Установка солнечных панелей и накопителя энергии позволяет снизить затраты на электроснабжение. Какая технология хранения энергии подходит именно вам? Ищем ответ на этот вопрос вместе с немецкими фермерами.
Фотовольтаика в животноводстве
Доля зеленой энергетики в Германии неуклонно растет, в том числе и за счет фотовольтаики. Ограничением технологии является то, что для производства тока и бесперебойного электроснабжения должно светить солнце, да и не всегда пик энергопотребления приходится на светлое время суток. Поможет решить проблему непостоянства обеспечения накопитель энергии. Но будет ли такое приобретение себя оправдывать с экономической точки зрения?
Не так давно фермер Герберт Штихт решился разместить на крыше своего коровника фотоэлектростанцию, поэтому хорошая солнечная погода его особенно радует.
Но предусмотрительный Г. Штихт позаботился и о том времени года, когда солнечного сияния будет значительно меньше. В подобных случаях на выручку приходят накопители энергии, только подходить к выбору следует обдуманно.
Система промежуточного хранения и последующего распределения выработанной с избытком электроэнергии – решение столь же простое, сколь и сложное: накопитель накопителю рознь. В одной только Германии зарегистрировано около сорока производителей систем хранения энергии для сельскохозяйственных нужд. Чаще всего они используют в своем оборудовании литиевые или свинцовые батареи, предлагаются также аккумуляторы на основе соленой воды. Какие у этих разновидностей есть плюсы и минусы? Давайте сравним различные технологии.
Литиевые батареи на рынке пользуются наибольшим спросом. «У них высокая производительность и высокая удельная энергия, – рассказывает эксперт местного центра возобновляемых источников энергии (C. A. R. M. E. N. e. V.) Йозеф Хубер. – К тому же литиевые батареи достаточно компактны и в отличие от свинцовых аккумуляторов имеют наибольшую глубину разряда. Еще одно преимущество «лития» – длительный срок службы. По нашим данным, литиевые батареи выдерживают в среднем 6,5 тыс. циклов заряда / разряда, что соответствует примерно 230 циклам в год и сроку службы около тридцати лет».
Некоторые производители аккумуляторов заявляют о двадцати тысячах циклов заряда / разряда и сроке службы почти 87 лет.
С трудом верится, что батарея может работать столько лет. Ведь любой аккумулятор, если он не используется, со временем приходит в негодность. В среднем, как полагает Йозеф Хубер, срок службы такого накопителя энергии составляет около пятнадцати лет. В течение этого времени полезная мощность аккумулятора постепенно падает до 70 – 80 %.
Еще один плюс литиевой батареи – ее быстрая зарядка. Для Герберта Штихта это стало одним из весомых аргументов в пользу ее приобретения.
«В идеальных условиях при полном солнечном освещении мой литиевый аккумулятор заряжается за час, максимум за полтора», – рассказывает фермер. Другой плюс аккумулятора на основе лития-железа-фосфата – это пожарная безопасность. Именно эта технология сейчас используется в большинстве домашних систем хранения энергии.
Невысокая плотность энергии
Недостаток литий-железо-фосфатных аккумуляторов заключается в том, что плотность энергии у них более низкая. Так, система солнечных панелей мощностью 134,4 кВт и аккумулятор на 70 кВт обеспечивают электропитание доильной установки на 200 голов, снабжают электричеством три домовладения и один тепловой насос.
«В солнечные дни у нас производится до 500 кВт∙ч электроэнергии, – уточняет Г. Штихт. – На собственные нужды уходит около 100 кВт∙ч, а оставшиеся 400 кВт∙ч мы подаем в общую сеть – это выгоднее».
За избыточную электроэнергию в зависимости от состояния рынка можно дополнительно получить 8 центов за кВт∙ч. По нашим расчетам, до 75 % потребления хозяйство может покрыть за счет собственной электроэнергии. Себестоимость солнечной энергии составляет около 8 центов за кВт∙ч, не считая техобслуживания и возможного ремонта панелей.
«За электроэнергию от внешнего поставщика нам пришлось бы заплатить 25 центов за 1 кВт∙ч. Таким образом, экономия затрат на электроэнергию благодаря установке солнечных модулей и накопителя составляет 17 центов за кВт∙ч», – поясняет фермер.
По словам Й. Хубера, стоимость литиевых батарей составляет 1200 евро / кВт∙ч для небольших систем и 800 – 900 евро за кВт∙ч для более мощных систем (от 10 кВт). На практике цена может быть и несколько ниже – около 640 евро / кВт∙ч. За последние пять лет цены на литиевые системы хранения небольшой мощности упали наполовину, а на большие – на 30 %. Однако в последнее время цены стагнируют. «Мы связываем такое развитие рынка с ростом спроса», – поясняет Йозеф Хубер.
Один из недостатков литиевых батарей – трудоемкость их утилизации. Поэтому, например, в случае автомобильных аккумуляторов рекомендуют удалить вышедшие из строя элементы и подключить те, которые все еще работают, обеспечив им вторую молодость. Аккумулятор продолжит работать с несколько меньшей полезной емкостью. Есть компании, которые специализируются на восстановлении старых аккумуляторов от электромобилей для использования их в качестве домашней системы хранения электроэнергии. Это экономит деньги и природные ресурсы, поскольку литиевые аккумуляторы содержат редкоземельные металлы.
А вот свинцово-кислотные аккумуляторы относительно легко утилизировать. Их токсичные компоненты (свинцовые пластины и серная кислота) можно утилизировать отдельно. Затраты на приобретение свинцового аккумулятора также ниже по сравнению с литиевыми батареями.
«Однако из-за ограниченной глубины разряда свинцового аккумулятора для получения той же полезной мощности его энергоемкость должна быть в два раза больше, чем у литиевых батарей», – добавляет Хубер. – Это связано с тем, что свинцово-кислотные батареи разряжаются примерно, до 50 %. Сейчас на них спрос упал, в том числе из-за других недостатков данной технологии, например, ограниченной мощности: свинцово-кислотные батареи обеспечивают высокий ток в течение короткого периода времени, что делает их идеальными в качестве стартерных.
«Однако из-за риска образования водорода следует избегать слишком быстрой зарядки системы, – говорит Й. Хубер. – Служат такие аккумуляторы от двух до трех тысяч циклов, или около десяти лет».
Экологичная альтернатива
А вот владелец виноградника из Австрии Лео Зом мер сделал ставку на достаточно редкую технологию – накопители электроэнергии на основе соленой воды. Осенью 2019 года он установил в хозяйстве аккумулятор на соленой воде мощностью 15 кВт. Причина такого решения – выбор в пользу энергонезависимости и надежности: во время уборки виноград необходимо охлаждать, и здесь недопустимо случайное отключение электричества.
«Я сделал выбор в пользу «зеленого» аккумулятора, поскольку это явилось правильным дополнением к нашей системе солнечных панелей. К тому же мне не пришлось согласовывать его установку в подвале с органами пожарной безопасности», – поясняет виноградарь.
Накопители энергии на основе соленой воды, как и прежде, остаются нишевым продуктом, но у них есть и определенные преимущества.
«Они содержат только экологически безопасные материалы, такие как вода и соль. Подобный накопитель не способен воспламениться и не взрывоопасен. Его можно без проблем переработать, он не содержит никаких токсичных веществ – только нержавейка и пластик», – заверяет Томас Крауссе, директор компании BlueSky Energy GmbH.
А еще в «зеленых» аккумуляторах не используются редкоземельные металлы, такие как кобальт, добываемые в Конго.
«Сульфат натрия, содержащийся в соленой воде, – это нетоксичный материал, который в больших количествах доступен в Европе», – продолжает Т. Крауссе. – Что касается цены, аккумулятор на основе соленой воды способен поспорить по доступности с литиевым.
«Системы хранения меньшего размера обойдутся в сумму около 900 евро / кВт∙ч, а более крупные (свыше 10 кВт∙ч) стоят от 750 до 800 евро / кВт∙ч, – добавляет Й. Хуберт. – По-другому обстоит дело со сроком службы: он составляет около пяти тысяч циклов, или пятнадцать лет.
Л. Зоммер вполне доволен функционалом своего аккумулятора на основе соленой воды. Однако ему приходится мириться с медленным процессом зарядки, занимающим 4 – 5 часов: «Пока я могу потреблять и выдавать только 3 кВт электроэнергии».
Еще один недостаток данной технологии – низкая плотность энергии. При этом размер батареи с соленой водой примерно в два раза больше соответствующей ей по мощности литий-ионной. И так же как свинцовый аккумулятор, такую батарею нельзя устанавливать на открытом воздухе.
«Температура окружающей среды не должна опускаться ниже 0 °C – во избежание замерзания водного электролита», – поясняет Т. Крауссе.
В литиевых системах температурный допуск в значительной степени зависит от цели применения. В домашних условиях температура порой должна быть выше точки замерзания. Накопители для открытого воздуха также пригодны к эксплуатации при температурах в диапазоне от –30 до + 50 °C.
Независимо от используемой технологии государство субсидирует проекты, связанные с хранением энергии и сокращением выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве. Для таких проектов размер субсидии доходит до 800 евро за тонну сокращенных выбросов CO₂.
Используя накопители энергии, можно увеличить собственное потребление зеленой энергии от солнечных панелей, сократив таким образом выброс парниковых газов. «Экономия может быть увеличена, но тогда не обойтись без сертифицированного консультанта по энергетике, который поможет рассчитать экономию CO₂», – уверен ученый. Кроме того, в некоторых федеральных землях и регионах существуют дополнительные субсидии. По словам Й. Хубера, с госфинансированием или без оного необходимо рассматривать каждый конкретный случай, чтобы понять, действительно ли оправдано приобретение систем хранения энергии. В отличие от солнечных панелей, установка которых дает прибыль в подавляющем большинстве случаев, с системами хранения всегда надо уметь считать.
Сделать правильный выбор
Каждый фермер должен взвесить, какой вид накопителя электрической энергии оптимально соответствует решаемой задаче, оценить окупаемость проекта по его установке и т. д. К примеру, Г. Штихт исходит из того, что литий-железо-фосфатный накопитель окупит себя в течение десяти лет. Как будет на самом деле, покажет время. Пока же его литиевая батарея позволяет сохранить немало солнечной энергии для бесперебойного обеспечения работы молочной фермы.
