Накопичувачі енергії (НЕ) є базовими структурними елементами автономних систем електропостачання (АСЕ) на базі поновлюваних джерел енергії (ВДЕ). Найбільш поширеними і динамічно розвиваються в даний час системами ВДЕ є сонячні фотоелектричні станції (ФЕС) і вітроенергетичні установки (ВЕУ).
Особливістю ФЕС і ВЕУ є мінливість (нестабільність) видаваних ними рівнів потужності. Звідси виникає необхідність в НЕ, які здатні ефективно накопичувати надлишкову електроенергію під час пікової генерації і віддавати її під час зниження потужності, що генерується ВДЕ, задовольняючи вимоги по надійності і якості електропостачання конкретних споживачів. В установках, що мають підключення до мережі, наявність НЕ і пов’язаних з ними перетворювачів дозволяє зберегти електропостачання споживачів при відключеннях мережі.
В даний час в АСЕ в якості НЕ широко застосовуються свинцево-кислотні, натрій-сірчані, літій-іонні і нікель-кадмієві акумуляторні батареї (АКБ), вартість яких може складати до половини вартості всього устаткування, а термін їх служби безпосередньо залежить від кількості і характеру циклів «заряд – розряд» в процесі експлуатації. Серед НЕ, що пропонуються сьогодні для використання в сфері ВДЕ, особливий інтерес представляють електрохімічні конденсатори (ЕК) або іоністори (суперконденсатори). Відмінними рисами ЕК є їх здатність швидко заряджатися необмежену кількість разів і розряджатися за час від декількох мілісекунд до десятків хвилин, віддаючи високі потужності в навантаження. Недоліками і обмежувальними факторами застосування ЕК є відносно низька щільність енергії і високий саморозряд. Однак ЕК мають велику вихідну потужність, що дозволяє використовувати їх разом з АКБ, об’єднуючи їх гідності і компенсуючи недоліки. Перспективним є застосування ЕК в системах електроенергетики, в тому числі в системах на основі ВДЕ, для стабілізації напруги і згладжування пікових навантажень.
З огляду на особливості ЕК, доцільно їх спільне використання з АКБ в вітро-сонячних системах. ЕК та АКБ формують собою гібридний накопичувач (ГН). В цьому випадку ЕК беруть на себе частину навантаження, компенсуючи ток, реагують на короткі піки генерації або споживання, збільшують ресурс АКБ і знижують час відгуку системи на зовнішні впливи, і до того ж підтримують рівень напруги на АКБ.
Гібридні накопичувачі в установках на ВДЕ
Блок-схема автономної вітро-сонячної системи електропостачання з гібридним накопичувачем на основі АКБ і ЕК
Для інтеграції ЕК до складу систем на базі ФЕС і ВЕУ необхідні додаткові перетворюючі пристрої силової електроніки, що реалізують функції заряду / розряду, контролю та управління. У системах, що мають підключення до мережі, ГН повинні бути доповнені пристроями узгодження з мережею.
Тим самим при формуванні ГН на основі ЕК і АКБ для вітро-сонячних установок актуальним завданням стає розробка зарядно-розрядних пристроїв з обґрунтуванням параметрів і режимів їх роботи. При цьому необхідно, щоб розроблювані пристрої забезпечували оптимальні режими заряду / розряду ЕК і їх взаємодію з іншими компонентами системи, мережею і споживачем.
На додаток до вищесказаного відзначимо, що ЕК знаходять застосування в складі мережевих накопичувачів енергії (СНЕ), наприклад, спільно зі свинцево-кислотними акумуляторами (LA & DL-CAP) в «розумних мережах».
