STORIONy nastavují technologické parametry bateriových úložišť

Cesta ke STORIONu od roku 1998

První hybridní sestavy (nikoliv systémy) s bateriemi v ČR jsme realizovali již v roce 1998. Jednalo se také o první hybridní sestavy v rámci EU. Další realizace, tentokrát již s lithiovými bateriemi, následovaly v roce 2011.

Bohaté dlouholeté zkušenosti nám umožnily extrahovat z globální nabídky systémy STORION od německého výrobce ALPHA ESS Europe GmbH. První instalace v ČR jsme realizovali v roce 2015. Všechny námi doposud dodané baterie využívají 90 % kapacity a nebylo zatím nutné žádnou měnit.

Ocenění EDISON a RED DOT AWARD – vítězné ocenění „Nejlepší z nejlepších“

Systém STORION byl ohodnocen jako nejlepší z nejlepších v soutěži TOP bateriové úložiště. Porazit tvrdou konkurenci 114 bateriových úložišť od 75 výrobců je jasný signál vypovídající o technologické úrovni. Experti z Bonn EUPD Research zjišťovali a dlouhodobě porovnávali hloubku vybití úložiště, maximální počet cyklů a jaké efektivity systém dosahuje. Parametry byly vztaženy k pořizovací ceně. Dalším posuzovaným kritériem byla rozšiřitelnost a přechod do UPS(BackUp). V kategorii poměr instalace/služby komise expertů EuPD zkoumala rychlost instalace, co výrobce klientům garantuje, a obsáhlost poskytovaných služeb. Důležitým měřítkem bylo, zdali výrobci poskytli relevantní informace o původu souvisejících materiálů. STORION v tomto nezávislém a dlouhodobém posuzování získal 240 bodů z 312 maximálně možných.

Systém STORION rovněž získal prestižní prvenství v Red Dot, což je mezinárodně uznávané ocenění vysoké kvality zpracování, designu a inovativnosti. Soutěž se koná jednou ročně. Posláním Red Dot Award je sledování a vyzdvihování nejvýznamnějších globálních trendů.

Odborná porota této mezinárodní soutěže „Red Dot Award v kategorii Product Design“ hodnotí nejlepší produkty roku. Porota uděluje ocenění RED DOT jen výrobkům s vysokou kvalitou designu a vysokou užitnou hodnotou. Nejlepší výrobky kategorie jsou oceněny jako „Red Dot Nejlepší z nejlepších“, zatímco produkty, které mají zajímavě řešeny detaily, jsou oceněny „Ctihodnou zmínkou“.

Při hodnocení, které trvá několik dní, mezinárodní odborníci testují, diskutují a vyhodnocují každou položku jednotlivě. Jednotlivá podání tak nejsou nikdy vzájemně porovnávána.

Zde je několik členů poroty:
Robin Edman – šéf designer Electrolux, Martin Darbyshire – řešení pro Samsung, LG, Toyota, Nikon, Rüdiger Bucher – šéfredaktor časopisu Chronos, Adriana Monk – studium u BMW, design interiérů Rolls-Royce, Jaguar, Land Rover

STORION jsou systémy

Nejedná se o sestavu náhodných komponent, které si předávají s větším či menším úspěchem informace s rizikem vzniku fantomových stavů.

Provoz sestav: Baterie spolu s BMS a hybridní měnič (s vestavěným MPPT) si v sestavách hrají každý na svém písečku. Baterie chrání BMS proti nadměrnému vybití a přebití. Měnič má za úkol dopravit takový výkon, jaký naměří elektroměr bez ohledu na stav nabití, v němž se baterie právě nachází. Měnič dostává z BMS informaci o stavu napětí baterií. Stav napětí baterií je vyčítán s frekvencí cca 80 Hz/s, což je sada náhodných, nepřesných a v okamžiku užití již neexistujících hodnot – napětí baterií se během provozu neustále mění v úzkém pásmu 0,9 V na článek. Provoz sestavy se tak vzhledem k pomalému měření nastavuje na rozmezí provozu baterií v hodnotách mezi 30–80 % SOC, což odpovídá neekonomickému 50% využití kapacity LiFePO4 baterie (pro 10 kWh uložených je potřeba 20 kWh větší baterie oproti STORION 11,6 kWh). Měnič pochopitelně nerespektuje (není nijak předem regulován) před odběrem výkonu z baterie, zdali jsou články vybalancovány podle podmínek výrobce.

Provoz systémů: Měnič je při pokrývání výkonových požadavků (odběrného místa) regulován podle stavu nabití baterií (ve STORION uložený „e“ je vyčítán s frekvencí 35 000 Hz/s). Informace z elektroměru nejprve směřují do EMS. Posléze EMS vydá pokyn aktivní BMS k vybalancování. Dalším krokem je navyšování výkonu tekoucího z baterie do spotřeby až na požadovanou úroveň. Baterie nejsou přetěžovány skokovými odběry, mají dostatek času k balancování článků a nabízí využití kapacity na 90 % (graf dále: 10,2 kWh lze uložit v 11,6 kWh). V takovém systému baterie nabídnou uživateli odpovídající záruky a dlouhou životnost. Systémy se proto navenek chovají jako jedno zařízení, a proto mají jeden komunikační protokol MODBUS.

Logika chytré budovy, do níž lze systémově STORION integrovat, komunikuje po sériové sběrnici přes MODBUS s řídicí jednotkou EMS (STORIONu).

Systémovost hybridního bateriového systému je v ryzí podstatě dána hloubkou sofistikovanosti řídicího algoritmu (firmware), na jehož základě EMS pracuje pro ekonomické blaho investora.

Protože mají EMS – energy management system (průmyslový PLC)

Doslova „mozek“ každého STORIONu, systém EMS, byl vyvíjen 7 let. V týmu majícím na starosti vývoj a inovace EMS lze předpokládat většinové zastoupení pozic elektrotechniků a elektroniků, avšak účast matematiků bude pro mnohé překvapením. Inovace EMS probíhají doposud. EMS je trvale „živý“ a vyvíjející se „ekosystém“ tvořící jednolitou a stabilní infrastrukturu VPP STORION (virtual power plant). EMS, jak je v titulku uvedeno, je vlastně jednoúčelový průmyslový počítač (PLC), který zajišťuje interní komunikaci mezi jednotlivými komponenty, externí ovladatelnost majitelem systému (nejen globální monitoring), případně obchodníkem s elektřinou. EMS drží na uzdě měnič proto, aby nejen chránil baterie, ale také je řádně používal. Jedinečné algoritmy tak nabízejí splnění základního požadavku 90% využití kapacity baterie, což byl hlavní důvod, proč J. B. Goodenough začal pracovat na bateriích nabízejících vysoký počet cyklů + maximální využití kapacity. EMS tedy mimo ovládání vestavěných periferií (PowerRouter) zajišťuje integraci systému STORION s dalšími inteligentními systémy (pomocí MODBUS).

Protože tvoří infrastrukturu VPP STORION (virtual power plant STORION)

… a opět EMS. Každý majitel systému STORION získává virtuální baterii v základu a bezplatně. Pořízený systém mu umožňuje stát se prosumerem (směrnice č. 2009/72/ES a č. 2009/28/ES). Prosumer je právní pojem. Jedná se o aktivního spotřebitele, jehož primárním zdrojem příjmu není příjem z obchodů s elektřinou v rámci účasti ve virtuální baterii. Rozhodne-li se majitel STORIONu nabídnout volnou kapacitu baterie (v zimě) a přebytečný výkon z FV + část kapacity baterie (v létě), pak může uzavřít obchodní vztah s tím, kdo má licenci na obchod s elektřinou. Pro představu se může například cena elektřiny dodaná vybíjením baterií do distribuční sítě pohybovat na úrovni 5,3 Kč/kWh (vysoký počet cyklů nenavázán na porušení záruk umožňuje opakované vybíjení během 24 h). Cena za uloženou energii v bateriích prosumera se může pohybovat kolem 2 Kč/kWh. Což je také důvod, proč se již dnes osazují 4Q elektroměry. Základem každé fungující infrastruktury je měření. Prosumer využije možnost dálkového ovládání třetí osobou na základě smluvního vztahu, jež (díky EMS) nabízí v ČR výhradně systémy STORION. Dostupná a ovladatelná infrastruktura VPP je pro obchodníky s elektřinou obchodně zajímavější než jednotlivé neovladatelné sestavy. VPP je to, co přinese svému majiteli v horizontu 5 let další zajímavý příjem. V době, kdy jsou dálkově ovladatelné technologie samozřejmostí, je velmi krátkozraké pořizovat sestavu nebo systém bez konektivního standardu.

Pozn.: PROSOLAR jako agregátor byl přizván k účasti na probíhajícím pilotním projektu poskytování podpůrných služeb, protože dokázal nabídnout fungující a dostatečně masívní infrastrukturu VPP.

Osazeny jsou výkonově stabilní a nehořlavé baterie z vysoce kvalitních článků LFP (LiFePO4)

Dodavatelem článků pro ALPHA ESS je společnost EVE. Roční produkce LFP článků je cca 15 MWh (pro představu se jedná o 15× TESLA gigafactory). Společnost EVE v průběhu roku 2018 spustila (tehdy) nejmodernější linku pro výrobu LFP článků. Nové články disponují vybíjecím proudem nejen 1C, ale 2C a 3C (viz dále). Články již mají inovovanou anodu s patentem od EVE, která disponuje 3× vyšší energetickou hustotou (v červnu Tesla představí „nové“ baterie s možným nájezdem 1,6 milionů km). Pro praxi to znamená vyšší cyklovatelnost článků (STORION standardně nabízí 10 000 cyklů při 90 % DOD vybíjením 1C a t = 25 °C). Standardem LFP článků i nadále zůstává kovové pouzdro zachytávající (spolu s konstrukcí uvnitř baterie) elektromechanické síly, jejichž důsledkem je zvětšování objemu článků při nabíjení a vybíjení.

Počet cyklů a vybíjení 1C přímo vypovídá o kvalitě baterie. Jestliže jsou tyto údaje nízké, těžko dohledatelné nebo je rozpor mezi technickým listem a zárukami, pak takovému výrobci ujel pomyslný vlak. V nastalé situaci výrobce „poskytne“ záruční podmínky, jimiž břímě záruk přenese na svého klienta. Ten pak musí hlídat počty cyklů, množství kumulované energie, zdali výrobce nemá vydány nové aktualizace a také sledovat teplotu, v níž jsou baterie instalovány.

Vrátíme se k parametru vybíjení 1C. Převedeno 1C na výkon znamená, že baterie o kapacitě 10 kWh dokáže bez poškození a ztráty záruky vydat či pojmout okamžitý výkon 10 kW. V instalaci 3f připojení to pak znamená 3 × 3,3 kW (výkon měniče musí být 10 kW). Dům tedy nebude odebírat energii z distribuční sítě do výkonu 3,3 kW na fázi (většina spotřebičů jako pračka, myčka, boiler atp. má 2kW topné těleso). Pro limit vybíjení 0,25 C bude dodávaný výkon následovný. POZOR: Lze se setkat s kamufláží jako 20 A maximální vybíjecí proud, avšak v záručních podmínkách se hovoří o testování v rámci reklamačního řízení vybíjení proudem max. 5 A (!). Nominální kapacita článků v předmětné baterii je 25 Ah (25/5 = 5, což je 0,25 C). Baterie 10 kWh dokáže při vybíjení 0,25 C dodávat výkon 2,5 kW. Pro instalaci 3f to pak znamená 3 × 0,83 kW. Výkon 0,83 kW na fázi tedy není tak vysoký, aby pokryl spotřebu bojleru 2 kW, a proto bojler odebírá ze sítě 1,17 kW. Sestava v monitoringu ukazuje, že spotřebovala veškerou energii….

Systém STORION vzhledem ke kvalitě baterií poskytuje jasné znění záruk: „AlphaESS poskytuje záruku na baterie v délce 120 měsíců ode dne instalace nebo jejich odborného zprovoznění. Baterie po uvedené době bude mít 80 % své původní kapacity. Využitelná kapacita v čase instalace je 90 %.“

… a protože má STORION v základu průmyslovou kvalitu baterií, může být využitelnost kapacity baterií 90 %.

Poskytují globální monitoring

Systémy STORION mají v základu globální monitoring. Nejedná se o pouhé vyčítání hodnot. Monitoring nabízí dálkově systém ovládat. Například spouštět nabíjení v případě potřeby, přenastavení hranice vybití baterie SOC, nabíjení v nízkém tarifu a také klient může dálkově provádět změnu taktiky pro PoweRouter.

Pro instalační firmy platí totéž, ale jsou zde také další funkce dopomáhající k detekci zřídkavých chybových stavů (klient si vypnul časové pásmo a nefunguje dobíjení v NT).

V době, kdy má globální monitoring malý spotřebič za 390 Kč (chytrá zásuvka s mobilní aplikací), by mělo být standardem, aby totéž měl v základu systém srovnatelný s cenou nového automobilu.

Závěr

Fotovoltaické systémy s bateriemi nabízí vnitřní výnosové procento z investice přibližně 10 %, což je zajímavější než zahálející hotovost v bance. Ovšem jen tehdy, pokud základem (třetí osobou ovladatelného) systému je baterie s garantovanou využitelnou kapacitou 90 % a zárukami 10 let bez omezení počtu cyklů nebo limitem kumulativně uložené energie.