Zmienna podaż prądu z elektrowni słonecznej albo wiatrowej

Jak magazynować energię elektryczną w domu?

Nie zawsze wieje wiatr, nie zawsze świeci słońce – elektrownie wiatrowe w Polsce i instalacje fotowoltaiczne wytwarzają tyle energii elektrycznej, ile aktualnie dostarcza jej natura. Kumulacja zapotrzebowania na energię elektryczną przez odbiorców rzadko pokrywa się z okresami szczytu „dostaw” energii odnawialnej słonecznej i wiatrowej. Zarówno w energetyce przemysłowej, jak i tej stosowanej w domu, problemem jest przechowywanie nadwyżek energii.

Unijne ustalenia zobowiązują kraje członkowskie do zastępowania w coraz większym stopniu paliw kopalnych odnawialnymi źródłami energii. Systemy działań proekologicznych (białe certyfikaty, zielone certyfikaty) wspierają elektrownie wiatrowe w Polsce, a także prosumenckie instalacje fotowoltaiczne. Białe certyfikaty, czyli świadectwa efektywności energetycznej, funkcjonują na Rynku Praw Majątkowych, wspierając modernizację energetyczną firm.

Zależne od kaprysów pogody źródła zasilania generatorów prądu sprawiają, że magazynowanie energii staje się koniecznością. Potrzebne są sposoby na przechowywanie zapasów energii elektrycznej do zasilania odbiorników, kiedy nie świeci słońce i nie wieje wiatr. Istnieją różne sposoby, które pozwalają gromadzić energię nie tylko popularnych akumulatorach.

Akumulacja energii elektrycznej – magazyny nadwyżek prądu elektrycznego

Magazynowanie energii umożliwia korzystanie z prądu wytwarzanego przez elektrownie słoneczne i wiatrowe nie tylko w okresie aktywności generatorów. Magazyny zapewniają zasilanie według potrzeb, niezależnie od natężenia promieniowania słonecznego i siły wiatru. Bezpośrednia akumulacja prądu jest możliwa w kondensatorach, jednak do celów praktycznych mało przydatna.

W przypadku większych ilości energii wykorzystuje się pośrednie sposoby magazynowania. Prąd elektryczny zamienia się w inną formę energii, którą łatwiej jest magazynować, a następnie ponownie wytwarza z niej prąd. Oto główne sposoby rozwiązania problemu:

  • Baterie i akumulatory - od dawna znane magazyny energii elektrycznej. Gromadzą prąd elektryczny na chemicznej zasadzie i są dobrze wypróbowane. Ten sposób magazynowania energii jest jednak – ze względu na małą pojemność – stosunkowo drogi. Dostępne są wysokiej jakości akumulatory przydatne w energetyce fotowoltaicznej. Większość z nich nie jest jednak odpowiednia do dużych elektrowni. Elektrownie akumulatorowe są planowane w Australii. Pod koniec 2017 roku producent samochodów elektrycznych Tesla uruchomił tam baterię litowo-jonową, zasilającą w energię elektryczną ponad 30 tysięcy gospodarstw domowych.
  • Elektrownie szczytowo-pompowe – niezawodne od dziesięcioleci. Nadmiar energii elektrycznej wykorzystują do pompowania wody z głębokiego zbiornika na wyższy poziom. Kiedy zgromadzona woda płynie z powrotem do doliny, jej energia napędza turbinę i generator. Gromadzić energię w ten sposób można jednak tylko w określonych warunkach. Musi być góra z płaskim wierzchołkiem, na którym da się wykopać sztuczny zbiornik, oraz jezioro u jej podnóża. Grunt na górze musi być nieprzepuszczalny. Oba zbiorniki – naturalny i sztuczny - łączy się rurociągiem. Pompoturbiny tłoczą wodę na górę wykorzystując nadwyżki energii, albo są napędzane spadającą z góry wodą. Dodatkową zaletą takiej elektrowni jest możliwość szybkiego rozruchu turbin w kierunku wytwarzania prądu elektrycznego.

Promocyjne ceny na panele fotowoltaiczne i pompy ciepła


Magazynowanie energii poprzez przenoszenie na wyższy poziom mas wody posiada wysoką sprawność. Strata energii podczas takiej wymiany wynosi około 20%, co oznacza wysoką sprawność rzędu 80%. W Polsce największym obiektem tego typu jest elektrownia szczytowo-pompowa w okolicy Żarnowca o mocy ponad 700 MW.

  • Wytwarzanie wodoru lub metanu – chemiczna forma przechowywania energii. Mając nadwyżki prądu elektrycznego, można je wykorzystać do rozkładu wody na tlen i wodór. Wprawdzie wodór jest doskonałym paliwem, jednak posiada zasadniczą wadą, która eliminuje go z codziennego zastosowania: tworzy z powietrzem mieszaninę silnie wybuchową. Z tego też względu w kolejnym procesie, też z użyciem energii elektrycznej, wodór zostaje zamieniony w metan. Ten dobrze znany gaz może być wykorzystany również w elektrowni do wytwarzania energii elektrycznej w okresie deficytu. Proces zamiany energii elektrycznej w metan i odwrotnie jest dosyć złożony, a wydajność sięga 50%. Sprawdź także ten artykuł o rodzajach modułów fotowoltaicznych.

Magazynowanie energii w akumulatorach

Niezależność w systemie off-grid jest kusząca, ale kosztowna

Instalacja fotowoltaiczna wyspowa jest całkowicie niezależna od sieci energetycznej. Nie możliwości ani przekazania nadwyżek, ani dokupienia brakującej ilości. Naturalnym zastosowaniem tego typu instalacji są obszary niezagospodarowane bez sieci energetycznych. W Polsce trudno o takie pustkowia i fotowoltaika wyspowa dotyczy raczej domów letniskowych.

Bez względu na wielkość instalacji off-grid, magazynowanie energii jest absolutnie konieczne. Panele fotowoltaiczne działają tylko pod wpływem promieni słonecznych. Nocą produkcja energii elektrycznej zanika, a w pochmurne dni jest bliska zeru. Ciągłość zasilania może zapewnić tylko lokalne magazynowanie nadwyżek energii.

Ceny akumulatorów do fotowoltaiki są wysokie, ale mają tendencję spadkową. Na przykład Tesla Power Wall kosztuje ponad 26 tysięcy złotych, przy czym jest to nie tylko akumulator, ale również przetwornica i dodatkowe urządzenia.

Dobór akumulatora do instalacji fotowoltaicznej

Akumulatory do magazynowania energii mają specyficzny rodzaj pracy. Rzadko pozostają w stanie całkowitego naładowania, a jednocześnie pracują cyklicznie. Okresy doładowań zależą od warunków pogodowych i przerwy między nimi mogą wynosić klika dni.

Aby przedłużyć żywotność akumulatora, należy uwzględnić duży zapas pojemności. Uniknie on w ten sposób mocnego rozładowania. Zmienność natężenia promieniowania słonecznego wymaga uwzględnienia odpowiedniego zapasu energii na pokrycie bieżącego zapotrzebowania.

Do popularnych marek akumulatorów należą: Tesla, SMA, Mercedes Benz, Enphase. Charakteryzują się wysoką wydajnością oraz odpornością na całkowite rozładowanie. Umożliwiają rozbudowę magazynów energii. producenci dają na nie zwykle 10 letnią gwarancję.

Magazynowanie energii w instalacjach on-grid

Nadwyżka energii niezużytej na bieżące potrzeby, pochodząca z fotowoltaiki, może zostać zmagazynowana w sieci w systemie on-grid. Umowa z zakładem energetycznym pozwala na przekazywanie nadwyżek i odbieranie ich z sieci w okresie rozliczeniowym 12 miesięcy. Można powiedzieć, że sprawność takiego magazynu wynosi 80%, ponieważ tyle można odebrać przekazanej na przechowanie energii.

Jest to korzystny układ, a jego wadą jest jedynie konieczność istnienia w pobliżu sieci energetycznej. Najlepsze akumulatory mają sprawność ponad 90%, jednak ich pojemność wystarcza zaledwie na dwie-trzy doby. Atrakcyjność całkowitej niezależności energetycznej w systemie off-grid jest duża i akumulatory fotowoltaiczne z pewnością utrzymają się na rynku.

Czy ten artykuł był dla Ciebie pomocny?
Oceń
Dla 93,3% czytelników artykuł okazał się być pomocny