Накопитель электроэнергии — полезная штука для дома, которая позволяет  обезопасить себя от блэкаутов и необходима для работы с солнечными панелями. 

Компания VOLTS разрабатывает и производит накопители электроэнергии на литий-ионных аккумуляторах с 2017 года. Она использует счетчики WB-MAP3E в качестве измерителя параметров качества электрической энергии, отсюда и партнерские связи с Wiren Board.  Недавно компания переехала на новую производственную площадку в Санкт-Петербурге в историческом месте — на территории пивзавода имени Степана Разина.

В статье мы расскажем о накопителях, рассмотрим их начинку и проведем экскурсию по производству. А также приведем ответы технических специалистов VOLTS на наши каверзные вопросы.

Зачем нужен домашний накопитель электроэнергии?

Сразу скажем: даже если у вас дома стабильное электропитание, то подобный накопитель вам тоже может быть полезен. Чтобы было понятнее, мы приведем наиболее часто используемые сценарии.

1. Источник бесперебойного питания 

Вполне типичный сценарий: пропадает электричество или его качество становится недопустимым. В этом случае «прозрачно» для пользователя включается накопитель и все системы дома/квартиры продолжают работать как ни в чем не бывало. Время автономной работы зависит от емкости накопителя (количества модулей АКБ внутри) и мощности потребителей в доме.

2. Удаленная точка без электричества с генератором или солнечными панелями

Тоже довольно частый сценарий. Если в какой-то локации электричества нет совсем, то его можно выработать с помощью солнечных панелей или генератора. Можно, конечно, использовать генератор и без накопителя, но:

• придется мириться с круглосуточным шумом;

• КПД генератора при низком потреблении будет низким, а это бо́льшая часть суток;

• генератор, способный работать круглосуточно, стоит сильно дороже доступных бытовых генераторов.

С накопителем этих проблем нет.  Причем автоматика VOLTS может управлять запуском генератора, что обеспечивает непрерывность подачи электроэнергии.

Кстати, здесь можно поднять тему модных глэмпингов, для которых подобные накопители отлично подходят.

3. Покупаем энергию по дешевому тарифу

Если на объекте есть существенная разница в тарифах в определенные часы, то во время действия дорогого тарифа имеет смысл подключать питание от накопителя, а заряжать его — во время действия дешевого тарифа. Это эффективно и для частных потребителей, но в случае организаций может быть критично. За сверхнормативное потребление юридические лица жестко штрафуют.

В подобных ситуациях эффективность (и окупаемость) накопителя будет тем выше (быстрее), чем более емкий накопитель вы используете. Если не хватит емкости на весь период действия дорогого тарифа — придется переключаться обратно на сеть и "платить больше".

4. Подключаем более мощные потребители, чем позволяет сеть.

Мы в быту потребляем электроэнергию очень неравномерно. Электрические сети легко обеспечивают наше суточное потребление, а вот пиковое могут и не обеспечить. Особенно в деревнях, где и сети длинные и старые, и трансформатор перегружен. Накопитель в этом случае будет отличным демпфером: подключили мощную нагрузку — получили недостающую энергию от аккумуляторов, отключили — заряжаем аккумуляторы от сети небольшим током и равномерно. И сетям хорошо, и нам комфортно.

5. Зарабатываем, отдавая энергию в сеть?

Действительно с 2021 года у российских потребителей есть возможность продавать  электроэнергию (см статью). Для этого нужно написать заявление в электроснабжающую организацию, после чего необходимо заменить счетчик на модель, учитывающую отдачу энергии в сеть. Если у вас есть солнечные панели или своя мини- ветро- гидроэлектростанция, которая генерирует излишек электроэнергии, ее можно продавать поставщику электроэнергии. Но вот зарабатывать на разнице тарифов не получится: цена вашей электроэнергии будет посчитана по самому дешевому оптовому тарифу.

FAQ по накопителям

Из чего состоит домашний накопитель электроэнергии?

Что же это за чудо — накопитель энергии? Мы назвали его чудом не просто так — выглядит он сказочно. Видно, что поработали промдизайнеры — накопитель отлично впишется в интерьер, если нужно.

Хоть это и законченное изделие, состоит он из модулей: обязательных и опциональных.

Преобразователь

Первый (обязательный) компонент накопителя Volts — преобразователь. Он содержит инвертор с функцией зарядного устройства, МРРТ контроллер для солнечных батарей и панель управления.

Что касается мощности инвертора, то он способен выдать в нагрузку 5 кВт (планируется увеличение до 6 кВт), кратковременно 8 кВт (в течение 5 с).  Если надо больше, то можно установить несколько (до трех) накопителей, они будут работать как единая система. 

Модули АКБ

К преобразователю можно подключить от одного (обязательно) до шести (опционально) модулей АКБ емкостью по 2 кВт·ч (48 В, 41,6 А·ч). 

То есть максимальная емкость одного накопителя — 12 кВт·ч. Причем, модули АКБ можно докупать и устанавливать самостоятельно. При использовании нескольких накопителей максимальная емкость, соответственно, составит 36 кВт·ч. Можно и еще больше, но это уже кастомизированные решения, и их надо обсуждать вместе со специалистами «Вольтс Групп».  Со слов представителей компании, это обычная практика, и около половины продаж — именно такие кастомизированные решения.

Блок АКБ набирается из литий-ионных аккумуляторов (208 шт.) емкостью 2,6 А·ч каждый.

Проводники к аккумуляторам привариваются ультразвуковой сваркой. Каждый элемент приваривается двумя тонкими проводниками намеренно: в случае короткого замыкания проводники сгорают, элемент исключается из цепи. Алюминиевые токоведущие шины подключаются к медным проводникам  через алюмомедную шайбу.

Следит за «здоровьем» аккумуляторов контроллер BMS (Battery Management System).

Контроллер BMS работает автономно, по «зашитому» алгоритму, связи с платой управления у него нет. Но в будущем планируется перейти на другую плату BMS собственной разработки уже с возможностью управления.

Модуль АКБ упакован в прочный корпус, на чем его сборка и заканчивается.

Плата управления

Управляет всем этим хозяйством плата управления VOLTS, которая установлена в отдельный корпус.

Плата собственной разработки выполнена на микроконтроллере STM32F405RGT6. 

По интерфейсу RS-232 она общается с преобразователем. Интерфейс RS-485 служит для связи со счетчиками WB-MAP3E, от которых приходят данные о качестве и параметрах электрической энергии на вводе. Счетчики расположены в блоке АВР, который мы покажем ниже.

Для совместной работы нескольких накопителей их платы общаются между собой по шине CAN. Также VOLTS обеспечивает интерфейс с пользователем как на локальной панели управления, так и на удаленных мобильных устройствах. Плата связывается с облаком через GPRS (есть слот для SIM-карты) или Wi-Fi, после чего мобильное приложение пользователя видит облачные данные.

Корпус накопителя

Все перечисленное устанавливается в корпус — получается накопитель. Можно выбрать светлую или темную расцветку накопителя.

Из-за большого веса накопитель и модули АКБ транспортируются раздельно, что удобно при погрузке/разгрузке/монтаже. Накопитель  Volts устанавливается на пол или на стену, затем уже в него инсталлируются блоки АКБ.

Блок АВР

В отдельном корпусе устанавливаются блоки АВР (автоматического ввода резерва), по одному на каждый электрический ввод.

В них есть контакторы для автоматического переключения источников и байпасный рубильник, который позволяет питать объект от сети непосредственно, минуя накопитель — это нужно для проведения его обслуживания. На фото можно увидеть счетчик WB-MAP3E, который измеряет ток, напряжение,  мощность и прочие параметры, характеризующие качество электрической энергии. Все параметры передаются на сервер, часть из них отображается в приложении. Если качество электроэнергии в сети станет недопустимым, то объект перейдет на питание от аккумуляторов.

Самая распространенная среди покупателей конфигурация накопителя — с однофазным инвертором при трехфазном вводе сети. То есть при проблемах в сети важные  однофазные потребители, которые надо обеспечить бесперебойным питанием, переключаются на электропитание от накопителя. Остальные потребители при этом остаются без питания. 

Приложение

Ну и вишенкой на торте является бесплатное мобильное приложение ‎VOLTS - energy storage. Есть версия приложения для iOS и Android.

В приложении есть push-уведомления четырех видов: включение или отключение сети, разряд аккумуляторов до 30%, полный заряд аккумуляторов. Есть и технические оповещения, но обычным пользователям они не видны — только сервисным инженерам.

Экскурсия на производство

Производство накопителей разделено по постам, где выполняются различные операции.

Склад компонентов

Начнем со склада компонентов: на него поступают мелкие детали на стеллажах. Крупные компоненты  хранятся в другом месте.

Нарезка проводов

Следующий пост — нарезки проводов и опрессовки. На фотографии показан толстый пучок проводов — это жгуты постоянного тока для подключения аккумулятора.

Полуфабрикаты

Переходим к посту полуфабрикатов. Здесь собираются монтажные панели, в корпус устанавливается плата управления, ставятся клеммы и крепятся провода.

Подготовка аккумуляторов и BMS

Пост подготовки аккумуляторов и BMS — здесь к блоку ячеек добавляется плата BMS с пассивной балансировкой. Ячейки закупаются только класса А, но они все равно проходят входной контроль — проверяется, что здесь нет разбалансировки (разница до 20 мВ на начало эксплуатации).

Стенд испытаний АКБ

На стенде испытаний АКБ проверялись два массива ячеек с активной и пассивной балансировкой. Напомним, что пассивная балансировка (выравнивание напряжения) выполняется резисторами, при этом энергия заряженных ячеек утилизируется в тепло, пока не будут заряжены все ячейки батареи. В активных BMS энергия перераспределяется между неравномерно заряженными ячейками как во время заряда, так и во время разряда. Это позволяет не только повысить КПД циклов заряд/разряд, но также увеличить отдаваемую емкость и сократить тепловыделение. Однако стоят такие системы дороже.

В качестве нагрузки используется тепловентилятор мощностью 2 кВт. Специалисты компании на основе проведения многомесячных наблюдений за циклами разрядки/зарядки собирают статистику о том, как будет изменяться емкость. В сутки система успевает провести около трех циклов. Причем буквально на каждую ячейку есть информация изменения емкости по циклам.

Приклеивание стекла с логотипом компании

Еще один пост выделен под приклеивание фирменного стекла к металлической двери основного аккумуляторного блока. Стекло прижимается металлу на несколько часов и приклеивается. Также есть и подсветка.

Упаковка

Пост упаковки понятен по названию, обратите внимание на брендированные деревянные ящики.

Заключение

Приятно, что накопители электроэнергии становятся все востребованнее. Сегодня на рынке появляются решения, которые можно поставить в обычный дом, после чего забыть о блэкаутах. Кроме того, можно добавить солнечные панели и приобщиться к зеленой энергии, чтобы уменьшить счет за электроэнергию от сети.

Цены на накопители доступны на сайте производителя, самая бюджетная версия на 2 кВт*ч стоит от 472 тыс. руб. на момент публикации статьи.

Мы надеемся, что наша небольшая экскурсия по производственной площадке VOLTS была интересной. А что вы думаете насчет подобного накопителя в своей квартире или доме? Смогли бы вы найти ему применение? Может быть, у вас есть свои интересные сценарии? Пишите в комментариях.