Elektros energijos kaupikliai

Įrengiama elektros energijos kaupiklių sistema namų ūkyje kartu su saulės elektrine suteikia papildomas naudas vartotojui:

• Dalis gaminamos elektros energijos pertekliaus gali būti kaupiama elektros energijos kaupiklyje (EEK) ir sunaudojama vakare. Tai sumažintų namų naudojimąsi elektros tinklais, tad mokėtumėte mažiau už naudojimosi tinklais paslaugą;

• EEK sistema įgalina sumažinti į ESO skirstomąjį tinklą generuojamą galią. Tai leidžia prijungti didesnės galios elektrinę nei leidžia ESO skirstomasis tinklas be papildomos rekonstrukcijos.

• Didinamas gaminančio vartotojo (GV) energetinis autonomiškumas (angl. self-sufficiency). T.y pagamintos elektros energijos suvartojimas namų ūkyje:

Pvz. Namų ūkis su 5000 kWh el. energijos vartojimu per metus įsirengęs 10 kWp saulės elektrinę vidutiniškai pajėgus suvartoti iki 35 % dienos metu gaminamos el. energijos. Įsirengus EEK su 7,5 kWh naudinga talpa energetinis autonomiškumas padidėja iki 71 % (energetinis autonomiškumas padidinamas 36 %).

• Priklausomai nuo įrengtos kaupiklių sistemos technologijos, kaupiklių sistema gali tiekti elektros energiją namui arba svarbiems įrenginiams esant elektros energijos tiekimo pertrūkiams ESO tinkle.

Planuojant įsirengti EEK sistemą su įrangos pardavėju ar montuotoju rekomenduojama aptarti šiuos klausimus:

• Jei namuose yra įrengta saulės elektrinė, tikslinga įvertinti esamos saulės elektrinės keitiklio (angl. inverter) technines galimybes prijungti suderinamą energijos kaupiklį. Jei esamas keitiklis turi tokią galimybę, įvertinti ar sistema veiks tik su tinklu (Grid Tie) ar gali veikti ir be tinklo (Off Grid).
• Kiek pagamintos elektros energijos yra atiduodama į ESO tinklą (jei vartotojas turi įsirengęs saulės elektrinę);
• EEK sistemos su įrengimo darbais kainą ir galimą atsipirkimo laikotarpį;
• Galimus elektros energijos taupymus didinant energetinį autonomiškumą;
• Kaip veikia buitiniams vartotojams skirtos elektros energijos kaupimo (EEK) sistemos (pvz. kokie energijos konversijos nuostoliai, kokia naudingoji talpa ir kt.);
• Ar namuose yra pakankamai vietos EEK sistemos įrengimui;
• Kaupiklių sistemos gamintojo reikalavimus įrengimui (atstumai iki sienų ir lubų, aplinkos temperatūros arba ventiliacijos reikalavimai, rekomenduojamas saulės elektrinės dydis ir kt.);
• Lūkesčius iš naujai įrengiamos elektros energijos kaupiklių sistemos (energetinis tvarumas ar autonomiškumas, rezervinis energijos šaltinis esant elektros energijos tiekimo pertrūkiams ir kt.).

• Rinkoje esančių EEK talpa išreiškiama kilovatvalandėmis (kWh);
• Gamintojo nurodyta EEK talpa kWh yra idealus skaičius, naudingas palyginti rinkoje esančias EEK sistemas. Atkreiptinas dėmesys, kad visos EEK sistemos gali turėti skirtingą vadinamąjį iškrovos gylį (Angl. Deph of charge DoD) arba panaudojamą energijos kiekį (Angl. Usable energy). Dydis parodo kokia reali EEK talpa (kWh) gali būti panaudojama energijos kaupimui ir atidavimui į tinklą;
• Renkantis EEK sistemą būtina įvertinti sistemos leidžiamą iškrovos gylį arba panaudojamą energijos kiekį, o ne bendrą sistemos talpą;
• Rinkoje namų ūkiams skirtų EEK sistemų didžiausią segmentą (daugiau nei 95% Vokietijos rinkoje) užima ličio jonų kaupikliai;

• Rekomenduojama EEK sistemos talpą rinktis pagal vidutinį paros elektros energijos suvartojimą (kWh) vasaros metu;
• Žemiau pateikiamos Vokietijos HTW Berlin universiteto parengtos EEK talpos parinkimo rekomendacijos namų ūkiui. Pvz. namų ūkiui vartojančiam per metus 5000 kWh el. energijos ir įsirengus 5 kWp saulės elektrinę yra optimalu įsirengti 7,5 kWh naudingos talpos kaupiklį.

• Jei vartotojo tikslas įsirengti EEK kaip rezervinį energijos maitinimo šaltinį, talpa turi būti parenkama atsižvelgiant į norimos autonomijos poreikį. T.y kiek valandų EEK sistema gali tiekti energiją pvz. 2 kW galios įrenginiui.

• Šis parametras turi įtakos būsto su EEK energetiniam autonomiškumui;
• Namų ūkiams, kurie neturi didelės galios elektros įrenginių (pvz. elektromobilių krovikliai, momentiniai elektriniai vandens šildytuvai) pakanka 0,5 kW/ kWh galios EEK sistemos (Pvz. 10 kWh kaupiklis su 5 kW galios keitikliu);
• Aukščiau pateiktos rekomendacijos galioja tais atvejais, kai EEK sistema siekiama padidinti namų ūkio energetinį autonomiškumą. Jei EEK sistemos paskirtis yra rezervinis energijos šaltinis, tuomet EEK keitiklio galia turi būti parenkama atsižvelgiant į namų ūkyje turimus galingiausius prietaisus (prietaisai kuriems autonomiškai energija tieks EEK sistema esant energijos tiekimo sutrikimams).

• Rinkoje paplitusios EEK sistemos naudojančios AC (kintamosios srovės) sistemos arba DC (nuolatinės srovės) sistemos topologiją. Skirtingų topologijų sistemos turi skirtingus energijos konvertavimo nuostolius. EEK sistemos su DC (nuolatinės srovės) tipo topologija dažnu atveju turi mažesnius energijos konvertavimo nuostolius nei AC (kintarmosios srovės) sistema. Skirtingos EEK sistemų topologijos:

• Skirtingų gamintojų EEK nuostoliai gali ženkliai skirtis. Žemiau pateikiamas energijos konvertavimo nuostolių palyginamas skirtingų gamintojų EEK sistemoms (stromspeicher-inspektion.de, 2022 m.):

• Žemiau pateiktas grafikas vaizduoja vidutinio efektyvumo (9,3 kWh talpos) ir didelio efektyvumo (11.5 kWh talpos) EEK sistemos metinius energijos nuostolius. Vidutinio efektyvumo sistemos metiniai nuostoliai yra 608 kWh didesni už didelio efektyvumo EEK sistemą;

• Iš aukščiau pateiktų pavyzdžių matome, kad EEK sistemos efektyvumas turi ženklią įtaką metiniams energijos nuostoliams. Todėl didesnės talpos EEK sistemos ekonominė nauda įvertinus didelius energijos konvertavimo nuostolius gali būti mažesnė už mažesnės talpos sistemą su mažesniais energijos konvertavimo nuostoliais. 

• Patalpa kaupiklio montavimui turi būti parenkama pagal gamintojo rekomendacijas, turi būti išlaikomi rekomenduojami gamintojo saugos atstumai;
• Priklausomai nuo konstrukcijos, EEK sistemos gali būti tvirtinamos prie sienos arba pastatomos ant grindų;
• Visos sistemos svoris gali tūrėti įtakos renkantis EEK montavimo vietą. Pvz. 10 kWh ličio jonų EEK visos sistemos svoris gali siekti 135 kg ir daugiau;
• Švino rūgšties baterijos paprastai yra fiziškai didesnės nei ličio jonų baterijos ir dažniausiai įrengiamos negyvenamose ūkinėse patalpose (pvz., garaže arba rūsyje);
• Įrengiant EEK sistemą būtina atkreipti dėmesį į darbinę sistemos temperatūra (Angl. Operating temperature). Pvz. A gamintojo EEK sistemos darbinė temperatūra gali būti nuo 0 °C iki +30 °C, B gamintojo sistemos darbinė temperatūra gali būti nuo -10 °C iki +50 °C;
• Vadovaujantis aukščiau pateiktu pavyzdžiu, A gamintojo sistema turi būti įrengiama šildomose ir vasarą gerai ventiliuojamose patalpose. B gamintojo sistema gali būti įrengiama ir nešildomoje patalpoje, kurioje žiemos metu temperatūra nenukrenta žemiau -10 °C.

• Įrenginiai privalo turėti CE ženklinimą;
• Įrenginiai turi atitikti ES standartus įskaitant ekologinius ženklus, energijos duomenų etiketes ir kitas ES standartizacijos įstaigų nustatytas techninių normatyvų sistemas;
• Elektros energijos kaupiklio vartojama ir generuojama galia negali viršyti ESO išduotose techninėse sąlygose gaminančiam vartotojui leidžiamos vartoti ir generuoti galios.

Rinkoje paplitę su tinklu veikiantys (Angl. Grid-Tie) saulės elektrinės keitikliai (inverteriai) ir turintys galimybę prijungti elektros energijos kaupiklį ateityje.

Svarstant galimybę įsirengti EEK reikia įvertinti ar esamas saulės elektrinės keitiklis palaiko kaupiklio prijungimą.

Sprendimo privalumai:

• Panaudojamas esamos saulės elektrinės keitiklis (pakanka įsigyti suderinamą su esamu keitikliu energijos kaupiklį);
• Nereikia keisti/perdaryto būsto vidaus tinklo elektros skirstymo skydelio instaliacijos.

 Sprendimo trūkumai:

• Su tinklu veikiantys keitikliai neveikia sutrikus elektros energijos tiekimui iš ESO tinklo. T.y dingus maitinimui, elektros energijos kaupiklis būstui, namui arba svarbiems įrenginiams negali autonomiškai tiekti elektros energijos;
• Reikalingas papildomas išmanus energijos skaitiklis montuojamas būsto vidaus elektros tinklo skirstymo skydelyje, kurio duomenys perduodami EEK sistemai (reikalinga laisva vieta paskirstymo skydelyje);
• Ribotas skaičius energijos kaupiklių modelių, kurie suderinami su keitikliu. Gali būti palaikomas tik vienas keitiklio gamintojo EEK modelis/tipas.

Galimi 2 autonominiai elektros energijos tiekimo sprendimai:

• 2.2.1. EEK sistema geba autonomiškai tiekti elektros energiją visam būstui;
• 2.2.2. EEK sistema geba autonomiškai tiekti elektros energiją tik svarbiems prietaisams;

• Autonominės sistemos EEK visada turi būti laikomas įkrautas ir panaudojamas tik esant energijos tiekimo sutrikimams ESO tinkle. Tokia sistema neatneša kitų papildomų naudų aprašo (didinamas energetinis autonomiškumas namų ūkyje). Dėl šios priežasties sprendimas yra neekonomiškas;
• Vartotojui gali pakakti elektros energijos dingimo atveju autonomiškai užmaitinti tik svarbius būsto ar namo prietaisus tokius kaip šaldytuvas, elektrinė viryklė ar vandens siurblys. Kitas brangesnis sprendimas ir įrengimas yra EEK sistema, kuri geba autonomiškai tiekti elektros energiją visam būstui, namui (viso būsto, namo vidaus elektros tinklas dirba mikro salos rėžime);

2.2.1. EEK SISTEMA GEBANTI AUTONOMIŠKAI TIEKTI ELEKTROS ENERGIJĄ VISAM BŪSTUI.

Sprendimo privalumai:

• Didžiausią komfortą ir autonomiškumą užtikrinantis sprendimas;
• Sistema tiekia autonomiškai elektros energiją visam būstui dingus maitinimui iš ESO tinklo (būsto vidaus tinklas dirba salos rėžime);

Sprendimo trūkumai ir ribojimai:

• Brangiausias sprendimas (be tinklo „Off grid“ veikiantis keitiklis brangesnis 30 -40 proc. už su tinklu veikiantį „Grid- tie“ keitiklį);

• Reikalingas papildomas kontaktorius, kuris atjungia būsto vidaus tinklą nuo ESO tinklo (sukuriama mikrosala būsto vidaus tinkle);

• Reikalingas papildomas išmanus energijos skaitiklis montuojamas būsto vidaus elektros tinklo skirstymo skydelyje, kurio duomenys perduodami EEK sistemai (reikalinga laisva vieta paskirstymo skydelyje);
• Sprendimas neapsaugo nuo trumpo el. energijos dingimo ESO tinkle (1-5 sec);

• Trifazė EEK sistema turi ribotą galią tiekti energiją vienfaziams įrenginiams. Pvz. 6 kW galios EEK sistemos keitiklis gali būti apkrautas ne didesne nei 2 kW galia kiekvienoje fazėje.

 2.2.2. EEK SISTEMA GEBANTI AUTONOMIŠKAI TIEKTI ELEKTROS ENERGIJĄ TIK SVARBIEMS ĮRENGINIAMS.

Sprendimo privalumai:

• Keitiklis su kaupikliu gali tiekti autonomiškai elektros energiją svarbiausiems būsto prietaisams sutrikus ESO elektros energijos tiekimui;
• Dalis rinkoje esančių sprendimų geba svarbaus prietaiso maitinimą perjungti nuo ESO tinklo per 0,02 sekundes (Angl. Min. Transfer Time on-grid to off-grid). Tokia sistema apsaugos svarbius prietaisus nuo trumpo (1-5 sec.) el. energijos dingimo ESO tinkle.

Sprendimo trūkumai ir ribojimai:

• Reikalingas papildomas išmanus energijos skaitiklis montuojamas būsto vidaus elektros tinklo skirstymo skydelyje, kurio duomenys perduodami EEK sistemai (reikalinga laisva vieta paskirstymo skydelyje);
• Reikalingas būsto vidaus elektros tinklo pertvarkymas (svarbių prietaisų kištukinių lizdų prijungimas prie EEK sistemos gnybtų);
• Dažnu atveju trifazė EEK sistema pvz. su 6 kW galios keitikliu gali užmaitinti tik vienfazius svarbius prietaisus ir ribota galia (pvz. nedaugiau 2 ar 3 kW). Toks sprendimas netinkamas, jei planuojama užmaitinti pvz. trifazį šilumos siurblį.

Žemiau pateikti duomenys individualaus namo, kuris turi įsirengęs 8 kWp saulės elektrinę ir 10 kWh elektros energijos kaupiklį. Konkrečiu pavyzdžiu tokios talpos kaupiklio realiai panaudojama talpa yra apie 9 kWh (90 proc.). Atkreiptinas dėmesys, kad šis namų ūkis geba efektyviai sunaudoti ženklią dalį dienos metu gaminamos elektros energijos. Gegužės – rugpjūčio mėn. sunaudojama virš 50 proc. gaminamos elektros energijos vidaus tinkle.

Žemiau pateikiamas tokios sistemos galios srautų grafikas vasaros metu. Dienos metu nuo 9:00 val. EEK yra įkraunamas (žalia linija) gaminama saulės elektrinės elektros energija. Vakare, nuo 19:00 val. esant mažai generacijai, kaupiklyje sukaupta elektros energija yra tiekiama namo vidaus tinklui (žalias plotas). Nakties metu, pilnai išsikrovus kaupikliui elektros energija vartojama iš ESO tinklo (pilkas plotas).

Žemiau pateikiamas saulės elektrinės pagamintos elektros energijos panaudojimo balansas 2022 m. Vartotojas tiesiogiai suvartoja apie 30-35 % gaminamos elektros energijos kovo – rugpjūčio mėnesiais. Elektros energijos kaupiklis Kovo – Rugpjūčio mėnesiais įgalina papildomai 10 proc. padidinti vidinį pagamintos elektros energijos suvartojimą (200 - 240 kWh/mėn).

Atkreiptinas dėmesys, kad vartotojas kaupiklį naudoją energetiniam autonomiškumui didinti. Kaupiklis pilnai iškraunamas vakare/naktį. Tokiu rėžimu kaupiklis negalės tiekti elektros energijos namui esant elektros energijos tiekimo sutrikimams ESO tinkle nakties metu.