EN
Quick Links
Dnešné energetické siete sa čoraz viac smerujú k kombinovaným fotovoltaickým a skladovacím systémom, kde solárne panely pracujú spoločne s batériami na báze lítia alebo systémami redoxných batérií. Hlavná myšlienka je pomerne jednoduchá – ukladanie nadbytočnej energie vyrobenéj počas dňa, aby bola k dispozícii v prípade nárastu dopytu večer alebo keď súťka so sieťou vzniknú problémy. Keďže obnoviteľné zdroje už dnes predstavujú viac ako 20 percent elektriny v niekoľkých regiónoch, energetické spoločnosti už tieto batériové systémy nevnímajú ako luxusné doplnky. Namiesto toho začínajú považovať tieto systémy za základné súčasti infraštruktúry siete, niečo, čo si vyžaduje plánovanie už od začiatku, nie doplnenie dodatočne ako postranný produkt.
Pridanie úložiska priamo pri solárnych farmách znižuje ich flexibilitu ako zdroje energie. Vezmime si napríklad 250 megawattovú solárnu elektráreň v Arizone. Počas špičkových večerných hodín, keď si všetci zapnú osvetlenie a spotrebiče, aktivovalo miestne batériové úložisko 100 megawattov počas štyroch hodín zo svojej kapacity 400 megawatthodín. Tým sa zabránilo spusteniu starých plynových špičkových elektrární, ktoré by museli bežať len pár hodín. Takéto usporiadanie znižuje potrebu diaľkových elektrických vedení a dokonca môže obnoviť prevádzku siete po rozsiahlych výpadkoch. Podľa nedávnych štúdií NREL ušetrili energetické spoločnosti približne 40 percent nákladov na zložité korekcie frekvencie potrebné na udržanie stability siete, keď kombinujú úložiská so svojimi solárnymi elektrárňami.
Ak sa pozrieme na celkový obraz, je zrejmé, že sa výrazne zvýšil objem skladovania energie v rámci rozsiahlych solárnych inštalácií po celej Amerike. Podľa údajov z Market.us z minulého roka približne tri štvrtiny všetkých plánovaných solárnych projektov na roky 2023 až 2024 budú zahŕňať nejaký druh batériového systému. Čo to vlastne znamená? Naša krajina už teraz vlastní približne 20,7 gigawattov batérií v prevádzke. To je v skutočnosti dosť pôsobivé, pretože tieto batérie by mohli počas výpadku elektriny trvajúceho štyri hodiny zabezpečiť osvetlenie pre približne 15 miliónov domácností. Viaceré štáty, ktoré si stanovili ciele výroby čistej energie, začínajú vyžadovať, aby nové solárne farmy mali zabudované aj riešenia na ukladanie energie. Tento regulačný tlak vytvára príležitosti pre podniky, ktoré zvažujú modernizáciu existujúcich systémov. Odborníci odhadujú, že samotná táto požiadavka môže vygenerovať až dvanásť miliárd dolárov ročne len na modernizáciu existujúcich systémov vhodnými batériovými zálohami do polovice budúceho desaťročia.
Veľké solárne projekty v súčasnosti prevažujúco využívajú lítium-iontové batérie, keďže ponúkajú približne 90 % účinnosť cyklu nabíjania a ceny v poslednej dobe výrazne klesli, a to až na približne 89 USD za kWh podľa údajov z roku 2023. Tieto batérie fungujú veľmi dobre, keď potrebujeme rýchlo veľké množstvo energie na niekoľko hodín, typicky medzi 4 až 8 hodinami ukladacej kapacity. Avšak v súčasnosti sa objavujú noví hráči na trhu, ako napríklad železo-vzduchové a zinkovo-bromidové prietokové batérie, ktoré sa javia ako vhodnejšie pre situácie, kedy je potrebné ukladať energiu počas oveľa dlhších časových úsekov, pravdepodobne od 12 hodín až po viac než 100 hodín. Výskumníci dosahujú pokrok aj v oblasti katódových materiálov a prekračujú hranicu energetickej hustoty lítium-iontových batérií vyššie než 300 Wh/kg, čo znamená, že spoločnosti môžu inštalovať kompaktnejšie batériové systémy bez toho, aby obetovanie kapacity ovplyvnilo ich solárne elektrárne.
Baterie so solidným elektrolytom dosahujú výrazný pokrok v boji proti termálnemu uvoľneniu vďaka svojim keramickým elektrolytom, ktoré môžu dosahovať energetické hustoty vyššie ako 500 Wh/kg. Táto úroveň výkonu z nich robí ideálnu voľbu pre rozsiahle solárne skladovacie riešenia, kde záleží na priestore. Medzitým sa technológia sodíkových iónov v poslednej dobe výrazne vyrovnala, keď ponúka podobné vlastnosti ako baterie prvej generácie na báze lítia, pričom náklady na ich výrobu sú približne o 40 percent nižšie. Materiály používané v týchto sodíkových článkoch sú tiež oveľa dostupnejšie v porovnaní s rýdzimi zeminami, pričom zlúčeniny ako analógy berlínskej modrej sa stávajú čoraz populárnejšími v výrobných kruhoch. Obe inovácie dobre zapadajú do plánov mnohých krajín týkajúcich sa ich energetických sietí v priebehu najbližšej dekády. Väčšina vlád si dala za cieľ integráciu približne 95 percent obnoviteľných zdrojov energie do roku 2035 a tieto nové typy baterií pomáhajú naraz vyriešiť dva hlavné problémy – riziká z hľadiska bezpečnosti vyplývajúce z tradičných chemických zložení a rastúci problém nedostatku surovín potrebných na sériovú výrobu.
Systémy solárnych batérií sa dnes rýchlo rozširujú, ale narúkajú na závažné problémy pri pripájaní do siete. Približne 40 percent obnoviteľných projektov, ktoré čelia meškaniam, súvisí s problémami pri pripojovaní prostredníctvom radov interkonektivity, čo uvádza údaj NREL z roku 2023. Naša súčasná sieť bola postavená pre jednosmerný tok elektriny, takže má problémy s riadením výkonu, ktorý sa vracia zo všetkých týchto malých solárnych systémov so skladovaním energie rozmiestnených v okolí sídlisk. To znamená, že distribučné spoločnosti musia vynaložiť veľké sumy peňazí na modernizáciu transformátorov, aby veci fungovali bez problémov. Ďalším problémom sú invertory, ktoré spolu nekomunikujú. Staršie zariadenia jednoducho nemajú potrebné schopnosti na správne regulovanie napätia počas neustálych cyklov nabíjania a vybíjania batérií.
Správne riadenie teploty je absolútne kritické pre veľké akumulačné systémy batérií. Ak nie je teplota správne kontrolovaná, môže sa podľa výskumu z DNV z roku 2022 skrátiť životnosť týchto batérií pred výmenou až o 30 %. Väčšina súčasných priemyselných predpisov vyžaduje záložné chladiace systémy spolu s pokročilou technológiou na potláčanie požiarov, ktorá musí zastaviť akékoľvek nebezpečné prehrievanie do 8 sekúnd. Z pohľadu nákladov, riadenie teploty predstavuje približne 18 % nákladov na inštaláciu BESS systému. Pre zariadenie s výkonom 100 MW to znamená približne 1,2 milióna dolárov navyše. Ide o významnú sumu, no je nevyhnutná vzhľadom na citlivosť týchto systémov na tepelné problémy.
Hoci lítium-iontové batérie dominujú 92 % nových projektov solárneho ukladania (Wood Mackenzie 2024), developeri čelia dôležitému kompromisu:
Štúdia Lazard z roku 2024 ukázala, že zvýšenie veľkosti batérií o 20 % zvyšuje návratnosť investície projektu o 30 % dlhšie trvania životnosti systému, napriek vyšším počiatočným nákladom.
Zmeny v vládnych politikách majú skutočný vplyv na rýchlosť a rozšírenie nasadenia solárnych batérií po celom štáte. Približne pätnásť štátov v USA začalo vyžadovať energetické skladovacie systémy pre každú novú solárnu elektráreň väčšiu ako 50 megawattov. Súčasne existuje niečo, čo sa nazýva FERC Order 841, ktorý neustále mení spôsob, akým energetické spoločnosti získavajú odmeny na veľkoobchodných trhoch. Podľa SEIA, ak sa nám podarí zjednodušiť všetky tieto povolenia a administratívne požiadavky, môžeme do roku 2026 vidieť približne 15 gigawattov solárnych projektov spolu so skladovaním energie, ktoré konečne začnú pokračovať. Toto by sa stalo hlavne vďaka dohode všetkých strán ohľadom základných bezpečnostných pravidiel a spôsobu, akým sa rôzne časti siete pripájajú k sebe.
Za príklad toho, čo sa stane, keď solárne panely a batérie spolupracujú pri riešení problémov siete počas tých najhorúcejších špičkových časov, môžeme vziať projekt Moss Landing v Kalifornii. Táto lokalita má pripojených približne 1,6 gigawatthodiny úložného priestoru spojeného so solárnymi panelmi, čo znamená, že mohla počas najvyššej spotreby večer poskytovať elektrinu viac než 300 tisíc domácnostiam počas štyroch hodín. To najzaujímavejšie však je, že systém vďaka schopnosti regulovať frekvenciu znížil ročné pokuty pre prevádzkovateľov siete takmer o 28 miliónov dolárov. Pomerne pôsobivo, keďže aj napriek tomu, že vlani v lete boli požiare, ktoré vyradili časti prenosovej siete, systém stále dosahoval účinnosť takmer 98 %.
Najväčšia solárna batériová inštalácia na Floride s obrovskou kapacitou 900 MWh znížila využitie fosílnych špičkových elektrární o približne 40 % počas hurikánového obdobia vďaka pomerne inteligentným algoritmom riadenia. Čo robí tento systém tak efektívnym je jeho integrácia s nedalekou solárnou farma s výkonom 75 MW. Ukladaním prebytočnej solárnej energie vyrobenej v poobedných hodinách môžu batérie uvoľniť elektrinu v čase náhlych nábehov dopytu medzi 19. a 21. hodinou každého večera. Táto šikovná metóda ušetrí ročne až 3,2 milióna dolárov len na nákladoch spojených s preťažením siete. Skutočná magia sa deje vtedy, keď nastanú búrlivé dni a sieť potrebuje extra podporu, ale tradičné zdroje energie môžu byť poškodené alebo jednoducho príliš drahé na to, aby bežali na plný výkon.
Nedávne nastavenie 300 MW/450 MWh Tesla Megapacku ukazuje, ako solárne batérie môžu zasiahnuť, keď siete potrebujú dodatočnú podporu. Späť v roku 2023, po neočakávanej výlade veľkej uhľovej elektrárne, tieto batérie začali pôsobiť už za 140 milisekúnd - čo je približne 60-krát rýchlejšie, ako to zvládajú staršie tepelné elektrárne. Vďaka tejto rýchlej reakcii sa podarilo zachovať dodávku elektriny pre približne 650-tisíc domácností, ktoré mohli byť ohrozené masovým výpadkom. Ešte viac pôsobivo je, že systém udržiaval vysokú účinnosť 92 %, aj napriek tomu, že bol počas dňa neustále čiastočne využívaný. Tento reálny výkon poskytuje silné dôkazy o tom, že kombinovanie rôznych zdrojov energie funguje dobre spoločne, čo uľahčuje integráciu obnoviteľných zdrojov do našej existujúcej energetической infraštruktúry bez poškodenia spoľahlivosti.
Solárne batériové systémy sú v súčasnosti čoraz inteligentnejšie vďaka umelej inteligencii, ktorá pomáha riadiť ich nabíjanie a vybíjanie elektrickej energie, ako aj komunikáciu so sieťou. Inteligentný softvér analyzuje údaje, ako je napríklad počasie, kolísanie cien elektrickej energie počas dňa a aktuálne vzorce spotreby energie. Podľa Startus Insights z roku 2025 môže tento druh inteligentného systému zvýšiť návratnosť investícií pre prevádzkovateľov týchto systémov o 12 % až 18 % oproti starším pevným systémom. V priemyselných zariadeniach, kde je zapojených veľa batérií, machine learning automaticky presúva energiu medzi rôznymi batériovými blokmi a meničmi. Tým sa chránia batérie pred príliš rýchlym opotrebením a udržiava rozdiel napätia pod hranicou približne 2 %, čo je veľmi dôležité pri podpore sietí, ktoré nie sú príliš stabilné alebo odolné.
Hybridné systémy solárno-veterno-bateriové teraz predstavujú 34% z nových inštalácií obnoviteľných zdrojov, čo umožňuje dodávku čistej energie 24/7 prostredníctvom:
Nedávne štúdie ukazujú, že hybridné elektrárne dosahujú využitie kapacity na úrovni 92 %, v porovnaní s 78 % u samostatných solárnych fariem, pričom integrácia úložných zariadení na jednom mieste vyrovnáva až 83 % výpadkov výroby spôsobených kolísaním výroby.