Khả năng kinh tế của pin xe điện để lưu trữ năng lượng trong các hộ gia đình tư nhân | Tài liệu môn kinh tế năng lượng Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
Công nghệ năng lượng tái tạo là một phương pháp đầy hứa hẹn để giảm thiểu hậu quả của biến đổi khí hậu và sự hữu hạn của nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, sản lượng điện không liên tục từ các công nghệ như hệ thống quang điện mặt trời không ổn định và phụ thuộc vào điều kiện ban ngày hoặc thời tiết địa phương. Công nghệ lưu trữ năng lượng có thể giúp đáp ứng cung và cầu. Tài liệu giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Kinh tế năng lượng (ENEC320832)
Trường: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Thông tin:
Tác giả:
Thông tin :
Môn:
Kinh tế năng lượng (ENEC320832)
Trường:
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Tác giả:
Preview text:
Khả năng kinh tế của pin xe điện để lưu trữ năng lượng trong
các hộ gia đình tư nhân 1. Tổng quan
Công nghệ năng lượng tái tạo là một phương pháp đầy hứa hẹn để giảm thiểu hậu
quả của biến đổi khí hậu và sự hữu hạn của nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, sản
lượng điện không liên tục từ các công nghệ như hệ thống quang điện mặt trời
không ổn định và phụ thuộc vào điều kiện ban ngày hoặc thời tiết địa phương.
Công nghệ lưu trữ năng lượng có thể giúp đáp ứng cung và cầu. Pin tái sử dụng
từ xe điện (hybrid) có thể cung cấp công nghệ lưu trữ thân thiện với môi trường)
và mang lại lợi ích kinh tế cho các tiện ích, công ty và chủ đầu tư. Trong những
năm tới, xã hội toàn cầu phải đối mặt với nhiều thách thức. Biến đổi khí hậu và
cạn kiệt tài nguyên nhiên liệu hóa thạch là một số thách thức mà nền kinh tế năng
lượng phải tìm giải pháp. Các công nghệ năng lượng tái tạo sẽ đóng một vai trò
quan trọng trong việc giảm thiểu hậu quả của những thách thức này [1]. Chính
phủ nhiều nước đã thông qua luật hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang sản xuất năng
lượng bền vững. Ở Đức, các nhà hoạch định chính sách đã quyết định thúc đẩy
phát triển công nghệ năng lượng tái tạo thông qua việc cung cấp giá điện đầu vào
được đảm bảo. Nguồn tài trợ này làm cho hệ thống năng lượng mặt trời (PV) trở
nên hấp dẫn đối với các chủ nhà tư nhân. Tuy nhiên, việc tạo ra năng lượng từ các
hệ thống PV phụ thuộc rất nhiều vào thời gian trong ngày và điều kiện thời tiết
địa phương và mang đến yếu tố không chắc chắn cho lưới điện [2]. Hơn nữa, đỉnh
điểm sản xuất năng lượng vào khoảng giữa trưa tạo ra sự mất cân đối giữa cung
và cầu và là mối đe dọa đối với sự ổn định của hệ thống điện [3].
Một cách khả thi để bù đắp cho sự không phù hợp này là điều chỉnh nguồn cung
cấp năng lượng bằng cách sử dụng các nhà máy điện thông thường (như các nhà
máy điện chạy bằng khí đốt hiện đại) có thể sản xuất nhanh chóng. Nhưng với
công suất hạn chế và lượng năng lượng được cung cấp từ năng lượng tái tạo ngày
càng tăng, các lựa chọn khác phải được xem xét. Sự không phù hợp tồn tại do
nguồn điện do hệ thống PV tạo ra cao nhất vào ban ngày với đỉnh điểm vào
khoảng giữa trưa, trong khi nhu cầu điện thấp vào ban ngày và tăng vào buổi tối.
Việc sử dụng công nghệ lưu trữ và công nghệ lưới điện thông minh là một
phương pháp đầy hứa hẹn để chuyển nhu cầu năng lượng từ buổi tối sang hàng
giờ với nguồn năng lượng tái tạo dư thừa.
Trong hệ thống lưu trữ pin, điện năng được lưu trữ thông qua quá trình điện hóa
học. Do giá pin giảm, chúng đã trở thành một lựa chọn quan trọng có tiềm năng
thay thế cho các công nghệ lưu trữ khác và đã có một số dự án thử nghiệm được
khởi đầu trong những năm gần đây. Mặc dù giá pin đã giảm, [4]-[6] không thể tìm
thấy bằng chứng cho rằng đầu tư vào hệ thống lưu trữ pin có lợi nhuận trong điều
kiện hiện tại. Chi phí trên mỗi kWh giảm thêm nếu xem xét các đơn vị lưu trữ pin
đã qua sử dụng. Trong trường hợp này, lợi ích từ chi phí thấp phải được cân nhắc
với các khía cạnh bất lợi khác (ví dụ: dung lượng và hiệu suất thấp hơn, cần thay
thế sớm hơn cho hệ thống pin đã qua sử dụng).
Trong ngành công nghiệp ô tô, vấn đề "vòng đời thứ 2" của pin đã qua sử dụng từ
các xe điện là một vấn đề gây tranh cãi nhiều và hầu hết tất cả các nhà sản xuất ô
tô lớn đều đang xác định các ứng dụng có thể cho pin sau khi chúng đã đạt được
mức dung lượng khoảng 70-80% sau khi lão hóa trong giai đoạn "vòng đời đầu
tiên" trong xe. Hầu hết các chuyên gia trong ngành kỳ vọng chúng sẽ được sử
dụng như lưu trữ tĩnh cho sản xuất năng lượng tái tạo, vì chúng vẫn giữ lại dung
lượng đáng kể. Trong những năm gần đây, đã có một số dự án được triển khai để
thu thập thông tin về khả năng thực hiện và khả năng sử dụng cuộc sống thứ hai
của pin. Ví dụ, Nissan và Green Charge Networks, một nhà cung cấp lớn về lưu
trữ năng lượng thương mại, đã hợp tác để sử dụng các pin đã qua sử dụng từ
Nissan Leaf, một trong những chiếc xe điện bán chạy nhất trên thế giới [7].
Toyota đã bắt đầu một đối tác với Quốc gia Yellowstone và cung cấp một trạm
kiểm lâm và trung tâm tái tạo với nguồn điện từ một hệ thống pin năng lượng mặt
trời hybrid [8]. General Motors đã thử nghiệm pin từ Chevrolet Volt để cung cấp
năng lượng mặt trời và năng lượng gió cho trung tâm công nghệ thông tin mới tại Milford, Michigan.
Tuy nhiên, các dự án của Toyota và General Motors chủ yếu là các ứng dụng cô
lập, trong khi ở Đức, các giải pháp kết nối lưới điện do Daimler và BMW thực
hiện. Sự hợp tác giữa Daimler, The Mobility House, GETEC và REMONDIS
cung cấp một đơn vị lưu trữ năng lượng 13 MWh để cân bằng năng lượng trong
lưới điện [9] và BMW, Bosch và Vattenfall vận hành một gói pin như một phần
của một trạm điện ảo tại Hamburg [10]. Cuộc thảo luận này cho thấy tầm quan
trọng của việc sử dụng pin như các hệ thống lưu trữ năng lượng và tầm quan
trọng của việc xem xét cận cảnh các yêu cầu để thực hiện thành công, các hậu quả
và những hệ quả kết quả.
Mục tiêu nghiên cứu là xác định tính khả thi kinh tế của việc triển khai một pin đã
qua sử dụng từ xe điện (EV) hoặc xe hơi hybrid điện (HEV) trong một ứng dụng
dân dụng để thay đổi tải. Cụ thể, chúng tôi xem xét một hộ gia đình có hệ thống
tạo điện mặt trời và xem xét lợi ích của việc kết hợp nó với hệ thống lưu trữ pin.
Công nghệ pin bị giới hạn là lithium-ion vì đó là công nghệ ưu tiên cho các xe EV và HEV hiện nay.
Khả năng kinh tế được đánh giá dựa trên nghiên cứu tài liệu và tính toán chính
xác và dựa vào thời gian của dòng tiền và giá trị hiện tại tương lai kết quả. Các
vấn đề nghiên cứu mô tả có thể được xem xét bằng các phương pháp khác nhau.
Battke et al. [11] đã xem xét chi phí về mặt kinh tế khi sử dụng mô phỏng Monte
Carlo và cũng đã tiến hành một số cuộc phỏng vấn chuyên gia. Pawel [12] đã chỉ
ra cách tính giá trị hoá học của năng lượng (LCoE) cho lưu trữ pin kết hợp với hệ
thống tạo điện mặt trời. Trong bài báo này, một mô hình mô phỏng kỹ thuật kinh
tế được sử dụng để xem xét giá trị kinh tế của việc tích hợp lưu trữ sử dụng lần
thứ hai vào hệ thống tạo điện mặt trời. Các phương pháp tương tự được sử dụng
trong [1] và [13] cho các bộ pin mới. Để xem xét tính khả thi kinh tế của một viên
pin sử dụng lần thứ hai, các khía cạnh kỹ thuật cũng quan trọng như các khía cạnh
kinh tế. Sự suy giảm khả năng lưu trữ của viên pin là quyết định quan trọng đối
với mặt kinh tế, đặc biệt là đối với một viên pin đã qua sử dụng và phải được xem
xét. Trong nghiên cứu của chúng tôi, đã phát triển một công cụ mô phỏng bao
gồm tính toán suy giảm chi tiết thông qua sự giảm của dung lượng. Nó phản ánh
tình trạng sạc cũng như sự phát điện theo thời gian và có thể được sử dụng để tính
toán doanh thu trong các tình huống khác nhau.
2. Mô hình hóa và dữ liệu 2.1. Giới thiệu
Để điều tra tính khả thi kinh tế của một hệ thống năng lượng mặt trời và lưu trữ
cho pin tái sử dụng cho một hộ gia đình cá nhân, một mô hình mô phỏng được
thực hiện. Hình 1 mô tả bố cục chung của hệ thống được áp dụng cho phân tích.
Mô hình sử dụng các thông số kỹ thuật và kinh tế làm đầu vào cho mô hình tính
toán, được lập trình bằng MATLAB/Simulink. Mô hình mô phỏng tính toán sự
phát sinh điện mặt trời theo thời gian, tình trạng của viên pin, tải điẹn và chi phí.
Kết quả của mô hình cho phép đưa ra một tuyên bố về tính khả thi của việc tích
hợp viên pin cho hệ thông năng lượng mặt trời.
Hình 1: Mô hình mô phỏng tính toán 2.2.
Các thông số đầu vào của mô hình
Mô hình mô phỏng đã được phát triển độc lập với các thí nghiệm khác và có thể
được sử dụng để xem xét nhiều trường hợp khác nhau thông qua việc tham số
hóa. Trong trường hợp này, các tham số được xác định cho một hộ gia đình ba
người ở khu vực Stuttgart, Đức, để có thể so sánh với các nghiên cứu tương tự
của Bost và đồng nghiệp [4] hoặc Braun và đồng nghiệp [5]. Ngoài ra, thị trường
điện ở Đức có một phần lớn tạo điện mặt trời và sự không đều đặn kết quả có thể
làm cho Đức trở thành một thị trường tiên phong quan trọng cho các hệ thống lưu
trữ pin sử dụng lần thứ hai. Hơn nữa, một phần lớn thị trường tạo điện mặt trời ở
Đức bao gồm các hệ thống nhỏ quy mô dành cho hộ gia đình có thể có lợi từ hệ thống lưu trữ [15].
2.2.1. Các thông số
Các tham số đầu vào về công nghệ có thể được nhóm thành các tham số liên quan
đến việc tạo điện, sử dụng điện và lưu trữ điện.
Tạo điện. Việc tạo điện phụ thuộc vào dữ liệu ngoại vi như ánh sáng mặt trời có
sẵn và nhiệt độ không khí cũng như các thông số biến đổi như số lượng mô-đun
cài đặt, cách lắp đặt hoặc góc nghiêng của các mô-đun. Các thông số đầu vào của
mô hình bao gồm dữ liệu về ánh sáng mặt trời và nhiệt độ không khí. Thông tin
này được lấy từ cơ sở dữ liệu do DWD (Deutscher Wetterdienst) [16] cung cấp
cho một trạm đo gần Stuttgart, Đức. Dữ liệu bao gồm ánh sáng mặt trời toàn cầu
và ánh sáng mặt trời xuyên tán. Đối với năm 2014, ánh sáng mặt trời được trình bày trong Hình 2.
Hình 2: dử liệu bức xạ mặt trời vào 2014
Dữ liệu bức xạ mặt trời phải được chuyển đổi để tính toán công suất tạo điện của
hệ thống tạo điện mặt trời. Điều này sẽ được thảo luận sau trong phần con 2.3.1.
Đầu vào thứ hai là nhiệt độ không khí. Bởi vì việc tạo điện phụ thuộc vào nhiệt
độ mô-đun, nhiệt độ không khí xung quanh phải được biết. Nhiệt độ không khí
môi trường được thể hiện trong Hình 3. Kính silic trắng đã được chọn là công
nghệ tạo điện mặt trời và một hệ thống tạo điện mặt trời cài đặt với công suất 5 kWp.
Thuật toán điện được dựa trên dữ liệu tải điện tiêu chuẩn từ BDEW
(Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft - Hiệp hội Năng lượng và
nước Đức) [17]. Nó được xác định riêng biệt cho các ngày trong tuần, thứ Bảy và
chủ Nhật, cũng như cho mùa hè, mùa đông và các giai đoạn khác nhau. Hình 4
thể hiện hồ sơ tải điện cho các ngày khác nhau trong giai đoạn chuyển đổi.
Hình 3: Nhiệt độ của không khí năm 2014
Hình 5: Dữ liệu tải điện qua các ngày
Rõ ràng rằng đối với các ngày làm việc và thứ Bảy, nhu cầu năng lượng vào các
giờ tối cao hơn so với phần còn lại của ngày. Chỉ vào Chúa Nhật, đỉnh điểm vào
giữa trưa cao hơn so với buổi tối. Trong khi đỉnh điểm của ánh sáng mặt trời và
do đó việc tạo điện PV xảy ra vào buổi trưa, điện cần thiết vào các giờ tối. Sự
không phù hợp này có thể được giải quyết bằng cách sử dụng lưu trữ pin. Dữ liệu
đã được tính cho một hộ gia đình ba người với mức tiêu thụ điện hàng năm là 3892 kWh [4].
Đối với việc lưu trữ điện, ta chọn pin lithium-ion vì công nghệ này chiếm ưu thế
trong các ứng dụng cho xe điện (EV) và xe hybrid điện (HEV). Trong phân tích,
kích thước của hệ thống lưu trữ pin được biến đổi từ 4 kWh đến 8 kWh
(beginning of life) với dung lượng là 80% cho việc tái sử dụng (the second life) [18].
2.2.2. Các thông số về mặt kinh tế
Các thông số đầu vào kinh tế có thể được chia thành các giả định chung và các
thông số liên quan đến việc tạo điện, thị trường điện và lưu trữ điện.
Giả định Chung. Vì mô hình được thiết lập tham số cho một hộ gia đình ở Đức,
tiền tệ là Euro và tỷ lệ lạm phát được đặt là 1,74% (giá trị trung bình từ 2004 đến
2015 cho khu vực Euro [19]). Phụ thuộc vào tỷ lệ lạm phát sẽ được xem xét trong
một phân tích nhạy cảm. Đối với tỷ lệ chiết khấu thực tế, đã chọn một giá trị 4%
phù hợp với các nghiên cứu trước đó khác.
Để ước tính giá trị của việc thêm một hệ thống lưu trữ cho pin vào hệ năng lượng
mặt trời, sự chênh lệch giữa việc đầu tư vào hệ thống lưu trữ pin và không đầu tư
vào nó được xem xét. Trong trường hợp này, chi phí của hệ thống tạo điện mặt
trời không được xem xét vì dòng tiền ròng là giống nhau cho cả hai lựa chọn.
Để tính toán các chi phí điện, cần phải xem xét các trường hợp cho sự phát triển
tương lai của các mức giá điện. Để xác định các trường hợp giá điện bán lẻ trong
giai đoạn từ 2008 đến 2015. Tỷ lệ tăng trung bình trong giai đoạn này là khoảng
4% (bao gồm lạm phát). Giả định rằng tỷ lệ tăng trong mười năm tới nằm trong
khoảng từ 2 đến 6%. Điều này được giả định bằng các trường hợp 1 (thấp: tăng
2% mỗi năm), trường hợp 2 (trung bình: tăng 4% mỗi năm) và trường hợp 3 (cao:
tăng 6% mỗi năm). Hình 5 cho thấy các quỹ đạo giá điện và các các trường hợp nêu trên.
Hình 5: Giá bán lẻ điện tại Đức
Do Đức áp dụng Luật Năng lượng tái tạo (EEG - Erneuerbare Energien Gesetz),
mức giá cung cấp được đảm bảo trong vòng 20 năm. Đối với các hệ thống năng
lượng mặt trời có công suất cao nhất dưới 10 kWp, mức giá cung cấp vào lưới là
khoảng 12,31 €-ct/kWh (ngày 1 tháng 1 năm 2016) [20]. Phụ thuộc vào mức giá
cung cấp sẽ được thảo luận ở phần 3.2.2 bên dưới.
Do hiện nay chỉ có một số ít xe điện bị loại bỏ, hiện vẫn chưa có thị trường thực
sự cho pin tái sử dụng. Neubauer và đồng nghiệp [21] đã ước tính giá trị của các
viên pin xe điện đã tái sử dụng bằng cách tính toán giá bán tối đa các viên pin đã
tái sử dụng cạnh tranh với các viên pin mới. Họ ước tính giá bán viên pin đã tái
sử dụng từ 38 US$/kWh đến 132 US$/kWh (tương đương từ 34 €/kWh đến 117
€/kWh) và chi phí hệ thống cho người sử là 100 US$/kW (tương đương 89 €/kW)
cho điều khiển, điều chỉnh công suất và kiểm soat nguồn điện. Chi phí lắp đặt và
khởi đầu được giả định là 52 US$/kWh (tương đương 46 €/kWh). Đối với chi phí
bảo dưỡng, các nghiên cứu khác hiệu chỉnh trong khoảng từ 1,5% đến 6% của chi
phí đầu tư; cho phân tích của chúng tôi, giá trị là 3%. Các giá trị tham số kinh tế
được sử dụng được báo cáo trong Bảng 1. Vị trí: Đức Giá trị Đơn vị 5 []
Công suất của hệ thống năng lượng mặt trời 3892 [kWh]
Khả năng tiêu thụ điện qua từng năng 4 - 8 [kWh BOL] Số lượng Pin 80 [%]
Dung lượng Pin tái sử dụng 1.74 [%] Lạm phát 4 [%] Tỷ lệ chiết khấu 12.31 [€-ct ] Giá đầu vào 34-117 [€- ] Giá pin 89 [€- kW] Chi phí điều khiển 46 [€- ] Chi phí lắp đặt 3 [%] Chi phí bảo chì
Bảng 1: Thiết lập các thông số đầu vào của mô hình kinh tế
2.2.3. Phương pháp mô phỏng và mô hình hóa
Trong trường hợp này, lượng điện tạo ra theo thời gian và trạng thái của viên pin
là quan trọng. Việc mô hình hóa được thực hiện trong MATLAB/Simulink. Bố
cục của hệ thống năng lượng mặt trời và lưu trữ được xem xét được thể hiện trong Hình 6.
Hình 6: Mô hình hóa hệ thông năng lượng mặt trời và lưu trữ điện năng
Hệ thống năng lượng mặt trời cung cấp điện, sau đó được chuyển từ dòng điện
một chiều (DC) sang dòng điện xoay chiều (AC). Khi cung cấp điện đủ nó sẽ có
thể được đưa vào lưới điện hoặc lưu trữ trong pin nếu pin chưa được nạp đầy.
Trong trường hợp thứ hai, nó phải được biến đổi thành DC trước khi có thể lưu
trữ. Mỗi lần chuyển đổi đều dẫn đến mất năng lượng ta cần chú ý đến vấn đề này.
Nếu nhu cầu điện vượt quá lượng điện được tạo ra, sự khác biệt có thể được cung
cấp bởi lưới điện hoặc hệ thống lưu trữ pin nếu trạng thái sạc (SOC - state of
charge). Để đạt được tính hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, cấu trúc hệ thống này là
cấu trúc phổ biến nhất được sử dụng trong văn bản chuyên ngành cho các ứng dụng dân dụng [1]. 2.2.4. Tạo điện
Hiệu suất của các hệ thống năng lượng mặt trời không chỉ phụ thuộc vào ánh sáng
mặt trời mà còn bị ảnh hưởng bởi một số tác động quan trọng khác [23]: (1) Nhiệt
độ của tấm pin tạo điện mặt trời; (2) Hiệu suất chuyển đổi phụ thuộc vào mức độ
chiếu sáng và nhiệt độ của tấm pin; (3) Sự phản xạ trên bề mặt mô-đun; và (4) Độ
nhạy quang phổ của các tấm pin.
Trong bài báo này, hiệu suất được tính dựa trên một phương pháp toán học được
trình bày bởi Huld và cộng sự [24] liên quan đến ánh sáng mặt trời và nhiệt độ
của tấm pin. Hàm toán học này đã được điều chỉnh dựa trên dữ liệu đo được và
các tham số đã được phát triển cho công nghệ silic tinh khiết. Do thị phần trong
thị trường chiếm đa số trong các ứng dụng hiện tại (khoảng 90% vào năm 2013)
[15], thị phần trong thị trường thống trị trong sản xuất toàn cầu (trên 90% vào
năm 2014) [24] và dựa trên các nghiên cứu trước đó, công nghệ silic tinh khiết đã
được lựa chọn là công nghệ tạo điện mặt trời. Các tham số đầu vào của mô hình
là tia tử ngoại trong mặt phẳng G và nhiệt độ tấm pin. Với là công suất ở điều
kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC) với = 1000 W/ và = 25 °C, công suất đầu ra được tính như sau:
Hiệu suất tương đối tức thời thuộc vào sáu tham số k1 đến k6 được điều chỉnh
dựa trên dữ liệu thực nghiệm. Dữ liệu về ánh sắng ngoại mặt trời cũng như nhiệt
độ môi trường được thu thập từ cơ sở dữ liệu do DWD (Deutscher Wetterdienst)
cung cấp cho Stuttgart (mã trạm 04928) [16]. Để sử dụng trong mô hình, tập dữ
liệu phải được biến đổi theo hai cách. Ánh sáng mặt trời phải được chiếu lên mặt
phẳng của tấm pin tạo điện mặt trời và nhiệt độ xung quanh phải được chuyển đổi
thành nhiệt độ của mô-đun. Việc điều chỉnh nhiệt độ có thể được thực hiện bằng hệ số cT [23] như sau:
Hệ số mô tả sự khác biệt nhiệt độ của tấm pin so với nhiệt độ môi trường do ánh
sáng mặt trời và phụ thuộc chủ yếu vào cách các tấm pin được lắp đặt. Hệ thống
năng lượng mặt trời chúng tôi đã chọn một giá trị là (0.05 °C)/(W m2) [25].
Để chiếu ánh sáng mặt trời lên mặt phẳng của tấm pin, phải biết vị trí thực tế của
mặt trời. Vị trí này được mô tả bằng hướng và độ cao (hoặc góc nâng) và được
hiển thị trong Hình 7. Trong phân tích của chúng tôi, nó đã được tính toán theo
phương pháp được đề xuất trong Reda et al. [26] cho vĩ độ của Stuttgart, và được
điều chỉnh bằng sự khác biệt giữa thời gian giả định mặt trời và thời gian trung
bình bằng cách sử dụng phương trình thời gian [26].
Hình 7: Sự kết hợp giữa độ cao, hướng và vị trí
Bây giờ vị trí của mặt trời được biết tại mọi bước thời gian trong mô phỏng, và
sau đó, ánh sáng mặt trời thực sự trên mặt phẳng được tính toán với các mối quan
hệ hình học. Đối với vị trí của Stuttgart, đã được chọn một góc nghiêng là 30° và
hướng về phía nam. Tùy thuộc vào công suất lắp đặt, sản lượng điện hàng năm là
khoảng 980 kWh/kWp cho một năm trung bình. Tất nhiên, điều này phụ thuộc
vào ánh sáng mặt trời thực tế. Hiệu suất của bộ biến tần được giả định là 98%,
theo một số nghiên cứu khác. Các giá trị thông số được sử dụng cho hệ thống
năng lượng mặt mô phỏng được báo cáo trong Bảng 2 (phần bên trái). Công nghệ Silicon tinh thể Công nghệ Lithium-ion Cài đặt Trên mái nhà Nhiệt dung 900 J( [29] Vị trí Stuttgart, Đức Hệ số truyền nhiệt 10W([30] Vĩ độ 48.8282° N Mức độ năng lượng 120 Wh[31] Kinh độ 9.2000° E Mật độ năng lượng 230 Wh [31] Gó nghiên 30°
Nhiệt độ môi trường 13°C [32] xung quanh Định hướng Hướng nam Công nghệ Lithium-ion Điện hàng năm ~980 kWh Nhiệt dung 900 J( Hiệu suất 98% Hệ số truyền nhiệt 10W(
Bảng 2: Thông số đầu vào cho mô hình kỹ thuật (hai cột bên trái: hệ thống năng
lượng mặt trời, hai cột bên phải: hệ thống lưu trữ pin)
2.2.5. Lưu trữ năng lượng
Để ước tính tính khả thi về mặt kinh tế của một viên pin tái sử dụng trong các ứng
dụng dân dụng, việc dự đoán sự suy giảm và lão hóa của viên pin là yếu tố quan
trọng trong mô phỏng. Có nhiều tác động và cơ chế riêng lẻ mà, kết hợp với nhau,
dẫn đến sự lão hóa của bộ pin. Trong khi phân giải điện phân (mất dung lượng) và
hình thành màng điện giữa rắn (SEI, tăng trở kháng bên trong) thường là các quá
trình lão hóa chủ đạo, các cơ chế khác được mô tả bởi Vetter và cộng sự [27]. a.
Do việc thử nghiệm dưới điều kiện hoạt động thực tế khá đắt và tốn thời gian, hầu
hết các mô hình sử dụng dữ liệu từ các thử nghiệm tốc độ giảm tuổi thọ của pin
và cố gắng điều chỉnh kết quả cho phù hợp với điều kiện hoạt động thực tế. Trong
nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi đã chọn một phương pháp được đề xuất bởi
Ecker và đồng nghiệp [28] để dự đoán mất dung lượng và sự tăng sự trở kháng
nội dẫn đến sự giảm hiệu suất. Công thức sau đây đã được sử dụng để mô tả mất mát dung lượng.
Sự phụ thuộc thời gian được mô tả bằng công thức
Ở đây mô tả tốc độ lão hóa ở điều kiện (, ) và β là 0,5 giả định rằng thành phần
điện phân và quá trình hình thành SEI tương ứng là nguyên nhân chur yếu. B(T,
V) mô tả sự phụ thuộc vào nhiệt độ và điện thế theo công thức:
Hai yếu tố này mô tả tác động của việc tăng nhiệt độ và điện thế lên quá trình lão
hóa, có nghĩa là việc tăng ΔT dẫn đến việc tăng so với điều kiện tham chiếu được
đặt là = 25 ℃ và = 3,5 V. ΔT đã được chọn là 10 °C và ΔV là 0,1 V. Các tham
số , và đã được điều chỉnh sao cho phương trình giảm thiểu sai lệch đối với dữ liệu đo đạc.
Nhiệt độ thực tế của bộ pin được ước tính bằng mô hình nhiệt đơn giản sử dụng
một khối nhiệt và truyền nhiệt bằng đối lưu tự nhiên. Việc mất điện trong pin gây
ra nhiệt đầu vào và do đó làm tăng nhiệt độ theo khả năng tỏa nhiệt của bộ pin. Vì
có sự chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ pin nên sẽ xảy ra
dòng nhiệt đến phần lạnh hơn. Chênh lệch nhiệt độ càng lớn thì dòng nhiệt càng
cao. Trong điều kiện ổn định, dòng nhiệt bằng tổn thất điện năng. Hình 8 cho thấy
mối quan hệ giữa các thông số/số lượng khác nhau có liên quan.
Hình 8: Sơ đồ mô hình nhiệt
Để mở rộng kích thước của hệ thống pin, các giá trị của diện tích A và khối lượng
m được xác định bởi mật độ năng lượng và năng lượng riêng. Để tính diện tích,
người ta sử dụng dạng khối. Nhiệt độ môi trường xung quanh được chọn làm giá
trị trung bình hàng năm cho tầng hầm, giả định rằng nó chủ yếu sẽ được lắp đặt ở
đó. Các thông số được sử dụng được mô tả trong Bảng 2 (phía bên phải).
Ba giả định được xem xét để phát triển giá bán lẻ điện ở Đức. Chúng tôi giả định
rằng giá tăng hàng năm từ 2-6% trong 10 năm từ 2015-2025. Cụ thể, trường hợp
(thấp) giả định 2% mỗi năm, trường hợp 2 (trung bình) 4% mỗi năm và trường
hợp 3 (cao) 6% mỗi năm của sự leo thang giá cả. Tại Đức, từ năm 2008-2015 giá tăng trung bình khoảng 4%. 3. Kết quả 3.1.
Kết quả tổng quan của mô hình
Trong phần này, chúng tôi báo cáo về kết quả tổng quan của mô hình, cho phép so
sánh kết quả của mô hình với những nghiên cứu khác. Hình 9 thể hiện kết quả mô
phỏng cho việc sản xuất điện từ tấm năng lượng mặt trời (PV) và tiêu thụ điện
qua một năm. Mà không có hệ thống lưu trữ năng lượng, có sự không phù hợp
giữa việc sản xuất năng lượng và nhu cầu tiêu thụ.
Hình 10 mô tả kết quả của dung lượng pin và sự trở kháng nội trong khoảng thời
gian kiểm tra là mườit năm. Dung lượng ban đầu bắt đầu ở mức 80% so với giá
trị ban đầu (BOL) của nó, vì đây là dung lượng còn lại tại thời điểm pin được
thay thế trong xe điện. Trong giai đoạn tái sử dụng, dung lượng của pin giảm
xuống khoảng 60% so với dung lượng ban đầu. Đồng thời, trở kháng nội tăng từ
150% lên 320% so với giá trị ban đầu của nó. Sự tăng trở kháng nội gây ra sự giảm đi hiệu suất./
Hình 9: Tạo điện và tiêu thụ điên của hệ thống năng lượng mặt trời trong một năm
Hình 10: Sự giảm dung lượng và tăng điện trở của pin sau 10 năm 3.2.
Khả năng kinh tế của pin tái sử dụng
Trong phần này, sẽ thảo luận về tính khả thi của việc đầu tư vào pin tái sử dụng
và đánh giá khả năng sinh lời. Các tham số đầu vào tạo ra dòng tiền mặt được
chiết khấu liên tục và cộng dồn theo thời gian. NPV (giá trị hiện tại ròng) được
tính cho 10 năm và cho ra giá trị nằm trong khoảng từ €-326 đến €825, phụ thuộc
vào trường hợp và giá pin được lựa chọn.
Hình 11 thể hiện NPV theo giá pin trên mỗi kWh. Giá trị NPV giảm khi giá pin
tăng và tăng khi giá điện tăng thêm. Trong trường hợp 3, đại diện cho sự tăng
mạng lưới điện lên đến 6% mỗi năm, NPV là dương trong suốt thời gian kiểm tra.
Trường hợp 2 đại diện cho sự tăng thêm dự kiến của giá điện lên 4% mỗi năm và
điểm cân bằng được đạt tại giá bán pin là 107 €/kWh. Đối với sự tăng thêm mạng
lưới điện 2% (trường hợp 2), điểm cân bằng đạt tại giá pin là 73 €/kWh.
Hình 11: Giá trị hiện tại ròng cho các trường hợp với giá pin khác nhau 3.3.
Phân tích tương quan
Phân tích tương quan mô tả cách NPV thay đổi khi biến đổi các tham số đã cho.
Điều này quan trọng để ước tính tác động của một tham số cụ thể và có thể được
sử dụng để xác định các giá trị quan trọng. Hình 13 thể hiện một biểu đồ
"tornado" của các tham số đầu vào quan trọng nhất. Giá trị của mức giá mua điện
(feed-in tariff) là yếu tố có tác động lớn nhất và do đó phải được ước tính cẩn
thận. Tuy nhiên, điều này không quá quan trọng bởi vì mức giá mua điện được cố
định trong suốt thời gian đầu tư.
Hình 12: phân tích tương quan 4. Thảo luận 4.1.
Nhưng ảnh hướng chủ nhà
Kết quả được trình bày đã cho thấy rằng đầu tư vào hệ thống lưu trữ pin tái sử
dụng thứ hai có thể sinh lời đối với người sở hữu nhà trong một số trường hợp cụ
thể. Với mức tăng hàng năm của giá điện lên 6% (S3), có sự khả thi về mặt kinh
tế cho tất cả các mức giá pin được ước tính. NPV biến đổi từ khoảng €800 đến
€200. Đối với các trường hợp 1 và 2, tính lợi nhuận phụ thuộc vào giá bán pin
thực tế trên mỗi kWh. Trong trường hợp 2, điểm cân bằng được đạt tại giá bán pin
là 107 €/kWh, trong khi trong trường hợp 1 cần một giá là 73 €/kWh. Đối với các
đầu tư trong tương lai, một mức giá mua điện đảm bảo dự kiến giảm sẽ tăng tính
khả thi của hệ thống lưu trữ. Đối với tính khả thi kinh tế của lưu trữ pin, sự khác
biệt giữa giá điện và mức giá mua điện là quyết định quan trọng. Hiện nay, người
sở hữu được hưởng sự miễn thuế đối với tiền điện, phần trăm EEG và các khoản
phí lưới cho điểm tự tiêu tự phát của họ, miễn là kích thước hệ thống pin mặt trời
nhỏ hơn 10 kWp [15]. Điều này đặt một gánh nặng gia tăng lên các người tiêu
dùng khác và với sự gia tăng số lượng hệ thống pin mặt trời, điều này có thể thay
đổi trong tương lai. Phải nhận thức được rằng có thể xuất hiện nhiều sự khác biệt
so với điều kiện hoạt động thực tế, ví dụ như vị trí và do đó lượng tử bức xạ mặt trời sẽ thay đổi. 4.2.
Những ảnh hướng đối với môi trường
Nếu so sánh giữa các xe điện và xe sử dụng động cơ đốt trong từ góc độ môi
trường, thì cần xem xét cả việc đầu tư về nguyên liệu ban đầu và năng lượng. Đối
với xe điện, điều này đặc biệt quan trọng đối với việc sản xuất các bộ pin lớn..
Sau khi sử dụng trong xe điện, pin có thể được tái chế hoặc sử dụng lại, và ngành
công nghiệp ô tô đã cho thấy tỷ lệ tái chế cao đối với pin chì-axit (tuy nhiên, đối
với pin Lithium-ion, việc tái chế có thể hạn chế hơn). Còn nhiều lợi ích khác có
thể thu được từ việc sử dụng lại pin sau khi đã sử dụng trong xe, và việc tái chế
vẫn có thể thực hiện sau khi pin đã trải qua một và thậm chí ba lần sử dụng.
Ahmadi và cộng sự [33] đã nghiên cứu về sự tiết kiệm khí CO2 có thể đạt được
thông qua việc sử dụng lại pin của xe điện. Tất nhiên, còn có những thách thức
như việc thu thập và loại bỏ pin đã sử dụng do nguy cơ từ điện áp cao hoặc việc
xử lý chất làm mát. Pin thu thập phải được tháo rời và sắp xếp theo loại và hóa
học của các viên pin, sau đó được lắp ráp lại. 4.3.
Những ảnh hướng đến ngành điện
Bởi vì triển vọng về khả năng kinh tế của các hệ thống lưu trữ pin trong gia đình
trông rất hứa hẹn với nhiều lý do khác nhau, số lượng các đơn vị được lắp đặt có
thể dự kiến sẽ tăng nhanh hơn trong những năm tới. Ngoài ra, phần trăm nguồn
năng lượng tái tạo có khả năng tiếp tục tăng. Sự phát triển này chắc chắn sẽ ảnh
hưởng đến ngành điện và một số tác động được trình bày trong phần này. Các hệ
thống lưu trữ năng lượng dự kiến sẽ giúp giảm đỉnh công suất mà hệ thống pin
mặt trời tạo ra vào ban ngày và, do đó, giảm bớt gánh nặng cho lưới điện. Việc
một pin trong một hộ gia đình có đạt được mục tiêu này hay không chủ yếu phụ
thuộc vào cách vận hành được áp dụng. Đối với người chủ hợp lý, chiến lược nên
là tối đa hóa lợi nhuận và tỷ lệ tự tiêu thụ. Chiến lược truyền thống là sạc pin khi
lượng điện sản xuất bởi hệ thống pin mặt trời vượt quá nhu cầu và xả pin khi nhu
cầu vượt quá lượng điện sản xuất bởi hệ thống pin mặt trời. Đặc biệt vào mùa hè,
pin có khả năng được sạc đầy trước khi đỉnh cao nhất xuất hiện vào khoảng trưa.
Trong trường hợp này, pin không thể thực hiện vai trò giảm đỉnhvào buổi trưa.
Tăng dung lượng của pin lắp đặt có thể là một giải pháp nhưng dẫn đến vấn đề là
hầu hết thời gian không thể xả pin hoàn toàn vào mùa hè. Chiến lược vận hành
không tối ưu hóa cho lưới điện được xem xét không có hoặc gần như không có
tác động tích cực nào đối với lưới điện. Một phương pháp khác được thực hiện
bởi chiến lược vận hành tối ưu hóa cho lưới điện. Trong trường hợp này, pin được
sạc khi năng lượng từ hệ thống pin mặt trời cao nhất để giảm thiểu công suất đưa
vào lưới điện. Để tạo ra cùng lợi nhuận cho chủ nhà, tỷ lệ tự tiêu thụ phải bằng
như trước. Bởi vì tính dự đoán, dự báo chính xác về bức xạ mặt trời và nhu cầu
phải có sẵn.. Hình 14 minh họa sự khác biệt giữa chiến lược truyền thống và
chiến lược tối ưu hóa cho lưới điện trong suốt một ngày.
Hình 13: So sánh (a) không tối ưu hóa lưới; và (b) chiến lược vận hành pin được
tối ưu hóa cho lưới điện. 4.4.
Những ảnh hưởng đối với những người làm chính sách
Trong việc định chính sách, mọi hành động và biện pháp phải phục vụ mục tiêu
đã được định sẵn. Hệ thống lưu trữ pin mặt trời mặc định không tạo ra hiệu ứng
tích cực cho thị trường điện. Tuy nhiên, thông qua việc tối ưu hóa chiến lược vận
hành, chúng có thể giúp giảm áp lực lưới điện và hạ thấp đỉnh công suất từ các
nguồn năng lượng tái tạo. Do đó, các nhà quyết định chính sách phải đảm bảo
rằng chiến lược vận hành tối ưu hóa cho lưới điện được thực hiện trong hệ thống
lưu trữ được tài trợ. Kết quả của nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng trong
điều kiện cụ thể, việc tích hợp pin đã qua sử dụng vào hệ thống pin mặt trời có
thể sinh lợi nhuận ngay cả khi không có các khuyến mãi kinh tế bổ sung. Nếu đầu
tư hiện tại không sinh lời hoặc nếu phát triển diễn ra nhanh hơn, các nhà quyết
định chính sách có thể hỗ trợ tiến trình bằng nhiều biện pháp. Tất cả các biện
pháp làm tăng khoảng cách giữa giá bán lẻ và mức giá phát điện vào lưới được dự
kiến sẽ làm tăng tính khả thi. Trong ngữ cảnh này, việc tăng thuế và các loại phí
cho điện tự tiêu thụ sẽ làm giảm tính khả thi, nhưng có thể cần thiết khi số lượng
hệ thống pin mặt trời gia đình tăng lên. Tại Đức, chính phủ liên bang thúc đẩy
việc sử dụng hệ thống lưu trữ pin cố định kết nối với hệ thống pin mặt trời thông
qua các chương trình cho vay với lãi suất thấp và thưởng thanh toán [35]. Để
nhận được khoản tài trợ, hệ thống pin mặt trời phải nhỏ hơn 30 kWp và hoạt động
ít nhất trong năm năm. Quan trọng hơn, chiến lược vận hành cũng được định rõ.
Hệ thống pin tích hợp phải đảm bảo rằng chỉ có 50% công suất pin được cài đặt
được đưa vào lưới điện và bộ biến áp phải có giao diện mở để điều khiển từ xa và
thiết đặt tham số. Hiện tại, chương trình không áp dụng cho hệ thống lưu trữ pin
đã qua sử dụng. Có thể xem xét mở rộng chương trình này cho pin tái sử dụng
nếu thị trường đã phát triển. 4.5.
Những ảnh hưởng đối với các nhà sản xuất ô tô
Chi phí cao của pin Lithium-ion là một rào cản lớn đối với mục tiêu chính trị của
Đức về việc có một triệu xe điện đến năm 2020 và sự tăng trưởng thị trường xe
điện. Việc thiết lập một thị trường cho pin tái sử dụng có thể làm giảm chi phí pin
và tăng thị phần thị trường của xe điện, mặc dù Neubauer và cộng sự [21] đã tìm
thấy rằng việc tái sử dụng pin có lẽ không ảnh hưởng đáng kể đến giá pin hiện tại
[21]. Tuy nhiên, nhiều công ty ô tô đang bắt đầu các dự án để thu thập dữ liệu
trong việc tái sử dụng pin, các công ty còn đã và đang hợp tác với nhà sản xuất pin và các công ty điện. 5. Kết luận
Khi pin của các xe điện hoặc xe hybrid điện đạt đến 80% hoặc thấp hơn thường
được xem xét là đã đạt đến cuối tuổi thọ của chúng do phạm vi hoạt động hạn
chế. Tuy nhiên, chúng vẫn giữ lại một lượng lớn dung lượng lưu trữ có thể được
sử dụng trong các ứng dụng sau này. Một ứng dụng có thể trong việc sử dụng pin
lần thứ hai là việc thay đổi tải điện gia đình và giảm đỉnh công với hệ thống pin
mặt trời. Các nghiên cứu trước đó đã xem xét tính khả thi kinh tế của các hệ
thống lưu trữ mới và đặc biệt là pin chì-axit. Các nghiên cứu khác đã đánh giá
tính lợi nhuận của pin xe điện cũ nhưng bỏ qua sự lão hóa tiếp theo của pin.
Chúng tôi đánh giá các điều kiện dưới đay khi đầu tư vào hệ thống lưu trữ pin tái
sử dụng sẽ trở nên khả thi về mặt kinh tế. Do đó, một mô hình mô phỏng của một
hộ gia đình với hệ thống pin mặt trời tích hợp đã được phát triển và được đặt
tham số cho nhu cầu điện của một hộ gia đình tiêu biểu ba người và vị trí ở miền
Nam Đức. Các điều kiện dưới đó đầu tư có lợi đã được xem xét cho ba trường
hợp. Trường hợp 2 bao gồm sự tăng NPV dự kiến của giá điện 4% mỗi năm. Các
sai lệch lên và xuống so với trường hợp 2 được bao gồm bởi trường hợp 1 và
trường hợp 3. Đối với trường hjopw có sự tăng giá điện cao nhất, đầu tư vào hệ
thống lưu trữ được tìm thấy có lợi nhuận cho tất cả mức giá pin dự kiến. Trong
trường hợp 2, giá pin cân đối là 107 €/kWh và trong trường hợp có sự tăng giá
điện thấp nhất, giá pin phải bằng hoặc ít hơn 73 €/kWh. Chúng tôi cũng đánh giá
kích thước lưu trữ tối ưu là công suất tối đa của hệ thống pin mặt trời tích hợp
theo kWh (vì vậy kích thước lưu trữ tối ưu của hệ thống pin mặt trời 5 kWp được
xem xét là khoảng 5 kWh và đối với trường hợp pin lần thứ hai khoảng 6 kWh
BOL khi bù đắp sự mất mát dung lượng ban đầu). Kích thước lưu trữ tối ưu phụ
thuộc vào chi phí pin cũng như chi phí cho thiết bị bổ sung và bảo trì.
Để đưa ra một số hướng dẫn cho các bên liên quan, một số tác động được rút ra từ
kết quả nghiên cứu. Đối với chủ nhà, quan trọng là nhận ra rằng đầu tư vào các
đơn vị lưu trữ pin tái sử dụng có thể sinh lợi nhuận trong các điều kiện cụ thể mà
không cần đến khuyến mãi tài chính. Từ việc sử dụng pin sau khi đã qua sử dụng
trong xe hơi thay vì tái chế sẽ mang nhiều lợi ích cho môi trường hiện nay. Trong
các nghiên cứu khác, trong tài liệu đã được tìm thấy rằng thông qua việc sử dụng
pin xe điện đã qua sử dụng, có thể giảm 56% lượng khí CO2 trong chu kỳ đầu tiên.
Đối với ngành điện, chiến lược vận hành của hệ thống pin mặt trời là một phần
quan trọng. Chỉ khi sử dụng chiến lược vận hành tối ưu hóa lưới điện, hiệu ứng
tích cực trên lưới điện mới có thể đạt được. Pin phải được sạc vào những thời
điểm khi công suất phát điện cao nhất để giảm áp lực lưới điện. Chiến lược vận
hành tối ưu hóa lưới điện yêu cầu dự đoán chính xác nếu muốn sinh lợi nhuận
như chiến lược vận hành không tối ưu hóa lưới điện. Cuối cùng, nên lưu ý rằng
mô hình mô phỏng được phát triển trong nghiên cứu của chúng tôi là linh hoạt đối
với các tham số đầu vào và có thể được tham số hóa để xem xét nhiều câu hỏi nghiên cứu khác. Tài liệu tham khảo
Ahmadi, L., Yip, A., Fowler, M., Young, S. B., & Fraser, R. A. (2014).
Environmental feasibility of re-use of electric vehicle batteries.
Sustainable Energy Technologies and Assessments, 6, 64-74.
Hoppmann J, Volland J, Schmidt T S, et al., The economic viability of battery
storage for residential solar photovoltaic systems – A review and a
simulation model. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2014;39:1101–18.
Joshi A S, Dincer I, Reddy B V, Performance analysis of photovoltaic systems. A
review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2009;13(8):1884–97
Eltawil M A, Zhao Z, Grid-connected photovoltaic power systems. Technical and
potential problems—A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2010;14(1):112–29.
Bost M, Hirschl B, Aretz A. Effekte von Eigenverbrauch und Netzparität bei der
Photovoltaik: Beginn der dezentralen Energierevolution oder
Nischeneffekt? Berlin/Hamburg; 2011.
Braun M, Büdenbender K, Magnor D, et al. Photovoltaic Self-Consumption in
Germany Using Lithium-Ion Storage to Increase Self-Consumed
Photovoltaic Energy. In: W. Sinke (ed.), The compiled state-of-the-art of
PV solar technology and deployment. 24th European Photovoltaic Solar
Energy Conference and Exhibition (conference September 21-25, 2009;
exhibition September 21-24, 2009) – EU PVSEC, Hamburg, Munich: WIPRenewable Energies, 2009
Colmenar-Santos A, Campiñez-Romero S, Pérez-Molina C, et al. Profitability
analysis of grid-connected photovoltaic facilities for household electricity
self-sufficiency. Energy Policy 2012;51:749–64.
Greencharge Networks, Nissan and 4R Energy Partner with Green Charge
Networks for Commercial Energy Storage Featuring Second-Life Electric
Vehicle Batteries (2015), , accessed January 30, 2016.
Toyota, Toyota Flips the Switch to Sustainable Power at Yellowstone National
Park(2015), accessed January 30, 2016.
Daimler AG, THE MOBILITY HOUSE AG, GETEC ENERGIE AG,
REMONDIS SE, Elektromobilität zu Ende gedacht: Weltweit größter 2nd-
Use-Batteriespeicher geht in Kürze ans Netz, Madeleine Herdlitschka (Lünen/Stuttgart, 2015).
Robert Bosch GmbH, Bosch kooperiert mit BMW und Vattenfall: Batterien aus
Elektroautos für einstabiles Stromnetz, Projekt „Second Life Batteries“,
Thilo Resenhoeft (Stuttgart, 2015), , accessed January 11, 2016.
Battke B, Schmidt TS, Grosspietsch D, et al. A review and probabilistic model of
lifecycle costs of stationary batteries in multiple applications. Renewable
and Sustainable Energy Reviews 2013;25:240–50.
Pawel I, The Cost of Storage – How to Calculate the Levelized Cost of Stored
Energy (LCOE) and Applications to Renewable Energy Generation.
Energy Procedia 2014;46:68–77.
Naumann M, Karl RC, Truong CN, et al. Lithium-ion Battery Cost Analysis in
PVhousehold Application. Energy Procedia 2015;73:37–47
Kirmas A, Madlener R, Economic Viability of Second-Life Electric Vehicle
Batteries for Energy Storage in Private Households. FCN Working Paper
No. 7/2016, RWTH Aachen University, Aachen, Germany.
Wirth H, Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland, Fraunhofer-Institut für
Solare Energiesysteme ISE , accessed March 9, 2016
DWD Climate Data Center (CDC), Hourly station observations of solar
irradiation, version v0.1, 2015 , updated March 9, 2016.
Heymans C, Walker S B, Young S B, et al., Economic analysis of second use
electric vehicle batteries for residential energy storage and load-levelling. Energy Policy 2014;71:22–30.
Eurostat, HICP – inflation rate. Harmonised Indices of Consumer Prices’, 2016 ,
updated March 18, 2016; accessed March 25, 2016.
Bundesnetzagentur (BNetzA), Degressions- und Vergütungssätze Januar bis März
2016’,, updated February 29, 2016; accessed March 25, 2016
Neubauer J, Pesaran A, The ability of battery second use strategies to impact
plug-in electric vehicle prices and serve utility energy storage applications.
Journal of Power Sources 2011;196(23):10351–8.
Castillo-Cagigal M, Caamaño-Martín E, Matallanas E, et al., PV self-
consumption optimization with storage and Active DSM for the residential
sector’. Solar Energy 2011;85(9):2338–48.
Huld T, Gottschalg R, Beyer H G, et al., Mapping the performance of PV
modules, effects of module type and data averaging. Solar Energy 2010;84(2):324–38.
Philipps S, et al., Photovoltaics Report, Fraunhofer-Institut für Solare
Energiesysteme ISE , accessed March 9, 2016.
Kratochvil J A., Boyson W E, King D L, Photovoltaic Array Performance Model, Albuquerque, New Mexico, 2004.
Reda I, Andreas A, Solar Position Algorithm for Solar Radiation Applications
(Revised), Technical Paper No. TP-560-34302, National Renewable
Energy Laboratory (NREL), Golden, CO, January 2008.
Vetter J, Winter M, Wohlfahrt-Mehrens M, Secondary Batteries – Lithium
Rechargeable Systems – Lithium-Ion | Aging Mechanisms, in:
Encyclopedia of Electrochemical Power Sources, Elsevier, 2009, 393–403.
Ecker M, Gerschler J B, Vogel J, et al., Development of a lifetime prediction
model for lithium-ion batteries based on extended accelerated aging test
data. Journal of Power Sources 2012;215:248–57.
Pesaran A A, Thermal Characteristics of Selcted EV and HEV Batteries,
Conference Paper (Annual Battery Conference: Advances and
Applications), National Renewable Energy Laboratory (NREL), 2001.
VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, VDI-
Wärmeatlas, VDI-Buch; 11. bearb. und erw. Aufl., Berlin, Heidelberg: Springer, 2013.
Young K, Wang C, Wang L Y, et al., Electric Vehicle Battery Technologies, in:
Rodrigo Garcia-Valle and João A. Peças Lopes (eds.), Electric Vehicle
Integration into Modern Power Networks, New York, NY: Springer New York, 2013, 15–56.
KreČ K, Die Lufttemperatur im unbeheizten Kellergeschoß. eine Fallstudie.
Zeitschrift für Wärmeschutz, Kälteschutz, Schallschutz, Brandschutz 1994;34:42–7.
Ahmadi L, Yip A, Fowler M, et al. Environmental feasibility of re-use of electric
vehicle batteries. Sustainable Energy Technologies and Assessments 2014;6:64–74.
Hollinger R, Wille-Haussmann B, Erge T, et al. Speicherstudie 2013:
Kurzgutachten zur Abschätzung und Einordnung energiewirtschaftlicher,
ökonomischer und anderer Effekte bei Förderung von objektgebundenen
elektrochemischen Speichern, Fraunhofer Inst, , accessed March 16, 2016.
Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW), KfW-Programm Erneuerbare Energien
"Speicher". Finanzierung von stationären Batteriespeichersystemen in
Verbindung mit einer Photovoltaikanlage, 2016, updated 3/2016; accessed March 25, 2016.