Wraz z dynamicznym rozwojem energetyki prosumenckiej opartej na odnawialnych źródłach energii, szczególnie fotowoltaice, coraz większego znaczenia nabierają magazyny energii. To one mogą być kluczem do pełnego wykorzystania potencjału mikroinstalacji OZE i osiągnięcia prawdziwej niezależności energetycznej. W niniejszym artykule przyjrzymy się, czym są magazyny energii, jakie są ich rodzaje oraz w jaki sposób mogą zmienić krajobraz energetyczny Polski.
Dlaczego magazynowanie energii jest ważne?
Energia elektryczna ma tę szczególną właściwość, że musi być zużywana w tym samym momencie, w którym jest wytwarzana. W przypadku instalacji fotowoltaicznych prowadzi to do paradoksu - najwięcej energii produkują one w ciągu dnia, szczególnie w godzinach południowych, podczas gdy największe zapotrzebowanie na energię w gospodarstwach domowych występuje rano i wieczorem, gdy domownicy są obecni.
Ta rozbieżność między produkcją a zużyciem energii prowadzi do sytuacji, w której prosumenci oddają nadwyżki energii do sieci w ciągu dnia, a pobierają ją wieczorem i w nocy. W starym systemie opustów (net-metering) było to korzystne rozwiązanie, jednak od kwietnia 2022 roku nowi prosumenci rozliczają się w systemie net-billingu, w którym sprzedają energię po cenach rynkowych, a kupują po wyższej cenie detalicznej.
Magazyny energii pozwalają na przechowanie nadwyżek energii wyprodukowanej w ciągu dnia i wykorzystanie jej wieczorem i w nocy, co znacząco zwiększa współczynnik autokonsumpcji - czyli ilość energii wyprodukowanej przez instalację fotowoltaiczną, którą zużywamy bezpośrednio w budynku.
Rodzaje magazynów energii
Na rynku dostępnych jest kilka rodzajów magazynów energii, różniących się technologią, parametrami oraz zastosowaniem. Przyjrzyjmy się najważniejszym z nich:
Magazyny bateryjne
To obecnie najpopularniejszy rodzaj magazynów energii dla gospodarstw domowych i małych firm. Wykorzystują one różne rodzaje baterii do przechowywania energii elektrycznej w formie energii chemicznej.
Baterie litowo-jonowe - obecnie najpopularniejsza technologia, oferująca wysoką gęstość energii, długą żywotność i dobre parametry eksploatacyjne. W tej kategorii można wyróżnić kilka podtypów:
- Litowo-jonowe (NMC - Nickel Manganese Cobalt) - popularne w zastosowaniach domowych
- Litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4) - oferujące dłuższą żywotność i lepsze bezpieczeństwo
- Litowo-tytanowe (LTO) - cechujące się najdłuższą żywotnością, ale też wyższą ceną
Baterie kwasowo-ołowiowe - starsza technologia, tańsza, ale o niższej gęstości energii i krótszej żywotności. Dzielą się na:
- Zalewowe - tradycyjne akumulatory wymagające konserwacji
- AGM (Absorbent Glass Mat) - bezobsługowe, o lepszych parametrach
- Żelowe - najbardziej wytrzymałe z rodziny akumulatorów kwasowo-ołowiowych
Baterie przepływowe - relatywnie nowa technologia, w której energia jest przechowywana w elektrolicie. Oferują bardzo długą żywotność i możliwość głębokiego rozładowania, ale mają niższą gęstość energii i są droższe. Najczęściej stosowane są baterie wanadowe lub cynkowo-bromowe.
Magazyny ciepła
Innym sposobem wykorzystania nadwyżek energii z fotowoltaiki jest zamiana jej na ciepło i przechowanie w formie magazynu ciepła. Można to zrealizować na kilka sposobów:
Zasobniki ciepłej wody użytkowej (CWU) - nadwyżki energii mogą być wykorzystane do podgrzania wody użytkowej, która jest przechowywana w zasobniku i może być wykorzystana później.
Bufory ciepła - większe zbiorniki wody, które mogą służyć jako magazyn ciepła dla systemu grzewczego.
Magazyny ciepła w materiałach zmiennofazowych (PCM) - wykorzystują materiały, które zmieniają stan skupienia (np. z ciała stałego w ciecz) przy określonej temperaturze, magazynując duże ilości energii w procesie przemiany fazowej.
Magazyny mechaniczne
Dla większych instalacji możliwe jest zastosowanie magazynów mechanicznych, takich jak:
Elektrownie szczytowo-pompowe - wykorzystują różnicę poziomów między dwoma zbiornikami wody. Nadwyżki energii są wykorzystywane do pompowania wody do wyższego zbiornika, a w czasie zapotrzebowania woda spływa przez turbiny, generując energię elektryczną.
Magazyny sprężonego powietrza (CAES) - nadwyżki energii są wykorzystywane do sprężania powietrza w podziemnych zbiornikach, a podczas zapotrzebowania sprężone powietrze jest uwalniane przez turbiny, generując energię.
Koła zamachowe - energia jest magazynowana w formie energii kinetycznej obracającego się koła. Podczas nadwyżek energii koło jest rozpędzane, a podczas zapotrzebowania - hamowane, co powoduje generowanie energii elektrycznej.
Jak działa domowy magazyn energii?
Domowy magazyn energii, najczęściej w formie baterii, jest zwykle podłączony do instalacji fotowoltaicznej za pomocą dedykowanego falownika z funkcją ładowania baterii lub dodatkowego urządzenia zwanego kontrolerem ładowania. Podczas nadprodukcji energii z fotowoltaiki, zamiast oddawać nadwyżki do sieci, energia jest kierowana do ładowania baterii. Gdy produkcja z fotowoltaiki jest niewystarczająca (wieczorem, w nocy lub podczas pochmurnych dni), energia z baterii jest wykorzystywana do zasilania urządzeń w domu.
Nowoczesne systemy magazynowania energii są wyposażone w zaawansowane algorytmy zarządzania energią, które optymalizują proces ładowania i rozładowywania baterii w zależności od wielu czynników, takich jak aktualna produkcja z fotowoltaiki, zużycie energii w domu, prognozy pogody czy nawet ceny energii na rynku (w przypadku taryf zmiennych).
Korzyści z posiadania magazynu energii
Instalacja magazynu energii w połączeniu z systemem fotowoltaicznym niesie ze sobą szereg korzyści:
Zwiększenie autokonsumpcji
Typowa instalacja fotowoltaiczna bez magazynu energii pozwala na bezpośrednie wykorzystanie około 20-30% wyprodukowanej energii. Z magazynem energii ten współczynnik może wzrosnąć do 60-80%, co oznacza, że znacznie mniej energii jest oddawane do sieci po niższych cenach, a więcej zużywane na miejscu.
Zabezpieczenie przed przerwami w dostawie prądu
Niektóre systemy magazynowania energii oferują funkcję zasilania awaryjnego, co oznacza, że w przypadku przerw w dostawie prądu z sieci, magazyn może zasilać wybrane obwody w domu. Jest to szczególnie wartościowe na terenach, gdzie występują częste przerwy w dostawie energii.
Optymalizacja finansowa
W systemie net-billingu, gdzie energia sprzedawana do sieci jest wyceniana znacznie niżej niż energia kupowana z sieci, magazyn energii pozwala na maksymalne wykorzystanie własnej produkcji, co przekłada się na rzeczywiste oszczędności finansowe.
Stabilizacja sieci elektroenergetycznej
Z perspektywy systemu elektroenergetycznego, rozproszone magazyny energii mogą pełnić ważną funkcję stabilizacji sieci, szczególnie w kontekście rosnącego udziału niestabilnych źródeł odnawialnych, takich jak fotowoltaika czy energia wiatrowa.
Niezależność energetyczna
Dla wielu osób największą zaletą magazynu energii jest poczucie niezależności energetycznej - świadomość, że energia którą zużywają pochodzi z własnej, czystej produkcji, a nie z elektrowni węglowych.
Dobór magazynu energii - na co zwrócić uwagę?
Wybierając magazyn energii do współpracy z instalacją fotowoltaiczną, warto zwrócić uwagę na kilka kluczowych parametrów:
Pojemność
Pojemność magazynu energii, wyrażana w kilowatogodzinach (kWh), określa ilość energii, jaką może zmagazynować. Dobór odpowiedniej pojemności zależy od dziennego zużycia energii, profilu zużycia (kiedy zużywamy najwięcej energii) oraz mocy instalacji fotowoltaicznej. Najczęściej dla gospodarstw domowych wybierane są magazyny o pojemności od 5 do 15 kWh.
Moc
Moc magazynu energii, wyrażana w kilowatach (kW), określa, jak szybko może on być ładowany i rozładowywany. Wyższa moc oznacza możliwość obsługi większych obciążeń (np. jednoczesne zasilanie wielu urządzeń) oraz szybsze ładowanie baterii w czasie nadprodukcji z fotowoltaiki.
Głębokość rozładowania (DoD)
Głębokość rozładowania określa, jaki procent nominalnej pojemności baterii może być faktycznie wykorzystany. Dla nowoczesnych baterii litowo-jonowych typowa wartość DoD wynosi 80-95%, co oznacza, że z baterii o pojemności 10 kWh można efektywnie wykorzystać 8-9,5 kWh.
Żywotność
Żywotność baterii jest zazwyczaj wyrażana w liczbie cykli ładowania/rozładowania lub w latach. Nowoczesne baterie litowo-jonowe mogą oferować od 3000 do nawet 10000 cykli, co przekłada się na 10-20 lat eksploatacji. Warto zwrócić uwagę, że żywotność jest zwykle podawana dla określonej głębokości rozładowania - im głębsze rozładowania, tym krótsza żywotność.
Sprawność
Sprawność magazynu energii określa, jaki procent energii zmagazynowanej w baterii można później odzyskać. Nowoczesne magazyny energii oferują sprawność na poziomie 85-95%.
Możliwość rozbudowy
Warto zwrócić uwagę, czy wybrany system magazynowania energii umożliwia późniejszą rozbudowę o dodatkowe moduły bateryjne. Pozwala to na elastyczne dostosowanie pojemności magazynu do zmieniających się potrzeb.
Funkcje dodatkowe
Nowoczesne magazyny energii mogą oferować szereg funkcji dodatkowych, takich jak:
- Zasilanie awaryjne w przypadku przerw w dostawie prądu
- Inteligentne zarządzanie energią w oparciu o prognozy pogody
- Integracja z systemami zarządzania energią w budynku
- Możliwość uczestnictwa w programach stabilizacji sieci
Opłacalność inwestycji w magazyn energii
Obecnie koszt domowego magazynu energii o pojemności 10 kWh wynosi około 25-35 tysięcy złotych. Jest to znacząca inwestycja, której zwrot następuje zwykle w okresie 8-12 lat, w zależności od wielu czynników, takich jak profil zużycia energii, ceny energii, czy dostępność dofinansowania.
Warto jednak zauważyć, że ceny magazynów energii systematycznie spadają, a jednocześnie rosną ceny energii elektrycznej, co sprawia, że opłacalność inwestycji w magazyn energii będzie się poprawiać w najbliższych latach.
Dodatkowo, w Polsce dostępne są programy dofinansowania zakupu magazynów energii, takie jak program "Mój Prąd 5.0", który oferuje dotacje do 16 000 zł na zakup magazynu energii elektrycznej.
Przyszłość magazynowania energii
Magazynowanie energii jest dziedziną, która intensywnie się rozwija. W najbliższych latach możemy spodziewać się:
- Spadku cen - podobnie jak w przypadku fotowoltaiki, ceny magazynów energii powinny systematycznie spadać wraz z rozwojem technologii i zwiększaniem skali produkcji.
- Nowych technologii - trwają intensywne prace nad nowymi typami baterii, takimi jak baterie sodowo-jonowe, magazyny ciepła czy wodorowe.
- Integracji z inteligentnymi sieciami - rozproszone magazyny energii mogą stać się ważnym elementem inteligentnych sieci energetycznych, oferując usługi stabilizacji sieci i uczestnicząc w rynku energii.
- Elektromobilności - pojazdy elektryczne mogą służyć jako mobilne magazyny energii, oferując możliwość dwukierunkowego przepływu energii (Vehicle-to-Grid, V2G).
Podsumowanie
Magazyny energii są kluczowym elementem transformacji energetycznej, umożliwiającym pełne wykorzystanie potencjału odnawialnych źródeł energii. Dla prosumentów oferują one możliwość zwiększenia autokonsumpcji, uniezależnienia się od sieci oraz zabezpieczenia przed przerwami w dostawie prądu.
Mimo że obecnie koszt magazynów energii jest jeszcze stosunkowo wysoki, systematyczny spadek cen i dostępne programy dofinansowania sprawiają, że stają się one coraz bardziej dostępne dla przeciętnego gospodarstwa domowego.
W EkoEnergia oferujemy kompleksowe rozwiązania łączące fotowoltaikę z magazynami energii, dobierane indywidualnie do potrzeb i możliwości naszych klientów. Skontaktuj się z nami, aby dowiedzieć się, jakie rozwiązanie będzie najlepsze dla Twojego domu czy firmy.