Zastosowanie magazynów energii

Podstawowym zadaniem instalacji fotowoltaicznej jest wyprodukowanie prądu i przekazanie go do urządzeń korzystających z zasilania elektrycznego. W niektórych przypadkach wystarczy zestaw paneli, okablowanie i falownik, który przetworzy prąd stały na zmienny. Do niedawna istniejący w Polsce system rozliczania fotowoltaiki net-metering umożliwiał korzystanie z sieci publicznej jak z wirtualnego magazynu energii. Dlatego instalacja domowa często ograniczała się do paneli słonecznych, falownika i ewentualnie urządzeń optymalizujących działanie systemu.

Po wprowadzeniu nowego rozliczania kosztowego (net-billing) stało się to bardziej skomplikowane. Jednym z zadań nowego systemu jest zwiększenie ilości prosumentów, którzy stawiają na autokonsumpcję czyli większe wykorzystanie wyprodukowanej energii na miejscu. I tutaj niezbędne są akumulatory do fotowoltaiki, czyli różne formy magazynów energii, które pozwolą zachować prąd z ogniw fotowoltaicznych na czas zmniejszonej produkcji (noc, pochmurne i krótsze dni). Jest to też rozwiązanie korzystne cenowo w dalszej perspektywie. Chociaż musimy dokupić magazyn energii do paneli słonecznych, to dzięki niemu uniezależniamy się od niepewnych cen prądu z sieci.

Czy bateria fotowoltaiczna jest tym samym co akumulator?

Szukając informacji o formach magazynowania energii można się zetknąć z nieprecyzyjnym stosowaniem terminów. Dla jasności zaznaczamy więc, że określenie baterie fotowoltaiczne stosuje się najczęściej w stosunku do ogniw PV. Czasami można się spotkać ze stosowaniem zamiennie pojęć akumulator i bateria, częściej mówi się wtedy baterie do fotowoltaiki niż baterie PV lub baterie słoneczne. W poniższym tekście bateriami fotowoltaicznymi będziemy nazywać ogniwa fotowoltaiczne, natomiast akumulatorami lub bateriami do fotowoltaiki magazyny energii. To szczegół, na który warto zwrócić uwagę. Stosowanie właściwych terminów może m.in. ułatwić wyszukiwanie właściwych urządzeń w sklepach i na stronach internetowych.

Do czego można wykorzystać magazyn energii?

Jak zaznaczyliśmy wcześniej magazyn energii jest zwykle wykorzystywany w systemach fotowoltaicznych, w których trzeba się przestawić na całkowitą lub częściową autokonsumpcję. Mogą to być zarówno systemy off-grid (bez podłączenia do sieci publicznej, wykorzystujące tylko prąd z paneli i z akumulatora) jak i hybrydowe on-grid (podłączone do sieci, korzystające częściowo z prądu dostarczanego od dystrybutora). Liczy się fakt, że prąd jaki produkuje instalacja PV będzie całkowicie lub częściowo przechowywany do późniejszego wykorzystania na potrzeby lokalne, a nie przesłany do sieci publicznej.

Różnego rodzaju akumulatory do fotowoltaiki są też stosowane w mniejszych instalacjach, które wykorzystujemy najczęściej podczas letnich wakacji, np. domki kempingowe, ogródki działkowe, kampery albo jachty. Wówczas mniejsze zapotrzebowanie na energię i dłuższy dostęp do światła słonecznego w ciągu dnia pozwalają na stosowanie baterii słonecznych o mniejszej mocy, jak również mniej pojemnych akumulatorów, niż te stosowane w domowych mikroelektrowniach.

Rodzaje akumulatorów do fotowoltaiki

Wybór konkretnego modelu jak i technologii w jakiej został wykonany taki magazyn energii jest uzależnione od przeznaczenia instalacji fotowoltaicznej. Żeby wiedzieć co wybrać najlepiej będzie najpierw sprawdzić jakie są opcje. Istnieje wiele technologii przechowywania energii z instalacji PV. Oto najczęściej stosowane w przydomowych, firmowych i mobilnych (kamper, jacht) magazynach energii:

Wady i zalety akumulatorów

Rodzaj akumulatora

Zalety

Wady

Akumulatory litowo-jonowe (Li-ion)

  • - szybkie ładowanie i niska samorozładywalność
  • wysoka gęstość energii
  • długa żywotność (zwykle ok. 1000 cykli w optymalnych warunkach)
  • nie wymagają częstej konserwacji
  • - wrażliwe na temperaturę (mogą wybuchnąć przy przegrzaniu lub zmniejszyć pojemność przy zbyt niskich temperaturach)
  • wysoka cena akumulatorów
  • negatywny wpływ wydobycia surowców na środowisko
  • trudny proces recyklingu

Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4)

  • - wysoka gęstość energii
  • długa żywotność
  • szybkie ładowanie
  • praca w różnych temperaturach
  • przyjazne dla środowiska (przynajmniej w porównaniu do innych technologii)
  • - wysoka cena
  • niska wydajność przy wysokim prądzie rozładowania
  • niższe napięcie niż w bateriach Li-ion

Akumulatory kwasowo-ołowiowe (kwasowe)

  • - solidne i trwałe
  • niska samorozładowywalność
  • wydajne
  • niska cena
  • łatwe do recyklingu
  • odporne na wstrząsy
  • - ograniczona pojemność (w porównaniu do większości innych baterii)
  • konieczność sprawdzania i uzupełniania elektrolitu
  • podatne na tzw. głębokie rozładowanie (całkowite rozładowanie wpływa na ich żywotność)

Akumulatory żelowe

(akumulator żelowy jest rodzajem akumulatora kwasowo-ołowiowego)

  • - niska samorozładowywalność
  • stabilne, odporne na wycieki (dzięki żelowej konsystencji elektrolitu)
  • odporne na wibracje (doskonałe jako magazyn energii w pojazdach i jachtach)
  • żywotne
  • nie wymagają uzupełniania poziomu elektrolitu
  • - akumulator żelowy ma niską gęstość energii
  • może się nagrzewać podczas szybkiego rozładowania

Akumulatory AGM (kolejna odmiana akumulatora kwasowo-ołowiowego)

  • - mata szklana zamiast elektrolitu płynnego (nie wymagają uzupełniania elektrolitu, nie grożą wyciekiem kwasu)
  • niskie straty energii
  • bezpieczne i odporne na wstrząsy
  • - wysoka cena
  • możliwość przegrzania i zaburzenia wydajności przy nieprawidłowym ładowaniu
  • wrażliwość na głębokie rozładowanie
  • krótka żywotność

Akumulatory sodowo-siarczanowe (NAS)

  • - wysoka wydajność (przechowują dużo energii na jednostkę masy)
  • skalowalność (sprawdzą się jako akumulatory do fotowoltaiki przydomowej i do dużych systemów np. farm fotowoltaicznych)
  • długa żywotność (ponad 1000 cykli – dlatego jest uważany za baterię przyszłości)
  • - wysoka temperatura pracy – to niekoniecznie wada, ale wymaga zastosowania dodatkowej energii cieplnej, żeby zapewnić prawidłową pracę akumulatora

Akumulatory przepływowe (flow, przepływowo-cieczowe)

  • - długa żywotność
  • energia na żądanie (są elastyczne w ładowaniu i rozładowywaniu bez szkód dla pojemności)
  • skalowalność
  • pojemność energii niezależna od mocy (energia jest przechowywana w osobnych zbiornikach z elektrolitem, można zwiększać jej pojemność niezależnie od oddawanej mocy)
  • - duża objętość magazynu energii
  • wyższa cena akumulatorów
  • wymaga specjalnego zarządzania bezpieczeństwem, ze względu na zastosowane składniki (kwas siarkowy)

Spośród wymienionych powyżej w domowej fotowoltaice najczęściej stosuje się ołowiowo-kwasowe, ze względu na optymalny stosunek ceny do wydajności. Szczególną popularnością cieszy się akumulator żelowy. Baterie litowo-jonowe mają zastosowanie tam gdzie liczy się żywotność i możliwość szybkiego ładowania, natomiast litowo-żelazowo-fosforanowe są uważane za najbezpieczniejsze i najbardziej przyjazne dla środowiska. Wybór baterii do fotowoltaiki zależy jednak przede wszystkim od konkretnych potrzeb i możliwości (miejsce, fundusze). Jeśli szukasz więcej porad i informacji, sprawdź także zebrane w tym miejscu artykuły o fotowoltaice.

Ile kosztują akumulatory do fotowoltaiki?

Powiedzieliśmy, że np. akumulator żelowy może być tańszy niż litowo-żelazowo-fosforanowy, teraz dobrze przyjrzeć się konkretnym cenom. Cena akumulatorów, to kolejny ważny czynnik podczas wyboru odpowiedniego urządzenia. Jaki jest koszt poszczególnych rodzajów i modeli magazynów energii? Ile kosztuje magazyn energii do fotowoltaiki 10 kW, a ile akumulator do kampera?

  • Ceny magazynów 5 kW pojemności wahają się od ok. 22 do ok. 28 tys. zł,
  • Ceny akumulatorów 10 kW wynoszą od 32 do ok. 41 tys. zł,
  • Ceny akumulatorów 20 kW wahają się od 54 do ok. 80 tys. zł.

Z tego najdroższe mogą być litowo-jonowe lub litowo-żelazowo-fosforanowe. Dużo zależy nie tylko od zastosowanego składu i technologii, ale od marki.

W przypadku akumulatorów do kampera czy jachtu zastosowane technologie są te same co przy domowej fotowoltaice, ale koszt będzie niższy. Zasilenie małej lodówki turystycznej, oświetlenia i niewielkich urządzeń elektrycznych nie będzie wymagało tak dużej pojemności jak zasilenie całego domu. Dlatego do takich systemów fotowoltaicznych wystarczą akumulatory o pojemności kilkuset Wh (wato-godzin). Koszt takich urządzeń zwykle zamyka się w granicach kilku tysięcy złotych.

Jak wybierać akumulatory do fotowoltaiki?

Chociaż da się orientacyjnie określić różnicę między kosztem akumulatora na jacht i akumulatora do domu jednorodzinnego, to ostateczna decyzja zależy od potrzeb inwestora. Co trzeba wziąć pod uwagę kupując akumulatory do fotowoltaiki?

Przede wszystkim trzeba je dostosować do paneli słonecznych. Instalacja PV o odpowiedniej mocy będzie musiała współpracować z akumulatorem o określonej pojemności i czasie ładowania. Na przykład to jaki akumulator do fotowoltaiki 5 kW będzie najlepszy zależy ile trwa ładowanie danego akumulatora, ile energii wykorzystamy z magazynu, a ile bezpośrednio lub z sieci. Czas ładowania akumulatora zależy od jego pojemności – im więcej trzeba energii do pełnego ładowania, tym dłużej będzie się ładować. To może być wyrównane przez zastosowaną technologię. Jak pisaliśmy wcześniej (por. tabela) baterie Li-ion i LiFePO4 ładują się dość szybko. Są też takie, dla których szybkie ładowanie może być szkodliwe.

Ważna jest raczej adekwatność pojemności magazynu do łącznej mocy ogniw, żeby zoptymalizować prawidłowe działanie danych systemów fotowoltaicznych. Przyjmuje się mniej więcej, że moc instalacji PV powinna być równa pojemności akumulatora w amperogodzinach. W zależności od zapotrzebowania wartość ta może być trochę niższa lub trochę wyższa.

Pamiętajmy, że o dobranie właściwego akumulatora do systemów fotowoltaicznych najlepiej poprosić eksperta. Osoba lub firma, która się w tym specjalizuje nie tylko zna podstawowe wady i zalety różnych akumulatorów, ale ma doświadczenie praktyczne w ich stosowaniu u innych klientów.

ikona podziel się Przekaż dalej