Σκεφτόμαστε δημιουργικά για τη βελτιστοποίηση οικιακών ηλιακών φωτοβολταϊκών συστημάτων:Η προσέγγιση Solar Plus
Τα συνδεδεμένα με το δίκτυο ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα κατοικιών (PV) μειώνουν το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας του δικτύου πελατών. Στις περισσότερες μεγάλες αγορές φωτοβολταϊκών, οι πελάτες αποζημιώνονται επίσης για την παραγωγή φωτοβολταϊκών που εξάγονται στο δίκτυο. Τα ποσοστά αποζημίωσης για τις εξαγωγές δικτύου μειώνονται σε όλο τον κόσμο, πράγμα που σημαίνει ότι οι πελάτες αντιμετωπίζουν κίνητρα για να αυξήσουν την αυτοχρησιμοποίηση και να μειώσουν τις εξαγωγές δικτύου. Ωστόσο, η δυνατότητα των πελατών να χρησιμοποιούν μόνοι τους την έξοδο φωτοβολταϊκών περιορίζεται από τη στιγμιαία φύση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας:η έξοδος ΦΒ που παράγεται από τον μεσημεριανό ήλιο δεν είναι πλέον διαθέσιμη για αυτοχρήση αργότερα την ημέρα και το βράδυ.
Ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας των ΗΠΑ (NREL) διερευνούν τρόπους για να αυξήσουν την αξία των φωτοβολταϊκών μέσω της ενσωμάτωσης με συσκευές που αυξάνουν την αυτοχρήση. Οι συζευγμένες με ΦΒ μπαταρίες μπορούν να φορτιστούν με τον μεσημεριανό ήλιο και στη συνέχεια να αποφορτιστούν αργότερα μέσα στην ημέρα, επιτρέποντας στους πελάτες να χρησιμοποιούν μόνοι τους την έξοδο φωτοβολταϊκών πολύ καιρό μετά τη δύση του ηλίου. Εκτός από τις μπαταρίες, οι συσκευές ελέγχου φορτίου επιτρέπουν στους πελάτες να συγχρονίζουν τις οικιακές συσκευές με την έξοδο φωτοβολταϊκών. Για παράδειγμα, οι έξυπνοι θερμοστάτες μπορούν να διαμορφωθούν για να προψύξουν το σπίτι κατά τη διάρκεια της ημέρας με έξοδο φωτοβολταϊκών, αυξάνοντας την αυτοχρησιμοποίηση παρέχοντας υπερβολική ισχύ φωτοβολταϊκών στο κλιματιστικό του σπιτιού και όχι στο δίκτυο. Έπειτα, όταν ο ήλιος έχει δύσει, το προψυμένο σπίτι μειώνει την εξάρτηση του σπιτιού από την ηλεκτρική ενέργεια του δικτύου για περαιτέρω ψύξη. Μια πληθώρα οικιακών συσκευών είναι κατάλληλες για έλεγχο φορτίου, καθώς και ηλεκτρικά οχήματα (βλ. Εικόνα). Οι ερευνητές αναφέρονται σε αυτή τη στρατηγική βελτιστοποίησης των φωτοβολταϊκών ως "ηλιακό συν".
Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Applied Energy , οι συγγραφείς καταδεικνύουν την οικονομική αξία του solar plus για πελάτες σε διαφορετικές δομές τιμών. Μέσα από μια σειρά περιπτωσιολογικών μελετών και αναλύσεων ευαισθησίας, οι συγγραφείς δείχνουν ότι το solar plus μπορεί να αυξήσει την αξία των φωτοβολταϊκών έως και οκτώ, ανάλογα με τις δομές των τιμών των πελατών. Οι ερευνητές δείχνουν ότι το solar plus μπορεί να αυξήσει την τιμή των Φ/Β σε δομές ρυθμού με οποιοδήποτε από τα τρία χαρακτηριστικά.
Πρώτον, το solar plus αυξάνει την αξία των φωτοβολταϊκών όταν τα ποσοστά ηλεκτρικής ενέργειας είναι υψηλότερα από τα ποσοστά αντιστάθμισης εξαγωγών του δικτύου. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η πλεονάζουσα παραγωγή μπορεί να παραδοθεί σε συσκευές solar plus, όπως μπαταρίες και συσκευές ελέγχου φορτίου αντί να εξαχθεί στο δίκτυο. Αυτή η προσέγγιση αυξάνει την αξία της πλεονάζουσας παραγωγής, δεδομένου ότι ο πελάτης εξοικονομεί περισσότερα χρήματα από τη μείωση της χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο από ό,τι θα κέρδιζε μέσω της αποζημίωσης για τις εξαγωγές του δικτύου. Σε μια μελέτη περίπτωσης που βασίζεται σε ένα σπίτι στο Λας Βέγκας, NV, ΗΠΑ, οι συγγραφείς διαπιστώνουν ότι το solar plus μπορεί να αυξήσει την αξία των φωτοβολταϊκών κατά περίπου 10% όταν ο ρυθμός ηλεκτρικής ενέργειας είναι 0,10 $/kWh υψηλότερος από το ποσοστό αντιστάθμισης εξαγωγής του δικτύου και κατά περίπου 50 % όταν η τιμή ηλεκτρικής ενέργειας είναι 0,20 $/kWh υψηλότερη από την αντιστάθμιση εξαγωγών του δικτύου.
Δεύτερον, το solar plus αυξάνει την αξία των φωτοβολταϊκών για πελάτες που πληρώνουν διαφορετικές τιμές ηλεκτρικής ενέργειας αιχμής και εκτός αιχμής, γνωστές και ως χρεώσεις χρόνου χρήσης (TOU). Για τους πελάτες TOU, οι συσκευές solar plus μπορούν να μετατοπίσουν την έξοδο φωτοβολταϊκών στην περίοδο αιχμής, μειώνοντας τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας του δικτύου του πελάτη κατά την πιο ακριβή ώρα της ημέρας. Οι συγγραφείς δείχνουν ότι αυτή η στρατηγική, επίσης γνωστή ως αρμπιτράζ TOU, είναι ιδιαίτερα επικερδής όταν η περίοδος αιχμής του πελάτη εμφανίζεται αργότερα μέσα στην ημέρα μετά την υποχώρηση της εξόδου ΦΒ. Με βάση τη μελέτη περίπτωσης του Λας Βέγκας, οι συγγραφείς δείχνουν ότι το solar plus αυξάνει την τιμή των φωτοβολταϊκών κατά περίπου έξι φορές όταν η περίοδος αιχμής εμφανίζεται αργά το απόγευμα και το βράδυ (5 μ.μ.-10 μ.μ.).
Τρίτον, το solar plus αυξάνει την αξία των φωτοβολταϊκών για πελάτες που πληρώνουν ένα τέλος ανάλογο με τη μέγιστη χρήση ισχύος τους κατά τη διάρκεια κάποιας χρονικής περιόδου, γνωστό και ως χρέωση ζήτησης. Για τους οικιακούς πελάτες, η αιχμή της χρήσης ρεύματος συμβαίνει συνήθως αργά το απόγευμα, όταν οι πελάτες επιστρέφουν σπίτι από τις καθημερινές δραστηριότητες. Αυτές οι αιχμές ζήτησης τυπικά εμφανίζονται μετά την υποχώρηση της εξόδου των ΦΒ, έτσι ώστε η έξοδος ΦΒ από μόνη της να είναι σχετικά αναποτελεσματική στη μείωση αιχμής. Οι συσκευές Solar plus μπορούν να επεκτείνουν την έξοδο ΦΒ στην περίοδο αιχμής του πελάτη, μειώνοντας τη ζήτηση αιχμής του πελάτη και τη σχετική χρέωση ζήτησης. Η μελέτη δείχνει ότι το solar plus μπορεί να αυξήσει την αξία των φωτοβολταϊκών έως και οκτώ με βάση μια μελέτη περίπτωσης χρέωσης ζήτησης στην Αριζόνα των Η.Π.Α.
Μελλοντική έρευνα θα εξετάσει πώς η μεγάλης κλίμακας ηλιακή και ανάπτυξη θα μπορούσε να επηρεάσει τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας. Οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής και οι σχεδιαστές δικτύων ενδέχεται να είναι σε θέση να αυξήσουν την αξία των φωτοβολταϊκών στο δίκτυο διαμορφώνοντας συσκευές solar plus για να προσφέρουν υπηρεσίες δικτύου. Ορισμένες επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας έχουν ήδη εφαρμόσει πιλοτικά έργα για να δοκιμάσουν πώς οι συναθροίσεις φωτοβολταϊκών και ηλιακών συσκευών μπορούν να παρέχουν υπηρεσίες δικτύου. Λόγω των τιμών του ηλιακού συν σε επίπεδο πελάτη και δικτύου, του μειωμένου κόστους μπαταριών και της αυξανόμενης διαθεσιμότητας τεχνολογιών ελέγχου φορτίου, το μέλλον των φωτοβολταϊκών φαίνεται όλο και περισσότερο ενσωματωμένο με μπαταρίες και τεχνολογίες ελέγχου φορτίου.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Solar plus:Optimization of distributed solar PV through battery storage and dispatchable load in residential buildings, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Applied Energy . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Eric O'Shaughnessy, Dylan Cutler, Kristen Ardani και Robert Margolis από το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας.
