Какого размера батарея нужна для питания дома?

Батареи Теслы

Тесла объявляет о разработке батареи для домашнего использования. Круто. Но зачем? Вот пара вариантов:

— автономный дом, питающийся солнечной или ветровой энергией. Эти источники не дают постоянный приток энергии, а значит, её надо где-то хранить
— многие владельцы домов держат у себя дизельный или бензиновый генератор. Используется нечасто, но когда вдруг понадобится – он незаменим. Можно вместо генератора использовать батарею
— компания-поставщик электроэнергии хотела бы, чтобы у каждого были батареи. Тогда можно было бы уменьшить пиковые нагрузки на сеть. Например, при включении кондиционера или других потребителей.

Но какого же размера батарея должна быть для удовлетворения наших потребностей?

Как долго должна уметь работать батарея? Маск говорил что-то насчёт недели. Ок. Теперь – потребление энергии. Я сделаю допущение – 2000 ватт постоянного потребления. Конечно, иногда нужно больше, но иногда и меньше. В среднем пусть будет 2 кВт. Если вас эта цифра смущает, вы вполне можете подставить свою.



Ватт – это Джоуль в секунду, так что время пересчитываем на секунды.



Теперь можно подсчитать количество энергии, хранимой в батарее.



Чтобы представить, сколько энергии в Джоуле, проведём эксперимент. Возьмите книгу и положите её на пол. Теперь поднимите и положите на стол. Для поднятия книги вы затратили энергию (увеличив её потенциальную энергию в гравитационном поле). Книга весом килограмм, поднятая на 1 метр, получает энергию примерно в 10 Джоулей.

Вернёмся к батареям. Размеры батареи зависят от её типа. У Теслы – литий-ионные батареи. По Википедии, плотность энергии такой батареи составляет 0.9 – 2.23 МДж/л (мегаджоулей на литр). Допустим, Тесла поставит самые лучшие батареи в мире. Тогда в кубическом метре батареи будет содержаться 2.3 * 10⁹ Джоулей.

Обозначим плотность энергии как σ, а объём как V:



Подставим известные значения:



Получаем около половины кубометра. Неплохо. В доме вообще можно сделать её под высоту потолков, где-нибудь 2.5 метра. А для красоты сделаем батарею толщиной в 10 см. Тогда ширина её должна быть около 2 метров. Может сработать.

Для прикола вот здесь подсчитано, что для питания дома от батареек-«таблеток» их нужно около 40 кубометров. А также вы можете подсчитать для разминки сами:

— сколько батареек АА потребуется для запитки дома и какой они займут объём? Можно считать, что она хранит порядка 10 КДж энергии.
— если бы вы решили питать свой дом от ядерной станции, работающей на тории, сколько тория вам бы понадобилось? Плотность энергии можно взять из Википедии
— поскольку Apple решила строить солнечную электростанцию на 130 МВт для внутреннего использования, можно подсчитать, какого размера панели вам бы понадобились для запитки собственного дома? Предположите, что Солнце выдаёт 1 кВт энергии на квадратный метр, а эффективность панели составляет 25%. Не забудьте, что в течение дня угол падения лучей изменяется. В расчётах может пригодиться этот пост.

Это перевод статьи. Как известно, лучший способ узнать что-то в интернете — выложить неправильный ответ. В связи с этим, пользуясь случаем, я с удовольствием бы послушал рассказы о том, как вы в своём доме сделали систему питания, резервного или автономного.

Источник: geektimes.ru/post/246048/