Czy można korzystać z magazynu energii, gdy nie ma prądu?

Na temat magazynowania energii mówi się ostatnio coraz więcej. Wynika to ze wzrostu udziału odnawialnych źródeł energii (OZE) w krajowej sieci energetycznej. Obecnie wykorzystuje się wiele sprawdzonych technologii, przy czym wiele z nich wciąż pozostaje w fazie rozwoju i badań. Do najpowszechniejszych wielkoskalowych rozwiązań zaliczają się elektrownie szczytowo-pompowe (ESP) współpracujące m.in. z konwencjonalnymi elektrowniami cieplnymi.

Wraz z rozwojem tzw. energetyki rozproszonej, czyli wytwarzaniem prądu przez małe obiekty dla użytku lokalnego, pojawiła się konieczność magazynowania energii na mniejszą skalę. Obecnie dużym zainteresowaniem cieszą się stosunkowo niewielkie magazyny energii wykorzystujące litowo-jonowe ogniwa galwaniczne. Po połączeniu z mikroinstalacją PV są one w stanie gromadzić, przechowywać i oddawać energię elektryczną w dynamiczny sposób. Działają jak ogromne baterie, umożliwiając wykorzystanie nadwyżek prądu w późniejszym czasie, np. nocą lub podczas przerw zasilania z sieci.

Co ważne, magazyn energii może działać, kiedy nie ma prądu. Aby jednak istniała taka możliwość, instalacja fotowoltaiczna musi być wyposażona w falownik hybrydowy – pozwoli on automatycznie przełączyć zasilanie, kiedy energia z sieci przestanie płynąć.

Magazyn energii przypomina sposobem działania akumulator. Składa się z następujących elementów:

• elektroda ujemnej (anoda) – umożliwia gromadzenie jonów litowych w czasie ładowania;
• elektroda dodatniej (katoda) – pozwala na uwalnianie jonów litu przemieszczających się przez elektrolit do anody;
• separatora — cienka membrana oddzielająca elektrodę ujemną od dodatniej;
• elektrolit — substancja, która zapewnia możliwość transportowania jonów litu między anodą a katodą.

W trakcie ładowania znajdujące się w magazynie jony litu przemieszczają się z anody poprzez elektrolit do katody, co prowadzi do zmagazynowania prądu. Podczas rozładowywania jony poruszają się w przeciwnym kierunku, w efekcie czego uwalnia się energia elektryczna.

Oprócz technicznej strony działania magazynów energii warto powiedzieć nieco również o ich możliwych zastosowaniach. Większość osób mających instalację PV lub planujących instalację paneli myśli o nich w kontekście wspomagania działania fotowoltaiki. I słusznie, bo gdy w domach wyposażonych w magazyn produkcja prądu ze słońca przewyższa zużycie, nadwyżka energii zamiast trafiać do sieci, jest kumulowana w przydomowym akumulatorze. Wykorzystuje się ją zwykle wieczorem lub nocą, gdy fotowoltaika przestaje wytwarzać prąd. Po jej zużyciu do określonego poziomu, do domu trafia energia z sieci.

Dlatego tak ważne jest, aby wielkość magazynu dopasować do potrzeb konkretnego gospodarstwa domowego. Pozwala to zwiększyć autokonsumpcję energii z OZE do maksymalnego poziomu i poprawia rentowność całej instalacji.

Na rynku są dostępne również systemy magazynowania energii, w których przewiduje się dwukrotne ładowanie akumulatora — pierwsze z wykorzystaniem promieniowania słonecznego i drugie z użyciem prądu z sieci zakupionego wg tańszej, nocnej taryfy. Takie rozwiązanie pozwala zminimalizować rachunki za prąd i skrócić okres zwrotu inwestycji w instalację PV oraz magazyn energii. Wiąże się jednak z intensywniejszą eksploatacją baterii i podwojeniem cykli ładowania, a to z kolei wpływa na szybsze zużycie ogniw i skrócenie żywotności akumulatora.

Magazyn energii może też mieć funkcję zasilania awaryjnego, stworzoną z myślą o wyjątkowych sytuacjach, np. o przerwach w dostawie prądu. Wówczas specjalnie opracowany system „dba”, aby akumulator nie rozładowywał się do końca, a zostawiał rezerwę energii na „wszelki wypadek”. Powoduje to uniezależnienie od energii dostarczanej z sieci przy awariach instalacji energetycznej i wpływa korzystnie na prognozowany czas pracy akumulatora. Pod względem ekonomicznym jest to jednak mało opłacalne, bo magazyn nie przynosi takich oszczędności, jakie mógłby dawać przy pełnym wykorzystaniu jego możliwości.

Wiele osób zastanawia się, czy magazyny energii współpracujące z instalacją fotowoltaiczną są opłacalne. W rzeczywistości rentowność inwestycji we własny akumulator zależy od kilku czynników. Z jednej strony magazyn umożliwia zwiększenie autokonsumpcji i obniżenie rachunków za prąd, zwłaszcza w okresie od kwietnia do sierpnia. Z drugiej jednak wymaga sporych nakładów finansowych. Czas zwrotu wynosi w tym przypadku od kilku do nawet kilkunastu lat.

To, ile można zaoszczędzić, zmienia się w zależności od wielu czynników. Wpływają na to m.in.:

• moc instalacji fotowoltaicznej — im większa zdolność paneli do wytwarzania prądu, tym większe prawdopodobieństwo nadprodukcji;
• koszt energii z sieci — ceny prądu stale rosną i trudno przewidzieć, jak będą kształtować się za kilka miesięcy czy lat. Przy znacznym wzroście stawek za energię opłacalność magazynów energii wzrasta;
• kwota do zapłaty za magazyn energii — za sam akumulator trzeba zapłacić od 10 tys. do nawet 30 tys. zł., choć obecnie można skorzystać z atrakcyjnych dotacji.

Choć magazyn energii może pomóc zmniejszyć koszt rachunków za prąd, jest to dość kosztowna inwestycja ze stosunkowo długim okresem zwrotu.

Zastanawiasz się, na jak długo wystarcza zgromadzona w nich energia? Zależy to w głównej mierze od pojemności baterii wyrażonej w kWh, a także od poziomu zużycia prądu w danym czasie. W ofercie firm zajmujących się produkcją akumulatorów są dostępne zazwyczaj urządzenia o pojemności 5, 10 i 20 kWh. Można wykorzystywać je w dowolnym momencie — zawsze wtedy, gdy produkcja z paneli fotowoltaicznych jest niewystarczająca. Przez jaki czas można korzystać z akumulatorów o konkretnej pojemności?

• Magazyn energii 5 kWh — działa ok. 2-3 godziny przy intensywnym zużyciu prądu oraz 6-7 godzin przy oszczędnym wykorzystaniu energii.
• Magazyn energii 10 kWh — może zasilać dom przez ok. 4-5 godzin w trybie wysokiego zużycia lub przez 10-13 godzin w trybie energooszczędnym.
• Magazyn energii 20 kWh — stanowi źródło prądu przez 7-8 godzin przy wysokim wykorzystaniu oraz przez nawet 20-25 godzin podczas niewielkiego zużycia.

Powyższe wartości są jedynie orientacyjne, a finalny czas pracy magazynu energii zależy od specyfikacji urządzenia i poziomu zużycia prądu.

Osoby chcące uzupełnić instalację fotowoltaiczną o magazyn energii muszą wziąć pod uwagę gęstość energii i mocy, czas odpowiedzi urządzenia, sprawność magazynowania oraz profil zużycia energii. W większości domów jednorodzinnych sprawdzają się akumulatory o pojemności od 5 do 10 kWh, których koszt waha się w zakresie 10-20 tys. zł.

Z pewnością warto rozważyć zakup magazynu energii bazującego na akumulatorze litowo-jonowym, bo tego rodzaju urządzenia cechują się długą żywotnością i wysokim poziomem bezpieczeństwa. Osobom mającym wątpliwości co do efektywności tej technologii zaleca się obserwować branżę OZE. W przyszłości można spodziewać się poprawy parametrów baterii przy jednoczesnym zmniejszeniu ich rozmiarów i spadku cen.