Magazyny energii do fotowoltaiki - cena, rodzaje, co do domu?

Co to jest, jak działa i kiedy jest potrzebny magazyn energii?

Jak działa magazyn energii?

Mówiąc najbardziej ogólnie magazynem energii nazywa się urządzenie, które przechowuje energię elektryczną, nie wykorzystaną do bieżącego użytku.

Panele fotowoltaiczne odbierają energię z promieni słonecznych i przetwarzają ją w prąd stały. Prosta instalacja fotowoltaiczna jest podłączona do falownika, który przetwarza prąd stały w prąd przemienny, a ten przekazuje prąd do sieci. Można też dodać magazyn prądu, który będzie zachowywał część wytworzonej energii.

Magazyn energii fotowoltaicznej działa tak jak każdy akumulator. Magazynuje on energię za pomocą odwracalnej reakcji elektrochemicznej (przynajmniej w akumulatorach przydomowych), a następnie może ją oddać do sieci domowej lub bezpośrednio do urządzeń elektrycznych. Bank energii, który zabieramy na wycieczkę czy trzymamy awaryjnie w piwnicy, to zwykle nieduże urządzenia o pojemności liczonej w miliamperogodzinach (mAh) lub watogodzinach (np. 78 000 mAh/281 Wh). W przeciwieństwie do nich magazyn energii do fotowoltaiki dla domu może mieć pojemność kilku kilowatogodzin, np. 10 kWh. Podłącza się go bezpośrednio do instalacji domowej i musi mieć większą wytrzymałość na ciągłe ładowanie.

Po co magazyn energii?

Jednym z ważnych zagadnień, które dobrze jest znać, zanim powiemy więcej o magazynie, jest profil zużycia energii w ciągu dnia. Mówiąc najprościej produkcja prądu z energii słonecznej jest największa w czasie, kiedy najmniej z niej korzystamy, czyli około południa. W Polsce ten problem rozwiązano tak, że w czasie najwyższej produkcji większość energii jest oddawana do sieci, natomiast prosument pobiera energię z sieci w czasie, kiedy jej najbardziej potrzebuje – zwykle rano i wieczorem.

Do 2022 roku rozliczano ten system w oparciu o opomiarowanie netto (net-metering). Polegało ono na odejmowaniu od rachunku energii wyprodukowanej przez klienta. Obecnie przyjęto rozliczenia na zasadzie kosztowej (net-billing). W tym systemie prosument sprzedaje nadwyżki energii i odkupuje za środki ze sprzedaży energię potrzebną dla siebie.

Wraz z wprowadzeniem nowego sposobu rozliczenia dla właścicieli mikroinstalacji fotowoltaicznych zaczęło się opłacać magazynowanie energii na własne potrzeby. Dlatego coraz więcej osób decyduje się na magazyn energii do fotowoltaiki.

Co to jest HEMS i EMS?

Zanim przejdziemy dalej, trzeba wyjaśnić jeszcze jedno zagadnienie. Kupno magazynu to kolejny krok, po zakupie fotowoltaiki, ku oszczędniejszemu wykorzystaniu energii. Ten system można dalej rozwinąć, żeby był bardziej wydajny i wygodniejszy w użyciu. Skróty HEMS i EMS oznaczają system zarządzania energią w domu. Pierwszy odnosi się do zarządzania zarówno urządzeniami do produkcji prądu ze słońca jak i własnymi urządzeniami cieplnymi (kolektory, pompy ciepła). EMS to system odpowiadający za przepływ energii między instalacją, magazynem energii i urządzeniami, wykorzystującymi prąd na bieżąco. Można go też połączyć z siecią, gdzie będzie odprowadzał nadwyżki energii. Oba systemy wykorzystują urządzenia analizujące, które są przekazywane na serwer. Prosument ma dostęp do informacji i może kierować przepływem energii do sieci lub na potrzeby własne z aplikacji w smartfonie.

Rodzaje magazynów energii

Magazyn prądu powinien być dostosowany do instalacji fotowoltaicznej i zapotrzebowania w danym budynku. Obliczenie zapotrzebowania na energię elektryczną dla domu najłatwiej przeprowadzić sprawdzając rachunki za poprzedni rok. Jeżeli nie zamierzamy znacząco modyfikować naszego zużycia energii, ta informacja powinna wystarczyć. To jednak nie wszystko jeżeli chodzi o rodzaje magazynów energii. Oto najważniejsze rozróżnienia:

1. Magazyny mechaniczne – nie są stosowane do instalacji PV, ale warto wiedzieć o ich istnieniu. Magazynują energię przez różne interakcje mechaniczne zawartego nośnika np. w magazynach szczytowo-pompowych energia elektryczna jest generowana przez pompowanie wody między dwoma lub więcej zbiornikami.
2. Magazyny elektryczne – używane najczęściej przed duże farmy fotowoltaiczne. Pozwalają na magazynowanie dużych ilości energii elektrycznej i mogą być ładowane i rozładowywane wielokrotnie. Są to superkondensatory, czyli kondensatory o wielokrotnie większej mocy niż używana do celów domowych oraz zasobniki nadprzewodnikowe, w których prąd gromadzi się w polu magnetycznym materiału nadprzewodnikowego. Nie będziemy tutaj przybliżać szczegółów, bo takich urządzeń nie wykorzystuje się w przydomowych mikroinstalacjach.
3. Magazyny elektrochemiczne – zwykle to te stosuje się jako przydomowe magazyny energii. Ogólna zasada działania elektrochemicznego magazynu energii opiera się na magazynowaniu osobno ładunku dodatniego i ujemnego na katodach i anodach. Po zamknięciu obwodu zaczyna płynąć zgromadzony w magazynie prąd. Akumulator może być:

• Kwasowo-ołowiowy – elektrolit w akumulatorze jest w roztworem wodnym (37%) kwasu siarkowego. Z ołowiu wykonane są elektrody zanurzane w elektrolicie. Do akumulatora podłącza się prąd stały. Główną wadą tego typu akumulatorów jest parowanie wody z roztworu i ryzyko wycieku kwasu. Ten problem częściowo rozwiązano w akumulatorach żelowych.
• Litowo-jonowy – w tych akumulatorach elektrolit jest cieczą zawierającą sole litowe. Elektrody składają się z porowatego węgla i tlenków metali. Baterie litowo-jonowe są najczęściej wykorzystywane komercyjnie, również jako magazyn energii fotowoltaicznej. Są trwałe, mają dużą pojemność i nadają się do recyklingu.
• Litowo-żelazowo-fosforanowy – jest odmianą akumulatora litowo-jonowego. Charakteryzuje się większą żywotnością i bezpieczeństwem użytkowania. Jest też zwykle odpowiednio droższy. W nowoczesnych przydomowych magazynach energii to właśnie ten rodzaj akumulatorów wykorzystuje się najczęściej.

Jaki magazyn energii dla domu?

Magazyn prądu do domu i na działkę

Poznaliśmy już teoretyczne informacje na temat magazynów energii. Teraz czas przyjrzeć się bardziej praktycznej stronie zagadnienia.

Jak wspomnieliśmy, do instalacji fotowoltaicznej dla domu najlepiej wybrać litowo-jonowy lub litowo-żelazowo-fosforanowy magazyn prądu. Z kwasowo-ołowiowych najbezpieczniejsze i długo pracujące będą akumulatory żelowe, które wolniej tracą wodę z elektrolitu niż kwasowo-ołowiowe ze zwykłym roztworem wodnym.

Do małych instalacji off-grid (np. na działce, w kamperze) można wybrać nieduży akumulator, który pokryje zapotrzebowanie na kilka urządzeń, używanych przez krótki czas. Bank energii, o jakim pisaliśmy na początku, o pojemności kilkuset watogodzin może się okazać wystarczający. Dobór mocy magazynu zależy od tego do jakich urządzeń będziemy go chcieli przyłączać. Zwykle jednak turystyczne banki energii nie mają dużej mocy wyjściowej. Może to być 200 W przy 280 Wh pojemności.

Jak duży magazyn energii do fotowoltaiki będzie wystarczający do codziennego użytku? Najbardziej interesuje nas tutaj magazyn energii fotowoltaicznej do nieco większego obiektu. Skupimy się też na pojemności. W przypadku małego domu jednorodzinnego można postawić na magazyn prądu o pojemności między 5kWh i 10 kWh. Dla większego domu zaleca się przynajmniej 10-15kWh pojemności magazynu. Do mocy jeszcze wrócimy, obliczając dalej przykładowe zapotrzebowanie kluczowych urządzeń.

Inne parametry, na które warto zwrócić uwagę to żywotność akumulatora – w akumulatorze cyklicznym liczona w przewidywanej ilości cykli ładowania (np. 5000, 6000 cykli), szybkość ładowania, a także łatwość obsługi i możliwość zwiększania pojemności.

Żywotności liczonej w cyklach nie da się przełożyć bezpośrednio na lata użycia, bo dużo zależy od warunków w jakich pracuje akumulator. Orientacyjnie można założyć, że 10 000 cykli dla przeciętnego magazynu energii, to 15 do 20 lat pracy. Jeśli szukasz więcej porad, sprawdź także zebrane w tym miejscu artykuły na temat fotowoltaiki.

Co konkretnie wybrać?

W internecie bez problemu znajdziemy rankingi najlepszych marek i modeli. Konkretny model wybieramy jednak na podstawie własnego zapotrzebowania i możliwości. Warto przy tym pamiętać, że dopłaty z ministerstwa można dostać tylko do systemów fotowoltaicznych, które nie są przewymiarowane (odpowiadają zapotrzebowaniu danego gospodarstwa). Jeżeli liczymy na zwrot za dokupienie magazynu energii, powinniśmy brać to pod uwagę.

Rozpatrzmy teraz przykłady:

Przykład 1. Czteroosobowe gospodarstwo domowe, urządzenia raczej energooszczędne. Jeżeli magazyn prądu będzie stosowany w razie awarii prądu, to przede wszystkim wykorzystamy go do zasilenia kluczowych urządzeń i wybranych gniazdek. Załóżmy, że niezbędne urządzenia to oświetlenie, lodówka, pralka i możliwość podłączenia laptopa i innych urządzeń mobilnych (zwłaszcza jeżeli tablet lub smartfon służy do kierowania systemem ogrzewania lub innymi urządzeniami), pompa ciepła oraz plus/minus trzy dodatkowe urządzenia o przeciętnym zużyciu energii. Jak będzie się kształtować zużycie prądu?

• Energooszczędna lodówka klasy A++ zużywa ok. 34 W na godzinę lub mniej. 24 h x 34 W = 816Wh.
• oszczędne oświetlenie w 6 pomieszczeniach to średnio ok. 6W na żarówkę, przez 5 godzin w ciągu dnia – 180Wh.
• pralka klasy A to ok. 1,2 kWh na pranie (w sytuacji awaryjnej nie będziemy szaleć z praniem).
• dobry laptop, który służy do celów edukacyjnych i biurowych (zintegrowana karta graficzna) – ok. 40-45 W. Jeżeli używamy go przez 5 godzin dziennie, to zużycie wyniesie maksymalnie 225 Wh. Dajmy każdemu członkowi rodziny jeden laptop, średnio wykorzystywany prze 5 h. Będzie to 225x5 czyli 1,28 kWh.
• płyta indukcyjna, zużywająca powiedzmy 1500 W/h, używana przez 3 godziny w ciągu dnia, to 3 kWh na dzień.

Do tego należy dodać zużycie prądu przez pompę ciepła i wybrane dodatkowe urządzenia ok. 1 kWh na dzień.

Wychodzi nam ok. 6-7 kWh na dzień. Zakładamy przy tym, że co prawda oszczędzamy prąd (bo jest awaria), ale możemy normalnie funkcjonować – pisać, uczyć się, słuchać muzyki, prać i używać ciepłej wody. W takiej sytuacji wystarczy bez problemu magazyn poniżej 10 kWh pojemności i o podobnej mocy.

Przykład 2.: Zwykłe zużycie prądu w dużym domu jednorodzinnym, jest pokrywane częściowo z magazynu (autokonsumpcja). Obliczenie pełnego wykorzystania prądu w przypadku konkretnego domostwa najłatwiej przeprowadzić porównując rachunki z ostatnich kilku miesięcy. Tutaj podamy tylko oficjalne widełki zużycia dla różnych gospodarstw domowych:

• 1-osobowe: 800 – 1 600 kWh/rok, czyli średnio: 2,2 – 4,3 kWh/dzień,
• 2-osobowe: 1 100 – 1 700 kWh/rok, czyli średnio: 3 – 4,6 kWh/dzień,
• 3-osobowe: 1 400 – 2 100 kWh/rok, czyli średnio: 3,8 – 5,75 kWh/dzień,
• 4-osobowe: 1 900 – 2 300 kWh/rok, czyli średnio: 5,2 – 6,3 kWh/dzień,
• 5-osobowe: 2 200 – 2 700 kWh/rok, czyli średnio: 6 – 7,4 kWh/dzień.

Na podstawie tych wyliczeń nie trudno się domyślić dlaczego przeciętny magazyn prądu dla domu ma od 5kW do 15kW mocy i około 10 kWh pojemności.

Kolejnym kryterium wyboru dla wielu gospodarstw domowych będzie cena magazynu energii i jej stosunek do wydajności sprzętu.

Cena magazynu energii – opłacalność nowego systemu

Cena magazynu energii a jego parametry

Jeżeli ktoś kupował akumulator turystyczny, to może nie mieć wyobrażenia ile kosztuje magazyn energii do fotowoltaiki dla przeciętnego gospodarstwa domowego. Małe akumulatory do okazjonalnego użytku są tańsze, bo nie muszą być tak pojemne, ani odporne na ciągłą eksploatację. Cena magazynu energii dla domu będzie mniej więcej dziesięciokrotnie wyższa, w zależności od pojemności, jakości i marki. Oczywiście można wybrać tańsze i droższe modele. Przyjrzyjmy się kilku przykładowym.

Przykładowe modele

Model	Pojemność nominalna/użytkowa	Cena	Dodatkowe informacje
Huawei LUNA2000-5-S0	5kWh /-	20 tys. zł	8000 cykli, litowo-żelazowo-fosforanowy
Sofar Solar BTS E5-DS5 5120 W	5,12 kWh/4,75 kWh	17 tys. zł	6000 cykli, litowo-żelazowo-fosforanowy
PylonTech Force L2	10,65/9,59 kWh	33 tys. zł	6000 cykli, litowo-jonowy
Fronius Solar Battery	10,5/8,4 kWh	48 tys. zł	8000 cykli, litowo-żelazowo-fosforanowy

Ceny zaczynają się co prawda już od 15 tys. zł, ale żeby kupić coś naprawdę dobrego i wytrzymałego lepiej od razu przygotować 20 tys. Wiedząc ile kosztuje magazyn energii do 10 kWh, można go łatwo porównać z magazynami o większej pojemności. Akumulatory o pojemności większej niż 15 kWh mogą kosztować nawet powyżej 60 tys. zł. Warto jednak dodać, że np. w ramach programu Mój Prąd 4.0 dostaniemy do 16 tys. zł zwrotu za bank energii.