Jak magazynować energię z fotowoltaiki?

Instalacje fotowoltaiczne na ogół produkują więcej energii, niż zużywają nasze domy, a przynajmniej nie w momencie, gdy zapotrzebowanie na energię elektryczną jest największe. Tutaj w sukurs przychodzą dwa rozwiązania – program prosument oraz przydomowe magazyny energii.

Maksimum produkcji prądu, przez panele słoneczne przypada oczywiście na środek dni – gdy słońce jest najwyżej i najmocniej oświetla instalację solarną. Głównym problemem fotowoltaiki jest fakt, że w tym czasie z kolei najniższe jest zapotrzebowanie na energię elektryczną w naszych domach. Na ogół najzwyczajniej nie ma wtedy nikogo w domu – domownicy są w szkole, pracy etc. Nawet, jeżeli ktoś spędza cały dzień w domu, to w środku dnia nie potrzebuje oświetlenia, które zużywa ogromną ilość energii elektrycznej. Jak więc rozwiązano ten problem?

Bilansowanie sposobem na wirtualny magazyn energii

Najprostszym rozwiązaniem, które nie wymaga absolutnie żadnej inicjatywy, ze strony właściciela instalacji fotowoltaicznej, jest zostanie prosumentem. Prosument, to jednocześnie producent i konsument energii elektrycznej. To rozwiązanie, które wybierane jest w naszym kraju niemal domyślnie. Chęć zastania prosumentem wystarczy zgłosić do operatora sieci energetycznej, tak, aby ten mógł wymienić nasz licznik na dwukierunkowy, to jest takie, które zlicza energię netto, czyli różnicę pomiędzy tym ile pobraliśmy prądu z sieci, a tym, ile go do sieci wprowadziliśmy. Płacimy zasadniczo za tą różnicę… z tym tylko zastrzeżeniem, że nie cała wprowadzona do sieci energia elektryczna jest odejmowana od tej, jaką pobierzemy.

Zgodnie z regulacjami programu Prosument, zależnie od wielkości naszej instalacji, właściciel instalacji fotowoltaicznej może pobrać z sieci od 70 do 80 procent wprowadzonej wcześniej energii. A te 20..30%? Jest tracone – energię tę przejmuje operator sieci przesyłowej w zamian za możliwość korzystania z jego infrastruktury, jako, de facto, magazynu energii elektrycznej.

Bilansowanie 1:1

Kolejnym krokiem w kierunku zwiększenia dostępnej ilości energii jest bilansowanie 1:1. Sunvival Energy wspólnie z operatorem energetycznym Enelogic, wprowadziło możliwość korzystnego rozliczenia 100% oddanej do sieci energii w przypadku instalacji do 10 kWp. To oznacza, że w ciągu roku można zużyć taką ilość energii jaka została oddana do sieci. W ten sposób właściciel fotowoltaiki zyskuje do 20% darmowej energii, którą może zużyć na własne potrzeby. Więcej o tym rozwiązaniu można przeczytać tutaj BILANSOWANIE 1:1.

Magazyn energii

Jakie dostępne są alternatywy, do zastania prosumentem? Otóż, możemy samodzielnie magazynować energię w naszym domu. Istnieje kilka podejść do tego tematu. Po pierwsze, można zainwestować w klasyczny, przydomowy magazyn energii. Zależnie od jego konstrukcji, różne są koszty użytkowania takiego systemu, jego pojemność i wydajność. Przyjrzyjmy się bliżej najbardziej obiecującym technologiom, stosowanym do przechowywania prądu z fotowoltaiki.

Akumulatory jako magazyny energii

Klasycznymi rozwiązaniami są systemy wykorzystujące akumulatorowe magazyny energii elektrycznej. Działają one jak powerbanka dla naszego domu. Wykorzystywać mogą tańsze akumulatory kwasowo-ołowiowe (takie, jak w naszych samochodach), które oferują sprawność energetyczną od 80% do 90% i imponujący czas życia, sięgający nawet kilkudziesięciu lat. Niestety, parametry te uzyskiwane są kosztem wielkości rozwiązania. Magazyn oparty o ogniwa kwasowo-ołowiowe magazynuje około 65 kWh/m3.

Systemy wykorzystujące nowocześniejsze ogniwa litowo-jonowe osiągają jeszcze wyższą sprawność – do 95% i gęstość energii dochodzącą do 400 kWh/m3. Niestety, tego rodzaju akumulatory są droższe, od ołowiowych, a także od nich delikatniejsze – mają ograniczoną liczbę cykli ładowania i rozładowania, typowo od 1000 do 10000 cykli (po tym czasie ogniwo nie ulega uszkodzeniu, ale traci po prosu swoją pojemność; typowo ilość cykli ładowania podaje się dla spadku pojemności ogniwa do 90% początkowej wartości).

Alternatywne magazyny energii

Oprócz magazynów akumulatorowych, w instalacjach wielkoskalowych, stosuje się m.in. akumulatory przepływowe, koła zamachowe, systemy wodorowe lub na sprężone powietrze, a przede wszystkim elektrownie szczytowo-pompowe. Nie są to jednak instalacje, które – przynajmniej póki, co – można stosować na skalę domową.

Samochody elektryczne jako magazyny energii

Alternatywą, dla dedykowanych systemów do magazynowania energii elektrycznej, jest wykorzystanie pojazdów elektrycznych, jako awaryjnych magazynów energii elektrycznej. Jest to o tyle problematyczne, że podłączając nasz pojazd do sieci, chcemy, aby został on naładowany do maksymalnej swojej pojemności. Jednakże, właściciel instalacji może chcieć wykorzystać pojazd elektryczny, jako magazyn energii, który pozwoli na wygładzenie największych szczytów zapotrzebowania na prąd, tym samym odciążając elektrownie i sieć przesyłową. Dostawcy prądu elektrycznego mogą w zamian za to oferować osobom, które użyczają swoje auta, jako tego rodzaju magazyny, pewne promocje w zakresie świadczonych usług. Szerzej o tym temacie, piszemy w osobnym artykule  Magazyn energii w samochodzie elektrycznym

Jak działa magazyn ciepła i chłodu?

Nie tylko energia elektryczna nadaje się jednakże do przechowywania w domu. Możliwe jest również magazynowanie energii w postaci ciepła lub chłodu. Na przykład, jeśli korzystamy z zasilanej fotowoltaicznie pompy ciepła, do produkcji ciepłej wody (użytkowej albo do centralnego ogrzewania), to możemy wyposażyć naszą instalację w nadmiarowo duży zbiornik na ogrzaną wodę, tak zwany bufor ciepła. Po jego odpowiednim zaizolowaniu, woda utrzymuje w nim swoją wysoką temperaturę przez długi czas, dzięki czemu straty są niewielkie, a sprawność systemu wysoka – wynosi od 60% do 95%. Co więcej, analizy wykazują, ze nawet niewielki magazyn energii cieplnej, pozwala na istotną optymalizację systemu energetycznego .

Po co magazynować energię z fotowoltaiki?

Zasadniczą motywacją do wykorzystania magazynu energii jest oszczędność. Zostając prosumentem tracimy od 20% do 30% energii elektrycznej, której nie możemy natychmiastowo wykorzystać. Maksymalne zużycie energii elektrycznej przypada (zazwyczaj jest to popołudnie i wieczór) na zupełnie inny okres dnia, niż maksimum wydajności systemu fotowoltaicznego (południe i wczesne popołudnie). W związku z tym bezpiecznie założyć można, że cała energia zużywana wieczorem pochodzić musi z jakiegoś rodzaju magazynu. To założenie pomoże nam uprościć dokładniejszą analizę.

W tabeli poniżej zebrano wyniki prostej analizy zysków dla instalacji fotowoltaicznej o mocy 10 kWp, gdzie cała uzyskiwana energia „przechodzi” przez jakiegoś rodzaju magazyn. W Polsce mamy średnio 4,38 h słonecznej godziny w ciągu dnia , co przekłada się na średnią produkcję 43,8 kWh dziennie w omawianym systemie. Średnia cena prądu w Polsce na moment pisania tego artykułu wynosi 0,63 zł/kWh i taką wartość wykorzystano do obliczenia zysku z wykorzystania danego rodzaju magazynu energii.

Jak widać z zestawienia z tabeli, bilansowanie 1:1 jest najwydajniejszym sposobem na wirtualne magazynowanie energii. Wykorzystanie fizycznych magazynów energii pozwala na oszczędzenie od około 1,40 zł do 2,80 zł dziennie. Przekłada się to na około 500-1000 zł oszczędności rocznie. Zakładając optymalne warunki pracy systemu, nawet wymagający i relatywnie delikatny system oparty o ogniwa litowo-jonowe pracować poprawnie może przez 10 lat, nie redukując swojej pojemności o więcej niż 10% początkowej wartości . Przekłada się to na łączna, oszczędzoną kwotę do 10 tysięcy złotych. Jak wypada ona względem kosztów zakupu?

Ile kosztuje magazyn energii?

Magazyn o pojemności, mogącej zmieścić całą, analizowaną w powyższym przykładzie energię (40 kWh) to imponujący koszt prawie 50 tysięcy złotych, jednakże w realnym domowym systemie nie jest potrzebne więcej niż 6-10 kWh pojemności, co przekłada się na koszty inwestycji od 12 do 20 tysięcy złotych przy wykorzystaniu tańszych akumulatorów.

Powyższe zestawienie nie napawa optymizmem, jednak nie uwzględnia jednego istotnego aspektu – dofinansowania do magazynów energii. Wedle najnowszych informacji Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej podjął decyzję o rozszerzeniu prac objętych dofinansowaniem w ramach kolejnej edycji konkursu Mój Prąd o między innymi przydomowe magazyny energii elektrycznej . Dodatkowo, jak już donosiliśmy jakiś czas temu, Ministerstwo Klimatu i Środowiska naciska na wspieranie autokonsumpcji przez producentów energii odnawialnej. Oznacza to wspieranie elektromobilności, systemów wykorzystujących pompy ciepła i magazyny energii elektrycznej. Możliwość uzyskania dofinansowania oznacza, że magazyn energii elektrycznej zwrócić może się już w kilka lat i przez kolejne lata zarabiać dla nas pieniądze.