Magazyny energii, inaczej magazyny prądu, stają się coraz bardziej popularne na całym świecie, szczególnie w kontekście odnawialnych źródeł energii (OZE). Przewiduje się, że w niedalekiej przeszłości staną się one niemal nieodłącznym elementem każdej instalacji fotowoltaicznej. Stąd rosnące nimi zainteresowanie wśród obecnych, jak i przyszłych prosumentów!
Co to jest magazyn energii?
Magazynowanie energii to jak posiadanie gigantycznej baterii, która pozwala nam przechowywać energię elektryczną „na później”. Jest to szczególnie istotne w kontekście instalacji fotowoltaicznej. Zwróćmy bowiem uwagę na oczywisty fakt – słońce nie świeci 24 godziny na dobę. A w większości gospodarstw domowych najwięcej energii zużywa się rano i wieczorem, kiedy to słońce nie znajduje się wysoko nad naszymi głowami, czyli w najbardziej optymalnym miejscu dla pracy fotowoltaiki.
Tym samym rozsądne jest wytwarzanie tej energii w sprzyjających warunkach, aby później wykorzystać ją właśnie w godzinach największego zużycia prądu – i osiągniemy to za sprawą magazynu energii. Świetnie obrazuje to poniższy wykres:
Pomyśl tylko – jaki jest sens sprzedawania prądu z fotowoltaiki do sieci, a później odkupywania go ponownie i płacenia więcej za opłaty przesyłowe itp. O wiele bardziej opłacalne jest zatem zużywanie tej energii na potrzeby własnego budynku. Wpływa to bezpośrednio na zwiększenie autokonsumpcji, do której zdecydowanie zachęcamy w dobie net-billingu.
Warto wiedzieć, że magazyny energii nie są jedynie domeną przydomowych instalacji fotowoltaicznych, lecz znajdują również swoje zastosowanie w przemyśle. W przypadku zakładów produkcyjnych możemy osiągnąć nawet 100% zużycia energii w sprzyjających okresach roku na miejscu! Poniżej szacunkowe wyliczenia autokonsumpcji w danym „zastosowaniu” z uwzględnieniem różnych rozmiarów magazynów energii:
| Fotowoltaika bez magazynu energii (0kWh/1kWp) |
Fotowoltaika z magazynem energii (1kWh/1kWp) |
Fotowoltaika z dużym magazynem energii (2kWh/1kWp) |
Fotowoltaika z bardzo dużym magazynem energii (4kWh/1kWp) |
|
|---|---|---|---|---|
| Dom jednorodzinny | ~22% | ~50% | ~69% | ~74% |
| Restauracja | ~43% | ~65% | ~78% | – |
| Hotel | ~65% | ~85% | ~93% | – |
| Supermarket | ~80% | ~100% | – | – |
| Fabryka | 70-100% | ~100% | – | – |
Korzyści z zastosowania magazynu energii
Oczywiście, magazyn energii to rozwiązanie, które musi zapewnić nam duże korzyści – jaki byłby bowiem sens jego zakupu za kilkadziesiąt tysięcy złotych, jeśli by tak nie było? Wymieńmy, więc w tym miejscu najważniejsze zalety magazynu energii!
- Zwiększanie autokonsumpcji z instalacji fotowoltaicznej – zamiast sprzedawania nadwyżek prądu z fotowoltaiki do sieci po niższej cenie i odkupywania jej np. wieczorem po wyższej, możemy zmagazynować energię w baterii i wykorzystać ją „dla siebie”.
- Kupować prąd w niższej taryfie i zużywać ją na własne potrzeby lub… sprzedawać po wyżej cenie po 1 lipca 2024 roku. Takie rozwiązanie może okazać się korzystne nawet bez fotowoltaiki, jeśli nowe zasady wejdą w życie.
- Zapewnienie zasilania awaryjnego – w przypadku awarii sieci, będziemy mieli zabezpieczoną jedną lub więcej faz w domu. Ma to szczególne znaczenie przy stosowaniu pompy ciepła jako źródła ogrzewania.
- Odpowiedź na wyłączanie się instalacji fotowoltaicznych – w Polsce występuje problem wyłączania się instalacji fotowoltaicznych ze względu na zbyt duże napięcie w sieci. Najgorszy jest fakt, że taka sytuacja ma miejsce, gdy fotowoltaika działa najlepiej, czyli sezonie letnim. Dzieje się tak, gdy przestarzała infrastruktura sieci energetycznej nie jest w stanie odebrać mocy generowanej przez instalacje PV w okolicy. Odpowiednio skonfigurowany magazyn energii to rozwiązanie tego problemu – fotowoltaika wciąż pracuje i to na najwyższych obrotach ładując Twój magazyn prądu!
Jak działa magazyn energii?
Magazyny energii opierają swoje działanie na skomplikowanych procesach elektrochemicznych podczas cyklów ładowania i rozładowania.
Weźmy za przykład klasyczny magazyn litowo-jonowy. W fazie ładowania, źródło prądu (np. panele fotowoltaiczne) dostarcza energię do systemu, co powoduje przepływ prądu przez celę akumulatora. W tej fazie, jony litu przechodzą z katody do anody przez separator. W anodzie, której głównym składnikiem jest zwykle grafit, jony litu są osadzane między warstwami grafenu, gdzie są magazynowane.
Podczas rozładowania, proces jest odwracalny. Jony litu przemieszczają się z anody do katody, powodując przepływ prądu, który jest wykorzystywany do zasilania urządzeń. Katoda składa się zwykle z litowanych metali, takich jak oksydy litowo-kobaltowe, litowo-manganowe lub litowo-żelazowo-fosforanowe. Przejście jonów litu z powrotem do katody umożliwia uwalnianie zmagazynowanej energii.
Kluczowym elementem zarządzania tym procesem jest system zarządzania baterią (BMS – Battery Managemenat System), który monitoruje różne parametry, takie jak napięcie, prąd, temperatura i stan naładowania. BMS dba o bezpieczeństwo i efektywność akumulatora, zarządzając procesem ładowania i rozładowania, a także chroniąc akumulator przed nadmiernym naładowaniem, nadmiernym rozładowaniem, przegrzaniem i innymi niebezpiecznymi warunkami.
Warto dodać, że skuteczność działania magazynu energii zależy od wielu czynników, takich jak technologia akumulatora, warunki środowiskowe, sposób użytkowania czy system zarządzania. Szczególnie ważne jest zarządzanie cyklami ładowania i rozładowania, aby optymalizować wykorzystanie magazynu energii i maksymalizować jego żywotność.
Jak działa magazyn energii z fotowoltaiką?
Zasada działania magazynu energii w systemie fotowoltaicznym polega na lepszym wykorzystaniu zielonej energii z fotowoltaiki. Instalacja fotowoltaiczna zasila w domu wszystkie urządzenia i ładuje magazyn energii, a nadwyżki sprzedaje do sieci energetycznej i musi je odkupić od Ciebie Twój sprzedawca prądu. Wieczorem, gdy fotowoltaika już przestaje działać, urządzenia w Twoim domu są zasilane przez prąd zmagazynowany w akumulatorze. Po rozładowaniu akumulatora do fotowoltaiki kupujesz prąd od swojego sprzedawcy prądu, a rachunek za prąd zostanie pomniejszony o wartość energii, którą wcześniej mu sprzedałeś. Warto dodać, że rozliczenie ze sprzedawcą energii następuje w skali roku. Więcej informacji w artykule o rachunkach za prąd.
Inaczej mówiąc magazyn energii zwiększa autokonsumpcję z fotowoltaiki, to znaczy ilość energii, jaką bezpośrednio zużywasz w domu.
Czy można uzyskać całkowitą niezależność z magazynów energii?
Musimy pozbawić Cię złudzeń – nie da się zrobić tak, by każdego dnia magazynować całą nadmiarową energię z fotowoltaiki i wykorzystywać ją wieczorem. Całkowita samowystarczalność i niezależność nie jest opłacalna.Dlaczego?
- Fotowoltaika działa 5 razy lepiej latem niż zimą – czyli zimą dla niezależności potrzebnaby była ogromna instalacja fotowoltaiczna.
- W pochmurne dni fotowoltaika działa dużo gorzej – czyli dla niezależności potrzebowałbyś ogromnego magazynu energii.
Co jest po prostu nieopłacalne. Sprzedaż energii i rozliczenie jej ze sprzedawcą energii w cyklu rocznym to jedyny sposób na to, by fotowoltaika zarabiała latem na prąd zimą.
Magazyn energii – cena
Standardowy magazyn energii o pojemności 10 kWh kosztuje od 35 000 do 50 000 zł brutto (z 8% VAT). Dołożenie funkcji zasilania awaryjnego oznacza dalsze koszty w wielkości od 8 000 do 12 000 zł, a czasami sporo więcej, w zależności od wymaganego zakresu prac (dodatkowy sprzęt, przerobienie instalacji elektrycznej w domu). Cenę te można jednak znacznie obniżyć, dzięki programowi Mój Prąd 5.0 i uldze termomodernizacyjnej, o których wspominamy poniżej.
Ranking magazynów energii
Jaki magazyn energii wybrać? Którzy producenci są najlepsi? Zachęcamy do zapoznania się z naszym rankingiem magazynów energii do fotowoltaiki!
Jak widzisz, na wynik składają się cztery oceny cząstkowe:
- “Osiągi” to szybkość ładowania akumulatora oraz warunki gwarancyjne
- “Zasilanie awaryjne” opisuje dostępne funkcje zasilania awaryjnego
- “Wiarygodność” dotyczy producenta. Wiarygodny producent ma doświadczenie w tym co robi i oferuje dobrą obsługę klienta w Polsce
- “Opłacalność” stara się odpowiedzieć na fundamentalne pytanie “jak bardzo jest to warte swojej ceny?”
Najważniejsze parametry magazynów energii
Magazyny energii opisane są dwoma podstawowymi parametrami, pojemnością i mocą.
- Pojemność opisuje ile kWh (kilowatogodzin) można zmieścić w akumulatorze.
- Moc w kW mówi, z jaką mocą można ładować / rozładowywać akumulator.
Z tych parametrów wynika prędkość ładowania.
Prędkość ładowania (C-rate)to wynik ilorazu pojemności i mocy. C-rate 1 oznacza, że cały magazyn można naładować od 0 do 100% w jedną godzinę. Rozładowanie trwa tyle samo.
C-rate [h] = pojemność [kWh] / moc [kW]
Przykład: Huawei Luna ma 10 kWh pojemności i 5 kW mocy. C-rate wynosi 2, czyli naładowanie tego magazynu trwa 2 godziny.
Czy magazyn energii może zasilać samochód elektryczny?
Magazyny energii mogą podładować samochód elektryczny, jeśli pojechałeś nim do pracy i wróciłeś wieczorem. Nie ma jednak szans, żeby naładowały go od zera do 100%. Domowe magazyny energii mają stosunkowo małą pojemność, a akumulatory w samochodach elektrycznych bardzo dużą.
- Akumulatory litowo-jonowe
- typu LFP
- typu NMC
- typu LTO
- typu NCA
- Akumulatory kwasowo-ołowiowe do głębokiego rozładowania
- typu MF (czyli z płynnym elektrolitem i w zamkniętej obudowie)
- żelowe (czyli z elektrolitem żelowym)
- typu AGM (czyli ze szklaną matą absorpcyjną)
- Magazyny przepływowe
- Wodorowe magazyny energii
Akumulatory litowo-jonowe są zdecydowanie najpopularniejsze. Mają bardzo wysoką sprawność ok. 90% i można je rozładować niemal do zera. Te dwie cechy sprawiają, że to doskonałe uzupełnienie instalacji fotowoltaicznych.
Istnieje kilka typów baterii litowo-jonowych, NMC, NCA, LTO, lecz najlepszym wyborem na magazyn stacjonarny wydaje się być LFP. Dlaczego? Bo oferuje największe bezpieczeństwo.
Akumulatory kwasowo-ołowiowe to stara i sprawdzona technologia, popularna w małych instalacjach off-grid ze względu na odporność na zimno. Zamontowane w domku letniskowym mogą działać latem, a zimą można je tam zostawić bez obaw o degradację.
Akumulatory kwasowo-ołowiowe wydają się tańsze w zł/kWh od magazynów litowo-jonowych, jednak nie są najlepszym wyborem w instalacjach domowych. Wymagają one osobnego wentylowanego pomieszczenia oraz mają niską sprawność, czyli tracą dużo energii. Poza tym nie można ich rozładować poniżej 50% stanu naładowania, podczas gdy nowsze akumulatory można rozładować niemal do zera. W efekcie akumulator kwasowo-ołowiowy o pojemności 9 kWh w rzeczywistości mieści tyle samo energii użytkowej co akumulator litowo-jonowy o pojemności 5 kWh.
Przepływowe magazyny energii wolniej się degenerują, są tańsze i bardziej ekologiczne od litowo-jonowych! Z tego powodu już są stosowane w instalacjach przemysłowych! Mają dość niską moc i spore wymiary, dlatego nie są jeszcze powszechnie stosowane w instalacjach domowych. Ale może za rok, dwa… ?
Wodorowe magazyny energii to zupełnie inna klasa. Żywotnością mogą dorównać panelom fotowoltaicznym i są wręcz przyjazne środowisku. Problemem jest niska sprawność oraz wysoka cena. Ale gdy technologia się wreszcie upowszechni i ceny spadną, będzie to murowany hit.
Magazyn energii DC czy AC?
Mówiąc w skrócie, jeśli nie masz jeszcze instalacji fotowoltaicznej, wybierz DC – będzie taniej. Jeśli masz już instalację fotowoltaiczną, wybierz AC – bo nie za bardzo masz wyjście. Jeśli w ogóle nie chcesz, albo nie możesz mieć instalacji fotowoltaicznej, również musisz wybrać AC.
Magazyn energii DC od AC różni się baterią (wysokonapięciową dla magazynu DC, niskonapięciową dla AC) i ilością sprzętu, a w konsekwencji ceną.
Magazyn energii DC jest tańszy niż AC, bo dzieli z instalacją fotowoltaiczną wspólny inwerter, a wersja AC wymaga dwóch inwerterów – jednego do fotowoltaiki i drugiego do akumulatora. Niestety musi to być specjalny rodzaj inwertera – inwerter hybrydowy – zatem montaż magazynu musi przebiegać wraz z montażem fotowoltaiki, co wymaga planowania z wyprzedzeniem.
System z magazynem DC jest prostszy niż z magazynem AC, bo w obrębie tego systemu tylko raz przekształcasz prąd ze stałego na przemienny, a w systemie AC – dwa razy. Z kolei magazyn energii AC jest bardziej „samodzielny” i łatwiej go podłączyć do istniejącej instalacji.
Magazyn DC musi mieć baterie wysokonapięciowe, które można ładować prądem stałym o napięciu nawet kilkuset V. Jest tak dlatego, że ten typ magazynu ładowany jest bezpośrednio przez fotowoltaikę, która produkuje prąd stały o wysokim napięciu. Z kolei magazyn AC ładuje baterie niskonapięciowe prądem z gniazdka, oczywiście wcześniej przekształcając prąd przemienny na stały.
Opublikowane przez Dawid Kaczmarczyk
