранения электролита.

Недостатками являются токсичность, редкость и высокая стоимость самого ванадия, что делает эксплуатацию и обслуживание дорогими и неопределенными. Кроме того, сама конструкция должна быть надежной и закрепленной по горизонтали.

Наиболее подходит для промышленного использования и в качестве аккумулирующей части для альтернативных (зеленых) энергетических систем. Но на сегодняшний день проводятся испытания с другим составом электролита, водным раствором молекул хинона на органической основе, содержащимся в древесине, а в качестве электродов используется полимер ПЭДОТ.

Все эти материалы и решения экологически безопасны и легко перерабатываются, а в перспективе могут стать серьезным конкурентом или заменой в будущем литиевым элементам в больших объемах накопления и хранения электроэнергии.

Как выбрать аккумулятор для дома

Если выключение света является постоянным явлением, подумайте о приобретении энергоаккумулятора для дома. Компьютерный аккумулятор не решит проблему, так как имеет ограниченный ресурс.

Нужны устройства, способные обеспечить нормальную жизнь людей на несколько часов, а лучше дней. Такая техническая помощь пригодится в случае крупных аварий на линии.

Критерии выбора следующие

• сложность монтажа и пуско-наладки;
• стоимость доставки и специального обслуживания;
• устойчивость к перепадам температуры и влажности;
• КПД, в современных устройствах он достигает 98%;
• срок службы — 5000-10000 м/ч;
  
  Источник бесперебойного питания SVEN RT-500
• перегрузочная способность (выдерживает нагрузку при запуске генератора) — 200-300 %;
• время автоматического розжига – хороший домашний накопитель энергии запускает процесс преобразования после сбоя питания в течение 10 мс;
• возможность работы с малой нагрузкой;
• автономность — танк рассчитан на сутки работы двигателя;
• текущее качество – качественные накопители энергии вырабатывают электроэнергию с отклонением от промышленных значений не более 2%;
• количество циклов заряда-разряда — не менее 500;
• мощность — из расчета на потребителей с запасом 30%, но не менее 6 кВ;
• генерируемый шум — Инверторы работают бесшумно.

Современные накопители электроэнергии большой емкости могут обеспечить дом энергией на 1-2 дня. При восстановлении электропитания их не нужно выключать, все происходит автоматически.

Большая домашняя батарейка

Большая домашняя батарея

Большая домашняя батарея «Экомоторс» российского производства — дешевый и эффективный аналог станции Tesla PowerWall. Изделие используется для резервного электроснабжения частных домов, коттеджей, офисов и других объектов, которые в любой момент могут быть отключены от электроснабжения.

Его также можно установить в караванах, каютах и ​​передвижных столовых. Устройство запасает энергию на малых скоростях в ночное время. Имеет компактные размеры, крепится на стену в вертикальном или горизонтальном положении.

Характеристики:

• мощность — 7,8 кВт/ч;
• напряжение аккумулятора — 24 В;
• мощность — 7,2 кВт;
• габариты – 1000×500×250 мм;
• вес — 100 кг;
• количество циклов 7000.

Контроль работы и состояния устройства осуществляется с помощью Android-планшета с возможностью отправки информации на ПК или мобильный телефон.

Накопители электроэнергии для дома

 

Накопительные системы для частного дома способны обеспечить питание в течение 24-48 ч. Этот показатель зависит от полноты зарядки, количества потребителей и емкости аккумулятора.

Используются следующие типы аккумуляторов:

• Свинцово-кислотные. Доступный, хорошо держит заряд и быстро достигает полной емкости.
• Литий-ион. Легкий вес, низкий саморазряд и высокая емкость.

Выбор определяется собственными потребностями и финансовыми возможностями.

Тепловые накопители энергии

Основным источником накопления тепловой энергии является солнце. Поэтому было очень необходимо создать аккумулирующие устройства, которые аккумулируют и сохраняют само тепло в течение длительного времени, с возможностью получения его обратно.

Различают тепловые аккумуляторы с твердым (базальтовая порода, песок, чугун) или расходуемым (специальный масляный состав, стойкий к испарению, расплавленная жидкая соль) теплоаккумулирующим материалом; жидкость; Стим; термохимически и с электронагревательным элементом (радиаторы и регистры). Подключен к газу, твердому топливу, солнечной энергии и комбинированным системам.

Для создания электроэнергии и тепла наиболее пригоден тепловой аккумулятор с твердым или горящим материалом, в связи с наиболее экономически выгодным накоплением энергии за счет теплоемкости, а другие виды (плавление-кристаллизация, испарение-конденсация) не имеют экономической выгодно генерировать большое количество энергии с необходимой эффективностью.

Форма для подключения и работы с тепловым аккумулятором Форма для подключения и работы с тепловым аккумулятором

Классическим примером теплоаккумулятора может служить русская печь, а сегодня в современном частном доме ее может заменить теплоаккумулятор с горячей водой и встроенный в систему отопления наружный теплоизоляционный дом.

На более высокую эффективность хранения влияют: удельная теплоемкость, отвечающая за теплоемкость массы вещества; объемная теплоемкость, теплопроводность и качественная внешняя изоляция, снижающая потери тепла.

При правильном расчете всех 4 составляющих можно добиться наилучших результатов. С водой все более-менее понятно, остальные два элемента используются в довольно необычной форме в солнечных электростанциях башенного, пластинчатого и гибридного типов.

Расплавленная соль в жидком виде нашла применение в башенных типах благодаря своей текучести, высокой удельной теплоемкости и теплопроводности, нагревается в баке наверху градирни и свободно циркулирует по трубам, как любой теплоноситель.

Теплоносители в виде чугуна, камня и песка нашли применение в тарельчатых и гибридных системах, сочетающих детали и конструктивные элементы башенного и тарельчатого типов.

Лучшими и действующими примерами являются: солнечная электростанция «India One Solar Thermal Power Plant» в Маунт-Абу (Раджастхан, Индия); Электростанция типа «Башня Луч-Заря», расположенная недалеко от города Юмэнь (провинция Ганьсу, Китай).

Также в Швейцарии разработан проект солнечной электростанции нового (5-го поколения) типа с закопанным в землю тепловым баком для более длительного хранения тепла, с потерями не более 10% в год.

Накопители гравитационной энергии

В аккумуляторах этого типа нагрузка для накопления потенциальной энергии поднимается и опускается в нужный момент, возвращая эту энергию с пользой.

Он широко используется в качестве дополнительного временного источника энергии в часы пик, разгружая энергосистему, а также в качестве устройства хранения энергии для альтернативных источников, таких как солнечные и ветряные электростанции, высвобождая энергию, хранящуюся для будущего использования, когда они не работают. Делится на 2 основных типа: твердые и жидкие.

Проект гравитационного поезда от Advanced Rail Energy Storage (ARES). Эта технология использует железнодорожные вагоны для перевозки очень тяжелых блоков на вершину холма, приводимых в действие электродвигателями, питаемыми от сети или альтернативных источников энергии в непиковые часы.

А вечером или в час пик автомобили спускаются по склону, запускают те же двигатели, но уже действуют как генераторы, и вся накопленная энергия в виде выработанного электричества возвращается в сеть.

Проект башенного хранилища для швейцарской компании Energy Vault. Его основной рабочей частью является шестисекционный кран с программным управлением, который в процессе загрузки формирует вокруг себя башню из бетонных блоков весом по 35 тонн каждый. Блоки изготовлены из переработанных строительных и бетонных отходов.

В процессе разгрузки башня демонтируется путем перемещения и опускания отдельных блоков с помощью электродвигателей-генераторов. Пиковая мощность накопителя составит 4 МВт, а энергоемкость – 35 МВтч.

Форма для работы с башней Форма для работы с башней

План работы башни станции

Гравитационные жидкостные накопители

Этот тип резервуара конструктивно отличается от ТАЭС и состоит из двух бассейнов воды или одного бассейна со скважиной, размещенных друг над другом и соединенных трубами для откачки воды со встроенным электронасосом и генератором внутри. Обычно она строится рядом с другими электростанциями, как вспомогательная, и называется «ГАЭС).

Насосы начинают качать воду из колодца или резервуара внизу в периоды избыточной выработки электроэнергии из альтернативных источников или в льготный период, когда неиспользованная электроэнергия остается в сети. А когда потребность в энергии возрастает, вода из верхнего резервуара, стекающая обратно по трубам, используется для вращения генераторов.

Читайте также:  Можно ли ставить телевизор на холодильник: что такое электромагнитное излучение, конструктивные параметры, как правильно поставить, расположить технику

Накопители механической энергии

Механическая энергия проявляется во взаимодействии и движении отдельных тел или их частиц. К ним относятся кинетическая энергия движения или вращения тела, энергия деформации при растяжении, изгибе, скручивании и сжатии упругих тел (пружин).

Гироскопические накопители энергии

В этих аккумуляторах энергия запасается в виде кинетической энергии быстро вращающегося маховика, причем удельная энергия, запасаемая на каждый килограмм его веса, намного больше, чем может запасаться в килограмме в статическом положении даже при его подъеме на большую высоту.

Также у него есть способность быстро возвращаться или получать очень большую мощность, ограниченную только пределом прочности материалов, из которых он сделан.

Аккумулятор типа маховик на магнитных осях Аккумулятор маховик на магнитных осях

Основные недостатки:

• чувствительность к ударам и вращениям в плоскостях, отличных от плоскости вращения;
• малое время хранения накопленной энергии;
• необходимость стабильной скорости вращения, что усложняет монтаж простых механических систем для подключения к мотор-генератору, а если скорость становится очень высокой, то материал, из которого изготовлен маховик, может не выдержать центробежной силы с вибрацией и разрушиться.

Однако современные технологии сегодня позволяют увеличить время накопления энергии, на гораздо большее время, за счет использования магнитных подвесов и вакуумной камеры, сводящей к минимуму силы трения. Особенно перспективны «супермаховики», состоящие из мотков стальной ленты, проволоки или высокопрочного синтетического волокна.

Их использование позволяет значительно увеличить скорость вращения и удельную плотность запасаемой энергии в несколько раз. Все попытки использовать этот привод на автомобиле пока не принесли существенной экономии и продолжают совершенствоваться, а установка в вакуумной камере по-прежнему является наиболее эффективной на данный момент, но достаточно дорогой для широкого применения.

Но многие компании интересуются этим типом, считают его перспективным и вкладывают в его развитие немалые деньги.

Аккумулятор маховика в вакуумной камере Аккумулятор маховика в вакуумной камере

Газовые механические накопители

В этом устройстве энергия запасается за счет упругости сжатого газа. При избытке энергии компрессор начинает нагнетать газ в цилиндр, а когда необходимо использовать накопленную энергию, сжатый газ подается в турбину, вращающую электрогенератор или маломощный реверсивный поршневой двигатель-компрессор.

Сжатие до десятков или сотен атмосфер может увеличить срок службы с нескольких недель до нескольких месяцев.

Но всегда есть ограничения, которые создают барьеры для эффективного использования. Самое главное – это прочность стенок резервуара, которые сегодня не выдерживают большого давления.

Однако разрабатываются и испытываются различные варианты, позволяющие увеличить объем закачиваемого газа за счет его охлаждения и размещения резервуаров в полостях горных и соляных шахт, а также на дне водоемов, где внешнее давление в толще воды компенсируется для внутреннего давления цилиндров и снижает нагрузку на стенки.

Есть еще много перспективных проектов и разработок, таких как пружинный механический накопитель, накопитель с использованием термохимических реакций, бестопливный химический накопитель, батареи с алмазным сердечником и многие другие. Однако все они по-прежнему остаются экономически и с точки зрения эффективности и достаточной эффективности убыточными.

Но с каждым днем ​​будут появляться все новые и новые или усовершенствованные существующие типы станций, которые будут изготавливаться из экологически чистых и безопасных материалов, практически не образующих отходов до и после эксплуатации.

Устройство накопителей

Накопители электроэнергии для дома и дачи представляют собой систему, состоящую из двух функциональных блоков, выполняющих определенную задачу:

• Аккумуляторная батарея. Предназначен для накопления энергии от промышленной сети, топливного или ветрогенератора, солнечной панели или водяной турбины.
• Автономный преобразователь. В режиме ожидания заряжает аккумулятор до заданного значения. В случае сбоя питания переходит в режим преобразователя постоянного тока в переменный (220 В или 380 В), питая его во внутренней жилой сети.

Устройства делятся по расположению на встроенные, отдельно стоящие, напольные и настенные.

Типовое решение и модернизация

В зависимости от необходимости и частоты отключений электроэнергии приобретаются один или несколько элементов, которые соединяются последовательно или параллельно.

Для установки конструкции в помещении лучше брать АГМ и гелевые модели. Они герметичны, хорошо переносят полную разрядку и не требуют обслуживания.

Изделия с жидким электролитом выделяют опасные для здоровья кислые газы. Их можно устанавливать только на открытом воздухе. Такие модели быстро изнашиваются при частых выбросах.

Ecomotors постоянно работает над улучшением своей продукции. При этом производится как серийно, так и на заказ.

Клиент может приобрести продукт со следующими обновлениями и функциями:

• мощность;
• емкость;
• сила тока;
• напряжение;
• продолжительность работы;
• количество фаз.

На основании внесенных изменений определяется окончательная цена.

Применение накопителей электроэнергии

Бытовые и промышленные станции могут использоваться для увеличения мощности, бесперебойного электроснабжения в аварийных ситуациях и автономного электроснабжения объектов, не подключенных к сети.

Это могут быть:

• дом;
• дача;
• кафе;
• цех;
• мастер;
• котельная;
• водная станция;
• хранилище;
• гараж.

Инверторные блоки не зависят от условий окружающей среды, а могут подзаряжаться от внешних источников, в том числе в процессе эксплуатации.