Magazyn energii bez wymiany falownika – zalety i wady

 Chcesz rozbudować swoją instalację fotowoltaiczną o magazyn energii? A może dopiero przymierzasz się do inwestycji w fotowoltaikę i zastanawiasz się czy powinieneś kupić magazyn energii AC (podłączany po stronie prądu zmiennego) czy magazyn energii podłączany do falownika hybrydowego (DC coupled)? Poniżej wyjaśniamy różnice oraz prezentujemy przykłady magazynów energii AC.

Magazyn energii AC (prąd zmienny) czy DC (prąd stały)?

Na rynku występują dwa rodzaje połączenia magazynu energii z instalacją fotowoltaiczną:

• magazyn energii bez wymiany falownika podłączony po stronie prądu zmiennego (sprzężony po stronie AC). Jest to magazyn energii do zwykłego falownika.
• magazyn energii podłączony po stronie DC – stronie prądu stałego. W takich sytuacjach wymagany jest falownik hybrydowy.

Poniżej zasady działania obu baterii oraz ich zalety i wady.

Zobacz, jak dobrać wielkość magazynu energii.

Magazyn energii bez wymiany falownika AC

Magazyn energii do zwykłego falownika magazynują energię w formie prądu stałego DC. Można je je jednak podłączyć do prądu zmiennego, ponieważ posiadają wbudowany falownik umożliwiający podłączenie do domowej sieci elektrycznej.

Gdy bateria jest rozładowywana, wykorzystuje ona wbudowany inwerter aby przekształcić prąd stały z baterii (DC) na prąd zmienny (AC) umożliwiający zasilanie odbiorników elektrycznych w domu.

Tak więc magazyn energii AC stosuje trzystopniowe przekształcanie:

1. Prąd stały (z paneli fotowoltaicznych) przekształcany jest na prąd zmienny (w falowniku fotowoltaicznym) i zasila sieć elektryczną.
2. Prąd zmienny domowej sieci elektrycznej przekształcany jest w falowniku zabudowanym w magazynie energii AC na prąd stały, który ładuje baterię.
3. Podczas rozładowywania baterii, falownik zabudowany w magazynie energii przekształca prąd stały w prąd zmienny stosowany w gniazdkach elektrycznych w domu.

Zobacz, jaka jest opłacalność magazynów energii.

Magazyn energii AC – zalety i wady

Magazyn energii do zwykłego falownika (AC coupled) to w uproszczeniu bateria z wbudowanym falownikiem.

Falownik w instalacji fotowoltaicznej może pochodzić od jednego producenta, a magazyn energii AC może być innego producenta.

Magazyn energii do zwykłego falownika można zainstalować w dowolnym momencie – nawet kilka lat po montażu instalacji fotowoltaicznej. Nie trzeba się przejmować współpracą obu urządzeń ani dopasowaniem poszczególnych modułów bateryjnych (częsta sytuacja, gdy dodawane są pojedyncze moduły bateryjne do magazynów energii DC).

Te cechy czynią magazyny energii AC prostszym rozwiązaniem w przypadku istniejących już instalacji PV, które nie są wyposażone w falowniki hybrydowe.

Zalety magazynu energii AC:

• łatwa rozbudowa klasycznego systemu fotowoltaicznego o magazyn energii AC – jeżeli instalacja fotowoltaiczna posiada zwykły falownik (nie hybrydowy), łatwo ją rozbudować o magazyn energii bez wymiany falownika,
• prosta instalacja – instalacja magazynu energii AC jest prostsza niż baterii podłączanej po stronie DC, w związku z tym koszt samego montażu może być niższy.

Wady magazynu energii AC:

• na ogół nie funkcjonują podczas awarii sieci – podobniej jak klasyczny falownik, podczas awarii sieci energetycznej, magazyn energii AC musi się wyłączyć,
• wymagany jest licznik energii,
• magazyn energii AC jest znacznie droższy od klasycznego magazynu energii na prąd stały, gdyż posiada zabudowany falownik.

Magazyn energii bez wymiany falownika to np. sonnen czy Tesla Powerwall, czy Enphase.

W przypadku instalacji fotowoltaicznej zbudowanej z mikrofalowników, magazyn energii AC jest jedyną dostępną opcją.

Magazyn energii na prąd stały (DC coupled)

W magazynach energii podłączanych do falownika hybrydowego, prąd jest przekształcany tylko raz (zamiast trzech razy jak w magazynie energii AC). Energia prądu stałego z paneli fotowoltaicznych jest wykorzystywana niemal bezpośrednio (odbywa się regulacja napięcia) do ładowania akumulatora. Podczas rozładowywania akumulatora, falownik hybrydowy przekształca prąd ze stałego w zmienny zasilający odbiorniki elektryczne w domu.

Magazyn energii komunikuje się z falownikiem za pomocą systemu sterowania BMS, aby kontrolować proces ładowania oraz rozładowywania.

Zalety i wady magazynów energii na prąd stały (DC coupled)

Producenci magazynów energii oraz producenci falowników współpracują ze sobą aby umożliwić komunikację akumulatorów z falownikami hybrydowymi. Akumulator litowo-jonowy musi się komunikować z falownikiem aby zarówno ładowanie jak i rozładowywanie odbywało się w określony sposób.

Niestety, nie należy do rzadkości sytuacja, gdy pojawiają się problemy jedni zwalają winę na drugich i klient (oraz instalator) zostają z problemem. Dotyczy to zarówno tanich jak i nie-tanich producentów, generalnie wszystkich. Dlatego dużo bezpieczniej jest montować zarówno falownik jak i baterię tego samego producenta. Nie wyeliminuje to co prawda problemów, ale uniknie się dzięki temu ping-ponga pomiędzy producentami.

Można podłączyć magazyn energii DC po stronie prądu zmiennego, jednak wymaga to montażu dodatkowego falownika do sterowania akumulatorem. Przykładem takiego rozwiązania jest magazyn energii Luna2000, który wymaga jednak dodatkowo montażu falownika Huawei.

Magazyny energii AC nie posiadają problemów związanych z komunikacją z falownikiem ponieważ falownik jest wbudowany w magazyn energii.

Zalety magazynu energii na prąd stały:

• mają wyższą sprawność niż magazyny energii AC, ponieważ liczba przekształceń prądu jest mniejsza,
• umożliwiają ładowanie baterii podczas awarii sieci elektroenergetycznej (aczkolwiek nie wszystkie falowniki posiadają taką możliwość),
• umożliwiają pracę w trybie rezerwowym, gdy wystąpi awaria sieci (jeżeli falownik posiada funkcję pracy wyspowej).

Wady magazynu energii na prąd stały:

• wymagają falownika hybrydowego do sterowania ładowaniem oraz rozładowaniem baterii,
• bardziej skomplikowana instalacja niż w przypadku magazynu energii AC.

Magazyny energii DC oferuje np. Huawei czy LG RESU.

Zobacz jak wydłużyć żywotność baterii litowo-jonowych.

Magazyn energii bez wymiany falownika – oferta rynkowa

Na rynku nie ma wielkiego wyboru jeśli chodzi o magazyny energii do zwykłego falownika. Poniżej kilka przykładów.

sonnenBatterie10

Niemiecki producent sonnen oferuje model magazynu energii sonnenBatterie 10 o pojemnościach 5 kWh, 10 kWh oraz 20 kWh.

Tesla Powerwall

Tesla Powerwall to jeden z najpopularniejszych magazynów energii AC.

Enphase IQ

Amerykański Enphase jest producentem mikrofalowników. Posiada w swojej ofercie magazyn energii do zwykłego falownika Enphase IQ.

Ładowarka AC

Innym sposobem na dodanie akumulatora do instalacji domowej, oprócz magazynu energii AC z zabudowanym falownikiem, jest zastosowanie tzw. ładowarki AC. Ładowarka AC dodaje funkcję magazynowania prądu w istniejącej instalacji fotowoltaicznej poprzez umożliwienie podłączenia do niej magazynu energii.

Taka sytuacja nazywana jest retrofitem, i występuje na ogół, gdy pierwszy falownik nie jest hybrydowy.

Przykładem ładowarki AC jest inwerter do magazynowania energii Sofar ME-3000SP, który można podłączyć zarówno do akumulatorów litowo-jonowych, jak i kwasowo-ołowiowych.

Montaż ładowarki AC jest na ogół znacznie tańszym rozwiązaniem, niż zakup magazynu energii na prąd zmienny (z zabudowanym inwerterem).

Wybierając jednak pomiędzy montażem ładowarki AC a wymianą falownika na hybrydowy warto wziąć pod uwagę fakt, iż ładowarka AC oznacza dodatkową konwersję prądu zmiennego na stały w przypadku ładowania baterii oraz konwersję prądu stałego na zmienny w przypadku jego rozładowania.

Dodatkowo, ładowarka AC potrzebuje energii do pracy własnej, co oznacza, iż mamy dwa urządzenia, które pobierają prąd, zamiast jednego, w przypadku inwertera hybrydowego.

Magazyn energii bez wymiany falownika – czy to się opłaca?

Czasami zgłaszają się osoby, które rozliczają się w systemie opustów (net-metering) z zamiarem montażu magazynu energii, gdyż chciałyby zwiększyć zyski unikając oddawania do sieci energii, z której później odbierają 80% lub 70% (w zależności od mocy instalacji).

Jednak montaż magazynu energii w takiej sytuacji, zarówno za pomocą ładowarki AC czy magazynu energii na prąd zmienny niemal na pewno będzie jednak nieopłacalny.

Magazyn energii na prąd zmienny ma na ogół zaporową cenę. Wybór ładowarki AC (retrofit) jest korzystniejszy w zakupie, ale sprawność takiego systemu będzie dość niska, bo mamy dwa urządzenia (falownik sieciowy i ładowarkę AC, podobnie zresztą, jak w przypadku magazynu energii na prąd zmienny)), które pobierają prąd do pracy własnej i dwukrotnie dokonują konwersji prądu.

Co więcej, ładowarka AC najczęściej występuje w wersji jednofazowej, co jest dodatkowym ograniczeniem takiego rozwiązania.

Nawet jednak zastępując falownik sieciowy, falownikiem hybrydowym, pamiętajmy, że falownik hybrydowy z podłączonym magazynem energii zużywa więcej prądu od falownika sieciowego, gdyż hybrydowy jest aktywny całą dobę, a sieciowy w nocy przełącza się w tryb czuwania istotnie ograniczając pobór mocy.

Z tych powodów, uzyskanie średniorocznej sprawności inwertera hybrydowego z magazynem energii powyżej 90% jest znacznym wyzwaniem. A zdarza się, że sprawność takiego systemu zmniejsza się do poniżej 80%. Co więcej, system opustów oznacza, że z każdej kilowatogodziny oddanej do sieci odbieramy 0,8 kWh lub 0,7 kWh, a montując magazyn energii mamy do dyspozycji jedynie ograniczoną pojemność i nigdy nie uda nam się zgromadzić w nim całej nadwyżkowej energii z instalacji fotowoltaicznej (wiosną i latem energii z fotowoltaiki jest po prostu zbyt dużo).

Podsumowując, dla osób rozliczających się w systemie opustów montaż magazynu energii jest niemal zawsze nieopłacalna (można to jednak uczynić ze względu na zasilanie awaryjne), a dla osób w systemie net-billing, które rozważają montaż magazynu energii, może się on opłacić, jeśli dostępne są szczodre dotacje (np. Mój Prąd, albo dotacje regionalne).

Alternatywą dla magazynu energii, może być np. podgrzewanie wody z fotowoltaiki.

Magazyn energii AC bez falownika

Dotychczasowa oferta producentów magazynów energii na prąd zmienny dotyczyła urządzeń z wbudowanym falownikiem. W końcu w jakiś sposób trzeba prąd przemienny przekształcić w stały i na odwrót.

W tegorocznej edycji raportu Energy Storage Inspection 2025, który powstaje w wyniku przeprowadzenia serii testów magazynów energii i falowników hybrydowych, i jest przeprowadzany przez Instytut Technologii w Karlsruhe (Karlsruher Institut für Technologie – KIT) oraz HTW Berlin (Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin), pojawił się jednak nowy produkt.

Nie dość, że urządzenie – jak podaje producent – nie posiada zabudowanego falownika, to uzyskało imponujące rezultaty. Sprawność konwersji podczas ładowania baterii prądem przemiennym wynosi 96%, natomiast sprawność podczas rozładowywania baterii do sieci wynosi 98,6%.

Producent urządzenia, firma SAX Power z Niemiec, w opisie urządzenia – SAX Power Home Plus 7,0 kWh – informuje, iż pracę inwertera wykonuje system zarządzania baterią BMS, który dokonuje konwersji prądu. Dzięki temu udało się osiągnąć tak wysoką sprawność.

Jeżeli rzeczywiście tak jest i uzyskane sprawności są powtarzalne w dużym zakresie pracy (a nie tylko dla idealnych parametrów), co jest wielce prawdopodobne, gdyż raport Energy Storage Inspection ukazuje się od lat i cieszy się znaczną reputacją, to mamy do czynienia z technologią, która może znacznie poprawić opłacalność montażu magazynu energii bez wymiany falownika.

Czy magazyn energii wlicza się do mocy przyłączeniowej?

Warto się upewnić, czy montując magazyn energii, nie przekroczymy mocy przyłączeniowej. Przekroczenie mocy przyłączeniowej spowoduje odrzucenie wniosku o przyłączenie magazynu energii.

Na ogół magazyn energii nie jest wliczany do mocy przyłączeniowej. Istnieją jednak wyjątki od tej zasady: gdy moc paneli fotowoltaicznych jest mniejsza od mocy falownika, lub gdy moc paneli fotowoltaicznych jest mniejsza od mocy magazynu energii.

Zobacz na przykładach, kiedy moc magazynu energii jest wliczana do mocy przyłączeniowej.

Podsumowanie

• Magazyn energii AC przeznaczony jest do instalacji fotowoltaicznych ze zwykłym falownikiem.
• Aby zamontować magazyn energii DC w instalacji PV ze zwykłym falownikiem, potrzebny jest dodatkowy falownik sterujący.
• Magazyny energii AC są droższe od magazynów DC, gdyż zawierają w sobie zabudowany falownik.