Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
การเลือกขนาดระบบกักเก็บพลังงานประเภทแบตเตอรี่ที่เหมาะสมร่วมกับระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนหลังคา
Year (A.D.)
2020
Document Type
Thesis
First Advisor
Surachai Chaitusaney
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Electrical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า)
Degree Name
Doctor of Philosophy
Degree Level
Doctoral Degree
Degree Discipline
Electrical Engineering
DOI
10.58837/CHULA.THE.2020.157
Abstract
With a significant growth of the rooftop photovoltaic systems (PVs) under the behind-the-meter scheme (BTMS), the battery energy storage systems (BESS) have been developed to enhance the performance of rooftop PVs in many aspects, especially the electricity charge savings. The BTMS can be typically classified into three schemes of self-consumption scheme, net-metering scheme, and net-billing scheme. Other than these schemes, the solar power purchase agreement (SPPA) has been developed to be one the most attractive business models. The SPPA is the scheme where the investors propose to directly sell an electricity from rooftop PVs with BESS to the customers without passing through the utility's infrastructure, such as electricity meter, distribution line, etc. The proposed rates are typically performed in terms of the discount rates on Time-of-use (TOU) tariff. Therefore, this dissertation proposes a novel methodology to investigate the battery capacity, operation schedule of the BESS and SPPA discount rates for rooftop PVs under the BTMS and SPPA. The mode-based operation of the BESS was adopted and developed for self-consumption, net-metering, net-billing schemes, and SPPA. For the typical BTMS, the objective was only to minimize the electricity charge of the customers. For the SPPA, the main objective was to minimize the electricity charges of the customers while maintaining the internal rate of return of the investors. In addition, as a working example, the TOU tariff with demand charges for large general service load in Thailand was implemented with the proposed methodology to evaluate the effects of installed capacity of rooftop PVs, battery capacity, rate of excess energy and battery degradation. The result showed that the installed capacity of rooftop PVs, the rate of excess energy and the battery degradation have significant effects on the battery capacity, operation modes of the BESS and SPPA discount rates. Under the typical BTMS, it is obvious that an increase of the installed capacity of rooftop PVs will extremely increase the battery capacity and operation modes in charging and discharging modes when the reverse power flow is available with high rate of excess energy. In addition, the consideration of battery degradation will lead to an increase of battery capacity. Under the SPPA, the proposed SPPA discount rates from the investors will be constrained when the battery capacity is increased, and the installed capacity of rooftop PVs is oversized. The consideration of the battery degradation will also limit the proposed SPPA discount rates.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
การเติบโตอย่างรวดเร็วของระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนหลังคาภายใต้การเชื่อมต่อประเภทหลังมิเตอร์นั้น ทำให้ระบบกักเก็บพลังงานประเภทแบตเตอรี่ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าจากระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนหลังคาในหลากหลายรูปแบบการใช้งาน โดยหนึ่งในการรูปแบบที่สำคัญ และได้รับความนิยม คือ การใช้งานเพื่อลดค่าไฟฟ้า ทั้งนี้โดยทั่วไปการเชื่อมต่อประเภทหลังมิเตอร์นั้นจะ สามารถจำแนกออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ รูปแบบการเชื่อมต่อเพื่อการผลิตไฟฟ้าแบบใช้เอง รูปแบบการเชื่อมต่อเพื่อการผลิตไฟฟ้าแบบหักลบหน่วยอัตโนมัติ และรูปแบบการเชื่อมต่อเพื่อการผลิตไฟฟ้าแบบแยกหน่วยซื้อขายไฟฟ้า นอกเหนือจากรูปแบบมาตรฐานดังกล่าวแล้ว ในปัจจุบันรูปแบบที่กำลังพัฒนา และได้รับความนิยม คือ รูปแบบสัญญาซื้อขายไฟฟ้าตรงจากผู้ผลิตไฟฟ้า รูปแบบดังกล่าวนี้นักลงทุน หรือ ผู้ผลิตไฟฟ้าจะเสนอขายไฟฟ้าจากระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนหลังคาให้กับผู้ใช้ไฟฟ้าโดยตรงโดยไม่ผ่านทรัพย์สินของการไฟฟ้า อาทิเช่น มิเตอร์ไฟฟ้า สายป้อนในระบบจำหน่าย เป็นต้น โดยราคาที่ผู้ผลิตไฟฟ้าเสนอขายนั้นโดยทั่วไปจะอยู่ในรูปแบบของส่วนลดจากอัตราค่าไฟฟ้าตามช่วงเวลาของการใช้ของการไฟฟ้า ดังนั้น วิทยานิพนธ์ฉบับนี้จึงนำเสนอถึงวิธีการคำนวณหาขนาด และตารางการทำงานของระบบกักเก็บพลังงานประเภทแบตเตอรี่ รวมถึงอัตราส่วนลดค่าไฟฟ้าที่เหมาะสม สำหรับระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนหลังคาภายใต้การเชื่อมต่อประเภทหลังมิเตอร์ และรูปแบบสัญญาซื้อขายไฟฟ้าตรงจากผู้ผลิตไฟฟ้า โดยการคำนวณหาตารางการทำงานของระบบกักเก็บพลังงานประเภทแบตเตอรี่นั้นจะพัฒนาจากหลักการทำงานตามโหมดของแบตเตอรี่ ซึ่งสามารถประยุกต์ใช้ได้กับทุกรูปแบบของการเชื่อมต่อประเภทหลังมิเตอร์ และรูปแบบสัญญาซื้อขายไฟฟ้าโดยตรงจากผู้ผลิตไฟฟ้า ทั้งนี้ สำหรับวิธีการคำนวณหาขนาด และรูปแบบการทำงานของระบบกักเก็บพลังงานประเภทแบตเตอรี่ที่เหมาะสม ภายใต้การเชื่อมต่อประเภทหลังมิเตอร์นั้นจะมีวัตถุประสงค์เพื่อลดค่าใช้ไฟฟ้าของผู้ใช้ไฟฟ้าให้มากที่สุดเท่านั้น ในขณะที่สำหรับรูปแบบสัญญาซื้อขายไฟฟ้าโดยตรงจากผู้ผลิตไฟฟ้านั้นจะมีวัตถุประสงค์ที่ลดค่าใช้ไฟฟ้าของผู้ใช้ไฟฟ้าให้มากที่สุด โดยที่จะสามารถรักษาระดับอัตราผลตอบแทนภายในของนักลงทุนได้ อีกทั้งในวิทยานิพนธ์ฉบับนี้จะประยุกต์ใช้อัตราค่าไฟฟ้าตามช่วงเวลาของการใช้ของการไฟฟ้านครหลวง สำหรับผู้ใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่ เพื่อวิเคราะห์ถึงผลกระทบของขนาดกำลังผลิตติดตั้งของระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนหลังคา ขนาดของระบบกักเก็บพลังงานประเภทแบตเตอรี่ อัตราขายสำหรับไฟฟ้าส่วนเกิน และการเสื่อมของแบตเตอรี่ โดยจากผลการวิเคราะห์จะพบว่า กำลังผลิตติดตั้งของระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนหลังคา และอัตราขายสำหรับไฟฟ้าส่วนเกินนั้นส่งผลกระทบต่อ ขนาด และรูปแบบการทำงานของระบบกักเก็บพลังงานประเภทแบตเตอรี่ รวมถึงอัตราส่วนลดค่าไฟฟ้าที่เหมาะสม โดยสำหรับรูปแบบของการเชื่อมต่อประเภทหลังมิเตอร์นั้น การเพิ่มขนาดกำลังผลิตติดตั้งของระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนหลังคาจะทำให้ขนาดของระบบกักเก็บพลังงานประเภทแบตเตอรี่ และการทำงานในโหมดจ่ายไฟฟ้า และรับไฟฟ้ามีค่าสูงขึ้น เมื่อมีการอนุญาตให้มีกระแสไฟฟ้าไหลย้อนเข้าสู่ระบบ และมีอัตราขายสำหรับไฟฟ้าส่วนเกินสูงกว่าอัตรารับซื้อไฟฟ้า โดยการพิจารณาการเสื่อมของแบตเตอรี่จะทำให้ขนาดของระบบกักเก็บพลังงานประเภทแบตเตอรี่มีค่าสูงขึ้น ในขณะที่สำหรับรูปแบบสัญญาซื้อขายไฟฟ้าโดยตรงจากผู้ผลิตไฟฟ้านั้นอัตราส่วนลดค่าไฟฟ้าที่ผู้ผลิตไฟฟ้าเสนอจะถูกจำกัดเมื่อขนาดของระบบกักเก็บพลังงานประเภทแบตเตอรี่มีค่าสูงขึ้น และขนาดกำลังผลิตติดตั้งของระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนหลังคามีขนาดใหญ่เกินความจำเป็น โดยการพิจารณาการเสื่อมของแบตเตอรี่จะเป็นการจำกัดอัตราส่วนลดค่าไฟฟ้าที่ผู้ผลิตไฟฟ้าเสนอ
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Prapanukool, Chawin, "Optimal sizing of battery energy storage system with rooftop PV generation system" (2020). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 130.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/130