Tanya Hackaday: Bagaimana Cara Menyimpan Energi Di Rumah?

Di tengah diskusi tentang solusi penyimpanan energi tingkat jaringan, seringkali mudah untuk melupakan bahwa penyimpanan energi juga dapat dilakukan pada tingkat satu rumah atau bangunan. Keuntungannya di sini adalah tidak diperlukan manajemen jaringan, dengan penyimpanan (listrik, termal, dll.) menyerap energi saat tersedia, dan mengeluarkannya saat diminta. Ini menyederhanakan skala masalah dan dengan demikian biaya terkait secara signifikan.

Mungkin contoh yang paling umum dari sistem tersebut adalah kolektor panas matahari dengan tangki penyimpanan air panas yang terkait, dan tentu saja baterai. Baru-baru ini, gagasan untuk menggunakan kendaraan listrik baterai (BEV, ‘mobil listrik’) sebagai bagian dari solusi penyimpanan rumah juga mendapatkan daya tarik, terutama untuk keadaan darurat di mana koneksi jaringan gagal karena badai atau keadaan darurat serupa. Namun secara keseluruhan, kami tidak melihat banyak opsi untuk penyimpanan energi tingkat rumahan.

Masalah Penyimpanan Grid

Stasiun Penyimpanan Pompa Bath County (Sumber: CHA)
Stasiun Penyimpanan Pompa Bath County (Sumber: CHA)

Beberapa waktu lalu, kami melihat motivasi di balik penyimpanan tingkat jaringan, termasuk teknologi saat ini dan masa depan. Meningkatnya fokus pada penyimpanan jangka panjang didorong oleh meningkatnya jumlah sumber energi yang terputus-putus dan tidak dapat dikirim di jaringan, termasuk PV surya dan turbin angin. Karena ini menghasilkan tingkat energi yang sangat berfluktuasi, menyimpan kelebihan daya untuk digunakan nanti berguna dan bisa dibilang penting.

Sayangnya, kesimpulannya adalah bahwa penyimpanan tingkat jaringan pada skala yang cukup untuk menyimpan dan mengubah waktu sejumlah energi seperti itu pada tingkat seluruh negara tidak layak dilakukan. Yang perlu diperhatikan di sini adalah bahwa hampir semua kapasitas baterai yang baru diproduksi hari ini dan untuk masa depan akan masuk ke BEV, di situlah ide Vehicle2Grid (V2G) diajukan sebagai penyimpanan tingkat grid yang potensial. Ini juga kami lihat, dan temukan diinginkan dari perspektif ekonomis dan praktis.

Sebagian besar masalah bermuara pada jumlah energi yang dipasok sangat berfluktuasi, dan meningkatnya ketidaksesuaian antara pasokan dan permintaan, semakin banyak sumber intermiten ditambahkan ke jaringan. Memiliki misalnya panel surya berbasis atap yang masuk ke jaringan berkontribusi terhadap masalah ini, menyebabkan peningkatan lonjakan listrik lokal setiap kali ada banyak sinar matahari di suatu daerah, bahkan ketika tarif feed-in sedang dipotong dan bahkan dihapuskan di lebih banyak daerah. Hal ini menyebabkan penyedia utilitas dan pemilik rumah menghadapi peningkatan biaya dan penurunan manfaat (keuangan).

Semua ini hanya menyangkut daya listrik tentunya. Rumah, kantor dan industri juga membutuhkan pemanas, air panas dan misalnya uap untuk proses industri. Di sini pilihan lokal tampaknya masuk akal di mana misalnya pemanasan distrik bukanlah pilihan. Dengan menggunakan solusi yang ada seperti pompa panas dan tangki penyimpanan air panas, tampaknya di sini setidaknya ada solusi langsung.

Sumber energi

Meskipun dimungkinkan untuk juga mengisi baterai dan air panas dalam tangki penyimpanan air panas dari jaringan lokal untuk konsumsi nanti (misalnya dengan tarif off-peak), sumber energi lain yang tersedia adalah Matahari. Menambahkan kolektor panas matahari di atap sebagai bagian dari solusi pemanas air tenaga surya dapat menghemat biaya, tergantung pada tingkat radiasi matahari (daya per satuan luas). Efektivitas di sini sangat ditentukan oleh payback period, yang dapat berkisar antara dalam urutan 4 tahun hingga mendekati 20 tahun.

Pertimbangan penting di sini juga apakah fitur anti-beku diperlukan. Sementara sistem yang murni pasif dan dengan demikian agak murah akan baik-baik saja di iklim yang hangat, jika suhu turun di bawah 0 ° C selama musim dingin, penting untuk mengambil tindakan. Ini dapat mencakup penambahan anti-beku ke air dalam sistem, dalam hal ini sistem loop tertutup yang lebih mahal juga diperlukan.

Selain panas dari penyinaran matahari, energi dari Matahari juga dapat diubah menjadi listrik dengan menggunakan panel surya fotovoltaik (PV). Saat ini, sebagian besar instalasi surya PV berbasis atap tidak memiliki penyimpanan lokal, dan konsumsi sendiri tidak dipertimbangkan, dengan model bisnis yang berlaku adalah menjual daya yang dihasilkan ke utilitas lokal.

Beberapa lokasi mungkin juga memiliki ruang untuk sumber energi lain, seperti turbin angin (kecil), tetapi kolektor panas matahari dan panel surya PV cenderung menjadi sumber energi utama ketika sumber lain (seperti hidro) tidak tersedia.

Solusi Penyimpanan

Pengaturan penyimpanan air panas menggunakan kolektor panas matahari serta pemanas resistif menggunakan listrik (PV).
Pengaturan penyimpanan air panas menggunakan kolektor panas matahari serta pemanas resistif menggunakan listrik (PV).

Seperti disebutkan, memanaskan air adalah cara yang sangat umum untuk menangkap dan menyimpan energi panas matahari. Banyak rumah memiliki tangki penyimpanan air panas di mana pasokan air disimpan pada suhu tertentu untuk segera digunakan. Perbedaan utama adalah bagaimana air dalam tangki ini dipanaskan. Seringkali bahan bakar fosil seperti minyak mineral atau gas alam digunakan, sementara di daerah lain pemanasan listrik (resistif) lebih umum. Ketika digunakan dalam konteks di mana kolektor panas matahari dan/atau panel surya PV tersedia, air juga dapat dipanaskan secara murni oleh sumber-sumber ini.

Keuntungan dari sistem ini adalah menyediakan sumber air panas yang berpotensi hemat biaya, yang cenderung menjadi salah satu penggunaan yang lebih intensif energi. Ini juga memberikan penggunaan listrik yang efektif dari panel surya PV ketika tidak digunakan untuk mengisi baterai.

Ini mengarah ke solusi penyimpanan nyata lainnya dalam bentuk penyimpanan baterai besar, seperti Powerwall Tesla dan penawaran serupa oleh pesaing. Baru-baru ini, Broughton dkk. (2021) merinci ekonomi penyimpanan baterai untuk pelanggan surya perumahan di California Selatan.

Di California, tarif feed-in telah turun selama bertahun-tahun sekarang, dengan program NEM 3.0 saat ini mengurangi insentif keuangan untuk menghasilkan tenaga PV untuk jaringan. Tak heran, dengan diperkenalkannya Time-of-Use (TOU) dengan program NEM 2.0, jumlah instalasi penyimpanan baterai oleh pemilik rumah sudah meningkat secara signifikan.

Kesimpulan oleh Broughton et al. namun dengan periode pengembalian ketika memiliki satu sistem Tesla Powerwall 2 diinstal, bersama dengan instalasi surya PV, terlalu lama untuk ini masuk akal finansial. Di mana memiliki penyimpanan baterai seperti ini terpasang masuk akal, adalah ketika daya jaringan tidak dapat diandalkan, seperti yang semakin banyak terjadi di California.

Hal ini kemudian membuat argumen untuk mengisi BEV dengan daya dari instalasi surya PV (dipasang di atap), dan memiliki pengisi daya yang mampu membalikkan aliran energi sehingga BEV dapat bertindak sebagai baterai darurat untuk menyalakan rumah. . Meski begitu, keekonomisan penyimpanan baterai seluruh rumah tampaknya belum cukup ketika seseorang tinggal di daerah di mana daya yang disediakan oleh utilitas merupakan pilihan.

Membungkus

Tema umum di sini ketika melihat melalui studi terbaru tentang penyimpanan energi rumah dan bidang terkait tampaknya bahwa menyimpan energi dalam jumlah besar hanya mungkin ekonomis ketika menyangkut memanaskan air di tangki penyimpanan air panas. Jangka waktu pengembalian modal di sini bisa sangat minimal jika kondisinya tepat, dan bahkan menambahkan panel surya PV untuk pemanasan air yang resistif mungkin masuk akal secara finansial tergantung pada faktor lokal.

Ini juga berlaku untuk solusi penyimpanan baterai. Mempertimbangkan bahwa biaya utama BEV adalah karena paket baterai, tidak terlalu mengejutkan bahwa sesuatu seperti Tesla Powerwall harganya hampir sama dengan BEV. Di sini orang dapat menghitung apakah mungkin menjalankan sejumlah besar baterai timbal-asam (tersegel) dapat mendorong angka-angka lebih dekat ke akal finansial.

Either way, topik penyimpanan energi rumah bukanlah salah satu yang kemungkinan akan hilang dalam waktu dekat. Bahkan jika niat seseorang tidak untuk keluar dari jaringan, ada banyak insentif lain yang akan mengarahkan seseorang untuk melihat opsi. Baik itu penghematan biaya, atau memiliki opsi cadangan ketika ada pemadaman bergilir seperti yang telah kita lihat di seluruh dunia beberapa tahun terakhir, ada banyak alasan untuk melihat opsi penyimpanan yang tersedia. Tapi kami tidak menemukan banyak hal.

Apa pengalaman dan pemikiran Anda dalam hal ini? Karena komunitas Hackaday cenderung memiliki banyak pengotak, tidak diragukan lagi beberapa dari Anda telah menerapkan salah satu dari sistem pembangkit dan penyimpanan ini, atau setidaknya melihat gambaran biaya. Jika Anda memiliki sistem baterai seluruh rumah dan/atau sistem air panas bertenaga surya, bagaimana cara kerjanya untuk Anda?