Manchmal sind zwei besser als einer. Ein solcher Fall ist die Kopplung von Solarenergie und Speichertechnologien. Der Grund: Solarenergie wird nicht immer dann produziert, wenn die Energie am meisten benötigt wird. Spitzenstromverbrauch tritt häufig auf Sommernachmittage und -abende wenn die Solarenergieerzeugung zurückgeht. Zu diesen Zeiten können die Temperaturen am höchsten sein, und Menschen, die tagsüber arbeiten, kommen nach Hause und beginnen, Strom zum Kühlen, Kochen und Betreiben von Geräten zu nutzen.
Speicher tragen dazu bei, dass Solarenergie auch dann zur Stromversorgung beiträgt, wenn die Sonne nicht scheint. Es kann auch dazu beitragen, Schwankungen in der Art und Weise auszugleichen, wie Solarenergie im Netz fließt. Diese Schwankungen sind auf Änderungen in der Menge des Sonnenlichts zurückzuführen, das auf das Sonnenlicht fällt Photovoltaik (PV)-Panels bzw Konzentration solarthermischer Energie (CSP)-Systeme. Die Solarenergieproduktion kann durch Jahreszeit, Tageszeit, Wolken, Staub, Dunst oder Hindernisse wie Schatten, Regen, Schnee und Schmutz beeinflusst werden. Manchmal wird die Energiespeicherung zusammen mit oder neben einem Solarenergiesystem platziert, und manchmal steht das Speichersystem allein, aber in beiden Konfigurationen kann es dazu beitragen, Solarenergie effektiver in die Energielandschaft zu integrieren.
Was ist Energiespeicher?
„Speicherung“ bezieht sich auf Technologien, die Elektrizität einfangen, als andere Energieform (chemisch, thermisch, mechanisch) speichern und dann bei Bedarf zur Nutzung freigeben können. Lithium-Ionen-Batterien sind eine solche Technologie. Auch wenn der Einsatz von Energiespeichern niemals zu 100 % effizient ist – bei der Umwandlung und Rückgewinnung von Energie geht immer ein Teil der Energie verloren –, ermöglicht die Speicherung die flexible Nutzung von Energie zu anderen Zeiten als dem Zeitpunkt ihrer Erzeugung. Speicher können also die Effizienz und Belastbarkeit des Systems steigern und die Stromqualität verbessern, indem sie Angebot und Nachfrage aufeinander abstimmen.
Speicheranlagen unterscheiden sich sowohl in der Energiekapazität, also der Gesamtenergiemenge, die gespeichert werden kann (normalerweise in Kilowattstunden oder Megawattstunden), als auch in der Leistungskapazität, also der Energiemenge, die zu einem bestimmten Zeitpunkt abgegeben werden kann ( normalerweise in Kilowatt oder Megawatt). Zur Bewältigung unterschiedlicher Aufgaben können unterschiedliche Energie- und Leistungskapazitäten von Speichern genutzt werden. Eine kurzfristige Speicherung, die nur wenige Minuten dauert, gewährleistet einen reibungslosen Betrieb einer Solaranlage bei Leistungsschwankungen aufgrund vorbeiziehender Wolken, während eine längerfristige Speicherung dazu beitragen kann, die Versorgung über Tage oder Wochen hinweg sicherzustellen, wenn die Solarenergieproduktion niedrig ist oder während eines großen Wetterereignisses , Zum Beispiel.
Vorteile der Kombination von Speicher und Solar
Ausgleich der Stromlasten – Ohne Speicherung muss Strom gleichzeitig erzeugt und verbraucht werden, was bedeuten kann, dass Netzbetreiber einen Teil der Stromerzeugung offline nehmen oder „drosseln“, um eine Überproduktion und Probleme mit der Netzzuverlässigkeit zu vermeiden. Umgekehrt kann es andere Zeiten geben, nach Sonnenuntergang oder an bewölkten Tagen, in denen zwar wenig Solarenergie erzeugt wird, aber viel Strom nachgefragt wird. Geben Sie Speicher ein, der gefüllt oder geladen werden kann, wenn die Erzeugung hoch und der Stromverbrauch niedrig ist, und der dann abgegeben werden kann, wenn die Last oder der Bedarf hoch ist. Wenn ein Teil des von der Sonne erzeugten Stroms gespeichert wird, kann dieser Strom immer dann genutzt werden, wenn Netzbetreiber ihn benötigen, auch nach Sonnenuntergang. Auf diese Weise fungiert die Speicherung als Versicherungspolice für Sonnenschein.
„Festigung“ der Solarstromerzeugung – Durch kurzfristige Speicherung kann sichergestellt werden, dass schnelle Änderungen in der Erzeugung keinen großen Einfluss auf die Leistung eines Solarkraftwerks haben. Beispielsweise kann eine kleine Batterie verwendet werden, um eine kurze Stromerzeugungsunterbrechung aufgrund einer vorbeiziehenden Wolke zu überstehen und so dem Netz dabei zu helfen, eine „feste“ Stromversorgung aufrechtzuerhalten, die zuverlässig und konsistent ist.
Gewährleistung der Ausfallsicherheit – Solarenergie und Speicher können bei einem Stromausfall für Notstrom sorgen. Sie können den Betrieb kritischer Einrichtungen aufrechterhalten, um den kontinuierlichen Betrieb wesentlicher Dienste wie der Kommunikation sicherzustellen. Solarenergie und Speicher können auch für Mikronetze und kleinere Anwendungen wie mobile oder tragbare Kraftwerke genutzt werden.
Arten der Energiespeicherung
Die gebräuchlichste Art der Energiespeicherung im Stromnetz ist Pumpwasserkraft. Die am häufigsten mit Solarkraftwerken gekoppelten Speichertechnologien sind jedoch elektrochemische Speicher (Batterien) bei PV-Anlagen und thermische Speicher (Flüssigkeiten) bei CSP-Anlagen. Andere Speicherarten, etwa Druckluftspeicher und Schwungradspeicher, können andere Eigenschaften aufweisen, etwa eine sehr schnelle Entladung oder eine sehr große Kapazität, die sie für Netzbetreiber attraktiv machen. Weitere Informationen zu anderen Speicherarten finden Sie weiter unten.
Pumpspeicherkraftwerke
Pumpspeicherkraftwerke ist eine Energiespeichertechnologie auf Wasserbasis. Bei geringem Energiebedarf wird elektrische Energie genutzt, um Wasser bergauf in einen Stausee zu pumpen. Später kann das Wasser bergab zurückfließen und eine Turbine antreiben, um bei hohem Bedarf Strom zu erzeugen. Pumpspeicherkraftwerke sind eine bewährte und ausgereifte Speichertechnologie, die in den Vereinigten Staaten seit 1929 eingesetzt wird. Sie erfordert jedoch geeignete Landschaften und Stauseen, bei denen es sich um natürliche Seen oder durch den Bau von Staudämmen künstlich angelegte Stauseen handeln kann, für die langwierige behördliche Genehmigungen erforderlich sind Implementierungszeiten und großes Anfangskapital. Abgesehen von der Energiearbitrage wird der Wert der Pumpspeicherkraftwerke zur Integration variabler erneuerbarer Energien nicht vollständig ausgeschöpft, was zu einer langen finanziellen Amortisationszeit führen kann. Dies sind einige der Gründe, warum Pumpspeicherkraftwerke in letzter Zeit nicht gebaut wurden, obwohl aus Anfragen an die Federal Energy Regulatory Commission für vorläufige Genehmigungen und Lizenzen offensichtlich Interesse besteht.
Elektrochemische Speicherung
Viele von uns kennen elektrochemische Batterien, wie sie in Laptops und Mobiltelefonen zu finden sind. Wenn Strom in eine Batterie eingespeist wird, kommt es zu einer chemischen Reaktion und es wird Energie gespeichert. Wenn eine Batterie entladen wird, wird diese chemische Reaktion umgekehrt, wodurch eine Spannung zwischen zwei elektrischen Kontakten entsteht, wodurch Strom aus der Batterie fließt. Die gebräuchlichste Chemie für Batteriezellen ist Lithium-Ionen, aber auch andere gängige Optionen umfassen Blei-Säure-, Natrium- und Nickel-basierte Batterien.
Thermische Energiespeicherung
Bei der thermischen Energiespeicherung handelt es sich um eine Familie von Technologien, bei denen eine Flüssigkeit wie Wasser oder geschmolzenes Salz oder ein anderes Material zur Wärmespeicherung verwendet wird. Dieses Wärmespeichermaterial wird dann in einem isolierten Tank gespeichert, bis die Energie benötigt wird. Die Energie kann direkt zum Heizen und Kühlen genutzt oder zur Stromerzeugung genutzt werden. In thermischen Energiespeichersystemen für Strom wird die Wärme zum Kochen von Wasser genutzt. Der entstehende Dampf treibt eine Turbine an und erzeugt Strom mit derselben Ausrüstung, die auch in herkömmlichen Stromerzeugungsstationen verwendet wird. Die Speicherung thermischer Energie ist in CSP-Anlagen nützlich, bei denen Sonnenlicht auf einen Empfänger fokussiert wird, um ein Arbeitsmedium zu erwärmen. Überkritisches Kohlendioxid wird als Arbeitsmedium erforscht, das höhere Temperaturen nutzen und die Größe von Kraftwerken verringern könnte.
Schwungradspeicher
Ein Schwungrad ist ein schweres Rad, das an einer rotierenden Welle befestigt ist. Der Energieaufwand kann dazu führen, dass sich das Rad schneller dreht. Diese Energie kann gewonnen werden, indem das Rad an einen elektrischen Generator angeschlossen wird, der Elektromagnetismus nutzt, um das Rad abzubremsen und Strom zu erzeugen. Obwohl Schwungräder schnell Strom liefern können, können sie nicht viel Energie speichern.
Druckluftspeicher
Druckluftspeichersysteme bestehen aus großen Behältern wie Tanks oder natürlichen Formationen wie Höhlen. Ein Kompressorsystem pumpt die Behälter mit Druckluft. Anschließend kann die Luft abgelassen und zum Antrieb einer Turbine genutzt werden, die Strom erzeugt. Bestehende Druckluft-Energiespeichersysteme nutzen die freigesetzte Luft häufig im Rahmen eines Erdgaskreislaufs zur Stromerzeugung.
Solarkraftstoffe
Mithilfe von Solarenergie können neue Brennstoffe erzeugt werden, die verbrannt (verbrannt) oder zur Energiegewinnung verbraucht werden können, wobei die Sonnenenergie effektiv in den chemischen Bindungen gespeichert wird. Zu den möglichen Kraftstoffen, die Forscher untersuchen, gehören Wasserstoff, der durch die Trennung vom Sauerstoff im Wasser entsteht, und Methan, das durch die Kombination von Wasserstoff und Kohlendioxid entsteht. Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas, das üblicherweise zur Stromerzeugung oder zum Heizen von Häusern verwendet wird.
Virtueller Speicher
Energie kann auch gespeichert werden, indem wir die Art und Weise ändern, wie wir die Geräte, die wir bereits haben, nutzen. Wenn beispielsweise ein Gebäude vor einem erwarteten Spitzenwert des Strombedarfs geheizt oder gekühlt wird, kann das Gebäude diese Wärmeenergie „speichern“, sodass es später am Tag keinen Strom verbrauchen muss. Das Gebäude selbst fungiert als Thermoskanne, indem es kühle oder warme Luft speichert. Ein ähnlicher Prozess kann auf Warmwasserbereiter angewendet werden, um den Bedarf über den Tag zu verteilen.
Letztendlich können sowohl private und gewerbliche Solarkunden als auch Energieversorger und große Solarbetreiber davon profitieren Solar-Plus-Speichersysteme. Da die Forschung weitergeht und die Kosten für Solarenergie und -speicherung sinken, werden Solar- und Speicherlösungen für alle Amerikaner zugänglicher.
