Przejdź do treści

Rodzaje i budowa magazynów energii

Ryszard Jesionowski:

magazyn energii do fotowoltaiki

Jeśli posiadasz lub zamierzasz posiadać instalację fotowoltaiczną, możesz ją rozbudować o magazyn energii, aby przechowywać nadmiar energii z fotowoltaiki. A przede wszystkim, aby obniżyć rachunki za prąd. Oto, co należy wiedzieć.

  1. Cena magazynu energii
  2. Po co montować magazyn energii?
  3. Rodzaje magazynów energii
  4. Budowa ogniwa litowo-jonowego
  5. Magazyny nisko i wysokonapięciowe
  6. Magazyn energii w modułach czy All-In-One?
  7. Magazyn energii podłączony po stronie prądu stałego lub zmiennego
  8. Podłączenie magazynu energii do falownika
  9. Sprawność magazynu energii
  10. Pojemność całkowita i użytkowa magazynu energii
  11. Magazyn energii jako zasilanie awaryjne
  12. Jak dobrać pojemność magazynu energii?
  13. Magazyn energii a moc przyłączeniowa
  14. Podstawowe parametry magazynu energii



Cena magazynu energii

Cena magazynu energii zależy w głównej mierze od dwóch czynników:

  • pojemności magazynu energii, mierzonej w kilowatogodzinach (kWh) – im większa pojemność, tym wyższa cena,
  • reputacji producenta – nie wszystkie magazyny energii są takie same.

Do tego dochodzi koszt montażu baterii.

Cena magazynu energii

W tabelce poniżej aktualne ceny wybranych magazynów energii:

ProducentModelPojemnośćCena* maj 2024Cena* kwiecień 2024
Sofar SolarBTS 5K10 kWh18.600 zł21.500 zł
HuaweiLuna200010 kWh24.300 zł26.400 zł
SolarEdgeBAT-05K489,2 kWh24.900 zł25.400 zł
* Cena z VAT (23%) bez montażu

Po co montować magazyn energii?

Magazyn energii warto zamontować z powodów ekonomicznych. Montaż akumulatora przyczynia się do wzrostu konsumpcji własnej prądu wytworzonego w instalacji solarnej, czyli mniej prądu z fotowoltaiki sprzedajemy do sieci (po niskich cenach). Magazyn energii do fotowoltaiki może również stanowić część elektrowni wirtualnej i w ten sposób być źródłem dochodu.

Zwiększenie zużycia energii z fotowoltaiki

Głównym powodem dla którego warto instalować magazyn energii jest zmagazynowanie energii, której nie możemy w danym momencie wykorzystać na własne potrzeby, i wykorzystanie tej energii o innej porze dnia, wtedy gdy będzie potrzebna. Energia z fotowoltaiki jest sprzedawana po coraz niższych cenach w net-billing, więc jej sprzedaż jest coraz mniej opłacalna. Magazyn energii do fotowoltaiki pozwala na przechowanie tej energii do czasu jej wykorzystania lub umożliwia sprzedaż do sieci gdy ceny odsprzedaży energii z fotowoltaiki są wyższe – taka możliwość pojawi się po wprowadzeniu godzinowego rozliczania sprzedaży energii z fotowoltaiki.

zasada działania magazynu energii
Produkcja energii z fotowoltaiki nie jest dopasowana do jej zużycia

Magazyn energii jako elektrownia wirtualna

Magazyn energii może zostać również wykorzystany jako element elektrowni wirtualnej i generować dzięki temu dochody dla jego właścicieli. Elektrownie wirtualne funkcjonują m. in. w Niemczech, Włoszech, Australii, Wielkiej Brytanii czy w USA. Właściciele magazynów energii pracujących w ramach elektrowni wirtualnych udostępniają swoje magazyny (lub część ich pojemności) do dyspozycji operatorów tych elektrowni.

Magazyn energii jako zasilanie awaryjne

Magazyn energii może również służyć jako zasilanie awaryjne (back-up) na wypadek braku energii elektrycznej z publicznej sieci. Trzeba jednak pamiętać, iż takie wykorzystanie magazynu energii jest droższe w montażu, oraz dodatkowo zmniejsza opłacalność jego eksploatacji, ponieważ część pojemności baterii zawsze będzie zablokowana na wypadek awarii sieci. Im dłuższe zasilanie rezerwowe chcemy sobie zapewnić, tym mniej można wykorzystać baterię.

Praca magazynu jako zasilanie awaryjne najczęściej wymaga przebudowy domowej instalacji elektrycznej. Dodatkowo, w przypadku podpięcia całej domowej instalacji elektrycznej w ramach zasilania awaryjnego, należy pamiętać o zrównoważeniu faz. Falowniki trójfazowe, na ogół mogą dostarczać na jednej fazie jedną trzecią swojej mocy (może się zatem okazać, że w trybie awaryjnym nie uda się zagotować wody w czajniku elektrycznym, gdyż jego pobór mocy przekracza moc maksymalną na jedną fazę falownika).

Magazyn energii ma za zadanie obniżać rachunki za prąd w systemie net-billing. Funkcja zasilania awaryjnego natomiast jest dodatkowym kosztem. Im dłuższy czas pracy w trybie pracy awaryjnej chcemy sobie zapewnić, tym mniej można wykorzystać pojemność baterii, gdyż powinna mieć zawsze rezerwę na okres awarii sieci.

Rodzaje magazynów energii

Dziesięć lat temu akumulatory kwasowo-ołowiowe były jedynym wyborem dla tych, którzy chcieli mieć magazyn energii. Od tego czasu nastąpiła rewolucja w dziedzinie magazynowania energii, a baterie litowe są obecnie jedyną praktyczną opcją dla magazynów energii do domu.

Nie było jednak pewne, że technologia litowo-jonowa znajdzie się na szczycie. Na jej drodze pojawiła się konkurencja ze strony innych technologii magazynowania energii. Poniżej podsumowanie technologii stosowanych w magazynach energii do fotowoltaiki.

Litowo-jonowy magazyn energii

Obecnie, jeśli kupujesz magazyn energii do fotowoltaiki, będzie to bateria litowo-jonowa, chyba że bardzo się postarasz aby zdobyć coś innego. Jest to obecnie jedyna praktyczna opcja dla magazynu energii do domu. Chociaż baterie litowe nie są doskonałe, osiągnęły swoją dominującą pozycję na rynku głównie dzięki pokonaniu konkurencji pod względem kosztów i niezawodności.

Choć w przyszłości mogą pojawić się nowi konkurenci, wygląda na to, że technologia litowo-jonowa pozostanie jedynym wyborem przez co najmniej kilka następnych lat.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe

Pomimo tego, że baterie litowo-jonowe są na rynku niecałą dekadę, akumulatory kwasowo-ołowiowe wydają się obecnie bardzo starą technologią. Ale skoro zostały wynalezione w 1859 roku, to zapewne tak jest.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe są duże i nieporęczne i mogą wymagać wielu czynności konserwacyjnych. Chociaż ich koszt początkowy może wyglądać nieźle, muszą być wymieniane znacznie częściej niż inne typy akumulatorów. Prowadzi to do wysokiego średniego kosztu za kWh zmagazynowanej energii, co czyni je nieodpowiednimi do użytku jako magazyn energii do domu.

Z drugiej strony, są one niezawodne i były używane przez dziesięciolecia. Chociaż stopniowo znikają, niektórzy trzymają się ich, ponieważ są dobrze znane.

Baterie sodowo-jonowe

Baterie sodowo-jonowe to nowa technologia, która może zastąpić baterie litowo-jonowe w magazynach energii do domu. Są one podobne do baterii litowo-jonowych, z wyjątkiem tańszego sodu, który zastępuje lit. Ich wadą jest to, że są cięższe, ale nie jest to poważny problem w przypadku magazynów energii do domu. Baterie sodowo-jonowe są już montowane w samochodach elektrycznych w Chinach. Dostępny jest również magazyn energii do domu wykonany w technologii sodowo-jonowej, oferowany przez chińskiego producenta, firmę Biwatt.

Czas pokaże, czy technologia sodowo-jonowa przyjmie się na rynku. Nie wiadomo również, czy pokonają one baterie litowo-jonowe pod względem kosztów.

Budowa ogniwa litowo-jonowego

Magazyny energii dostępne dzisiaj na rynku zbudowane są najczęściej z ogniw litowo-jonowych.

budowa ogniwa litowo-jonowego
Podczas ładowania, jony litu przemieszczają się od katody do anody. A podczas rozładowywania, w przeciwnym kierunku.

Ogniwa litowo-jonowe są zbudowane z czterech głównych elementów: anody, katody, separatora i elektrolitu. Na rynku można spotkać kilka rodzajów ogniw litowo-jonowych, a ich nazwy pochodzą od materiału, z którego zbudowana jest katoda.

Wśród magazynów energii najczęściej spotykane rodzaje to baterie LFP oraz NMC, przy czym, ze względu na niższą cenę, technologią dominującą jest technologia LFP.

Zalety i wady magazynów energii LFP

Magazyny energii LFP charakteryzują się wysoką liczbą cykli ładowania / rozładowywania. Podczas pracy w niskich temperaturach (zwykle poniżej 10 stopni Celsjusza) występują jednak ograniczenia mocy ładowania / rozładowywania oraz zmniejsza się dostępna pojemność. Czasami nie można baterii ładować w temperaturach ujemnych (wymagane jest podgrzewanie baterii), co może mieć znaczenie, jeśli ktoś chciałby akumulator zamontować na zewnątrz budynku.

Liczba cykli ładowania akumulatorów LFP waha się na ogół w zakresie 3.000 – 5.000 cykli.

Zalety i wady magazynów energii NMC

Magazyny energii NMC mają większą gęstość energii, czyli zajmują mniej miejsca niż LFP. Cechują się większymi mocami ładowania / rozładowywania niż LFP, czyli można z baterii NMC zasilać równocześnie więcej urządzeń niż w przypadku LFP (a w przypadku samochodów elektrycznych, można osiągać większe przyspieszenie).

Baterie NMC mają trwałość ok. 1.000 – 3.000 cykli ładowania / rozładowania.

Liczba cykli ładowania / rozładowania magazynu energii do domu

Niektórzy producenci magazynów energii deklarują, iż ich baterie mogą zrealizować np. 6.000 cykli ładowania / rozładowania. Warto jednak upewnić się, w jaki sposób definiują jeden cykl. Pełen cykl ładowania oraz rozładowania oznacza naładowanie baterii od 0% do 100% oraz ponowne rozładowanie do 0% (lub np. dwukrotne ładowanie i rozładowanie od 50% do 100% co daje tę samą ilość zmagazynowanej energii).

liczba cykli magazynu energii a głębokość rozładowania
Liczba cykli zdefiniowana dla niepełnego rozładowania akumulatora

Zdarza się jednak, iż jeden cykl jest określony w gwarancji dla innej głębokości rozładowania niż 100% – tak jak w przykładzie na zdjęciu, gdy producent dopuszcza jedynie 80% DOD, czyli głębokość rozładowania maksymalnie do 80%.

Magazyny energii nisko- i wysokonapięciowe

Przyjęło się, iż magazyny, które mają zasilanie kilkadziesiąt woltów, najczęściej 48 V lub 96 V (zdarza się 24 lub 12V do zastosowań mobilnych w kamperach czy na łódkach), nazywane są magazynami niskonapięciowymi. Natomiast baterie wysokonapięciowe to te, których napięcia osiągają kilkaset woltów, najczęściej 400 – 800V.

Zalety i wady baterii niskonapięciowych

Baterie niskonapięciowe charakteryzują się tym, że do podłączenia wymagają grubych kabli. Przepływa przez nie stosunkowo niskie napięcie, ale za to wysoki prąd i aby ograniczyć straty na przesyle prądu pomiędzy falownikiem hybrydowym a akumulatorem potrzebne są grube kable.

Akumulatory niskonapięciowe dobrze sprawdzają się w zastosowaniach mobilnych – w kamperach czy na łódkach. W takich zastosowaniach baterie pracują z napięciami rzędu 24V – 12V, dzięki czemu jest to bezpieczniejsze gdy wydarzy się porażenie dotykowe (bywa, że bateria jest łatwo dostępna i wówczas łatwiej o porażenie).

Magazyny niskonapięciowe są tańsze, ponieważ jest to technologia która pojawiła się na rynku jako pierwsza, jest lepiej opanowana i linie produkcyjne u producentów są do niej przystosowane. Do niedawna była to technologia dominująca.

Zalety i wady baterii wysokonapięciowych

Baterie wysokonapięciowe są droższe – wysokonapięciowy magazyn energii jest droższy od niskonapięciowego o tej samej pojemności. Zaletą jest prostszy montaż – kable o mniejszych przekrojach dają się łatwiej układać. Charakteryzują się minimalnie wyższą sprawnością, ponieważ pracują z napięciem zbliżonym do napięcia łańcucha paneli fotowoltaicznych, więc są mniejsze straty, niż w przypadku niskonapięciowych. Różnice te są jednak minimalne.

Wybór falownika do baterii nisko lub wysokonapięciowej

Falownik może pracować tylko z jednym rodzajem baterii: albo z niskonapięciową albo z wysokonapięciową. Jeżeli zatem wybór pada np. na magazyn energii niskonapięciowy, należy wyszukać inwerter, który będzie z nim współpracował.

Magazyn energii w modułach czy All-In-One?

rodzaje magazynów energii
Magazyny energii w różnych wariantach (Pylontech, BYD, oraz Tesla Powerwall 3)

Baterie mogą być montowane w postaci wież, składających się z modułów bateryjnych lub w wersji zintegrowanej z falownikiem. Ta druga wersja nazywana jest All In One.

Funkcje obu wariantów są takie same i nie ma różnic w ich użytkowaniu.

Istnieją jednak różnice w sytuacji, jeśli magazyn energii ma być rozbudowywany w przyszłości, np. jeśli ulegnie rozbudowie instalacja fotowoltaiczna. Dodanie modułów solarnych może wytworzyć potrzebę zwiększenia pojemności baterii.

Magazyn energii w postaci wieży

Magazyn energii jest wykonany w postaci wieży z modułów bateryjnych ustawionej na podłodze. Taki zestaw może składać się z modułów bateryjnych wyposażonych w indywidualne BMSy ( BMS to systemy zarządzania baterią) lub zestaw modułów bateryjnych wykorzystujących jeden wspólny BMS.

Pierwszy wariant jest droższy, gdyż osobne BMSy kosztują więcej, niż jeden wspólny. Natomiast w wariancie z modułami bateryjnymi wyposażonymi w indywidualne BMSy można w przyszłości dokładać same moduły bateryjne do wieży (do ilości maksymalnej zgodnie z instrukcją) – rozbudowa będzie wówczas tańsza.

Zakup magazynu energii ze wspólnym BMS jest korzystniejszy w zakupie, ale jego rozbudowa będzie wymagała zakupu nowej wieży, zamiast pojedynczego modułu bateryjnego (rozbudowa będzie droższa). Jeden BMS nie zawsze będzie mógł obsłużyć zarówno starych, jak i nowych modułów bateryjnych równocześnie – przed zakupem należy upewnić się u instalatora jakie są możliwości rozbudowy systemu.

magazyn energii pod falownikiem
Nie umieszczaj modułów bateryjnych bezpośrednio pod falownikiem, ponieważ przenoszenie ich później, gdy wieża rośnie, jest uciążliwe.

Modułowość działa w obie strony, ponieważ więcej połączeń oznacza więcej potencjalnych punktów awarii. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku tańszych magazynów energii z dużą ilością kabli do podłączenia. Lepsi producenci, tacy jak BYD, czy Sungrow, umożliwiają automatycznie połączenie modułów po umieszczeniu ich na wieży.

Systemy modułowe często wymagają minimalnej liczby modułów do działania. Na przykład, Sungrow SBR może być zakupiony z „fikcyjnym” modułem jako wypełnieniem, aby zestaw zaprojektowany dla trzech baterii mógł być podłączony tylko do dwóch.

I odwrotnie, system może potrzebować kilku modułów, aby spełnić maksymalne wymagania dotyczące wydajności. Drobny druk w wielu kartach katalogowych systemów modułowych wskazuje, że pełna pojemność dla pracy w trybie awaryjnym wymaga więcej niż tylko minimalnego zestawu akumulatorów.

Zintegrowany magazyn energii do fotowoltaiki

Wariant All In One to rodzaj magazynu energii w postaci wieży, w której zabudowany jest zarówno magazyn energii, jak i falownik. Jeśli chodzi o późniejszą rozbudowę magazynu energii, to sytuacja wygląda podobnie jak dla klasycznej wieży opisanej powyżej – jeżeli moduły bateryjne posiadają wspólny system sterowania BMS, wówczas rozbudowa będzie na ogół wymagać zakupu kolejnego zestawu All-In-One.

tesla powerwall 3
Tesla Powerwall 3 – magazyn energii z falownikiem solarnym. Źródło. Tesla

Niektóre zestawy All-In-One można powiesić na ścianie. Trzeba jednak pamiętać, iż taki zestaw może ważyć 100 – 130 kg (w przypadku akumulatora o pojemności 10 kWh).

Zestawy All-In-One oferuje m. in. Tesla Powerwall 3 czy FoxxESS All-In-One.

Magazyn energii podłączony po stronie prądu stałego lub zmiennego (DC Coupling / AC Coupling)

W zależności od sposobu przyłączenia, występują dwie możliwości podłączenia magazynu energii: po stronie prądu stałego lub prądu zmiennego.

Jeżeli instalacja fotowoltaiczna została zbudowana ze standardowym falownikiem (nie hybrydowym), do takiego falownika najprawdopodobniej nie można podłączyć magazynu energii. W takiej sytuacji, rozwiązaniem jest montaż magazynu energii podłączanego po stronie prądu zmiennego, albo wymiana falownika na hybrydowy.

Wymiana inwertera na nowy umożliwi podłączenie akumulatora po stronie prądu stałego i zmniejszenie strat na przekształcaniu ze stałego w zmienny i na odwrót. Z kolei zakup magazynu energii podłączanego po stronie prądu zmiennego, spowoduje większe straty podczas przekształcania prądu, będzie jednak na ogół tańszy w zakupie. Dlatego warto w obu przypadkach porównać opłacalność obu rozwiązań, ponieważ nowy falownik hybrydowy to dość znaczący wydatek.

Bateria podłączana po stronie prądu stałego

magazyn energii DC

W przypadku montażu nowej instalacji fotowoltaicznej magazyn energii najczęściej jest podłączany po stronie prądu stałego (DC Coupling), czyli do falownika hybrydowego. W takiej sytuacji, energia elektryczna z ogniw PV, po dostosowaniu napięcia w falowniku, przesyłana jest do baterii, która również zasilana jest prądem stałym.

Bateria podłączana po stronie prądu zmiennego

magazyn energii AC

Jeżeli magazyn energii jest podłączony po stronie prądu zmiennego (AC Coupling), wówczas prąd stały z paneli PV najpierw zostaje najpierw przekształcony na prąd zmienny. Następnie w magazynie energii (a konkretnie, w zabudowanej wspólnie z baterią przetwornicy), odbywa się jego ponowne przekształcenie, tym razem w przeciwnym kierunku – z prądu zmiennego na stały.

Ten rodzaj magazynu energii można podłączyć do każdego falownika.

Podłączenie magazynu energii do falownika

Gdy litowo-jonowy magazyn energii oraz falownik pochodzą od tego samego producenta, to sprawa jest prosta – producent obu urządzeń gwarantuje, iż współpracują one ze sobą. Jeżeli jednak są to różni producenci, wówczas należy potwierdzić kompatybilność urządzeń zarówno przez producenta falownika, jak i producenta baterii. Brak kompatybilności może spowodować utratę gwarancji zarówno na magazyn energii jak i na falownik (a czasami tylko na jedno z tych urządzeń).

Producenci publikują listy kompatybilności, na których można znaleźć modele urządzeń, które mogą ze sobą współpracować. Warto również pamiętać, iż aktualizacja oprogramowania, może spowodować wypadnięcie produktu z listy kompatybilności, dlatego przed dokonaniem aktualizacji oprogramowania, lepiej upewnić się u producenta, iż można ją bezpiecznie przeprowadzić.

Lista kompatybilności falowników Fronius
Lista kompatybilności falowników Fronius

Niektóre osoby zakładają, iż podobnie jak można podłączać dowolne panele do falownika (wyjątkiem są moduły dwustronne, które mogą mieć zbyt wysokie prądy dla niektórych falowników), można również podłączyć dowolny magazyn energii. Analogia współpracy w tym przypadku nie jest jednak całkiem precyzyjna.

Falownik nie może uszkodzić panelu fotowoltaicznego, a niepoprawny dobór skończy się ewentualnie zmniejszoną wydajnością produkcji energii. Falownik może natomiast uszkodzić moduł bateryjny, gdyż falownik (poprzez BMS) reguluje głębokość ładowania / rozładowania, prąd ładowania / rozładowania, czy temperaturę pracy modułów bateryjnych.

Dawniej stosowane akumulatory kwasowo-ołowiowe, w większości przypadków nie wymagały BMS, wystarczyło proste oprogramowanie nadzorujące poziom naładowania / rozładowania. Akumulatory litowo-jonowe mogą natomiast bezpiecznie pracować jedynie w określonym zakresie parametrów, dlatego wymagają dużo bardziej zaawansowanego oprogramowania.

Sprawność magazynu energii do fotowoltaiki

Zarówno ładowanie, jak i rozładowywanie magazynu energii nie odbywa się bez strat, tzn. część energii elektrycznej jest tracona i zamienia się w ciepło.

Z badań berlińskiej uczelni HTW wynika, iż średnia sprawność magazynu energii wynosi pomiędzy 92% a 98%. Taki wynik otrzymano na podstawie badań kilkunastu producentów, którzy sami zgłosili swoje baterie do testów, a zatem dotyczy to prawdopodobnie najlepszych urządzeń na rynku.

sprawność magazynu energii
Magazyn energii sonnen

Dla większości zestawów magazynów energii dostępnych na rynku, sprawność wynosi 85% – 90%. W tej wartości zawarta jest, oprócz sprawności magazynu energii, również sprawność falownika, która średniorocznie wynosi zwykle ok. 95% – 98%.

Oznacza to, iż jeżeli instalacja fotowoltaiczna produkuje rocznie 6.000 kWh, a z tego 2.000 kWh chcielibyśmy przeznaczyć na zmagazynowanie w baterii, to z 2.000 kWh, do dyspozycji otrzymamy 1.700 kWh – 1.800 kWh rocznie energii elektrycznej. Warto to uwzględnić w rachunku ekonomicznym, gdyż powoduje to zwiększenie kosztów eksploatacji magazynu energii.

Producenci w swoich materiałach reklamowych informują o bardzo wysokich sprawnościach, jednak są to wartości maksymalne, uzyskiwane w określonych warunkach. W mniej sprzyjających warunkach (np. w nocy, gdy pobór prądu jest niewielki), sprawność znacząco maleje.

Przed zakupem magazynu energii do domu, dobrze jest zapytać instalatora jaka jest sprawność baterii, oraz ile prądu pobiera w trybie czuwania.

Pojemność całkowita i użytkowa magazynu energii do fotowoltaiki

Pojemność całkowita magazynu energii (brutto) litowo-jonowego, to maksymalna pojemność, uwzględniająca rezerwę niezbędną do poprawnego funkcjonowania baterii.

magazyn energii pojemność całkowita i użytkowa
Pojemność całkowita i użytkowa baterii Sofar

Pojemność użytkowa (netto), to ilość energii, jaka jest do dyspozycji użytkownika baterii. Pojemność użytkowa jest mniejsza od pojemności całkowitej (na ogół 5% do 10%) .

Pojemność użytkowa zależna jest jednak od parametrów pracy baterii: mocy ładowania i rozładowania oraz temperatury. Jeśli do magazynu energii zostanie podłączonych jednocześnie wiele urządzeń, co spowoduje jego pracę z mocą maksymalną, może to wpłynąć na zmniejszenie jego pojemności. Aby tego uniknąć, należy sprawdzać, z jaką mocą może optymalnie pracować w trybie ciągłym, tak aby go nie przeciążać.

Póki co, nie dopracowano się standardu branżowego, przy jakich parametrach powinna być określana pojemność magazynu energii, dlatego każdy producent może mieć własne kryteria ustalania pojemności całkowitej oraz użytkowej.

Wpływ temperatury na pojemność baterii li-ion

Temperatura otoczenia również ma wpływ na pojemność akumulatora. Pojemność magazynu energii jest optymalna na ogół w temperaturach od 100C do 300C. Jeżeli zatem akumulator ma zostać zainstalowany np. w nieogrzewanym budynku gospodarczym, lub na zewnątrz, to warto zapytać instalatora, jak to wpłynie na pojemność. Znaczenie może mieć również rodzaj magazynu energii: baterie NMC radzą sobie lepiej w niskich temperaturach niż LFP.

Na Uniwersytecie w Melbourne w Australii przeprowadzono badania, mające pokazać jak niskie temperatury wpływają na parametry ogniw litowo-jonowych:

TemperaturaSOC – poziom naładowaniaDOD – poziom rozładowania
250C100%100%
-50C93%92%
-100C88%85%
-150C77%82%
Wyniki badania ogniw litowo-jonowych w niskich temperaturach. Źródło: ScienceDirect

Wyniki badań pokazały, iż w niskich temperaturach baterie li-ion wykazują znaczny spadek pojemności. Na przykład, w temperaturze -100C, podczas ładowania osiągały poziom 88% nominalnej pojemności (SOC 88%). Czyli baterię udało się naładować do poziomu 88%. Natomiast podczas rozładowywania można było uzyskać jedynie 85% pojemności nominalnej (DOD 85%).

Magazyn energii jako zasilanie awaryjne

Wiele osób, które wyposażyły swoje domy w możliwość zasilania awaryjnego z magazynu energii, nie są w pełni zadowolone z tej funkcjonalności. Przyczyna często tkwi w niezrozumieniu możliwości technicznych falowników solarnych.

Większość domów posiada trójfazowe instalacje elektryczne i w związku z tym, na ogół montowane są w nich trójfazowe falowniki. Na jednej fazie mogą one dostarczać jednak zwykle tylko jedną trzecią swojej mocy nominalnej.

Na przykład: inwerter o mocy 6 kW, na jednej fazie osiąga do 2 kW mocy.

Natomiast odbiorniki w domu są zwykle jednofazowe, więc jeżeli zostanie włączona suszarka o mocy 2.200 W to ten falownik może nie dać rady jej zasilić:

moc falownika hybrydowego w trybie awaryjnym
Moc znamionowa falownika falownika w trybie back-up i dla porównanie moce niektórych urządzeń

Zasilanie awaryjne powinno być raczej przeznaczone do podtrzymania niezbędnych urządzeń, na przykład:

  • lodówka (nikt nie lubi zepsutego jedzenia),
  • światło (z oczywistych powodów),
  • kilka gniazdek, w tym gniazdo do rutera (internet może być potrzebny podczas awarii),
  • piec gazowy (nikt nie lubi marznąć).

Liczba włączonych urządzeń elektrycznych będzie miała wpływ na to, na ile czasu wystarczy magazyn energii.

Zamiast zasilać cały dom awaryjnie z akumulatora, korzystniejsze może być wydzielenie osobnego obwodu, w którym znajdą się jedynie niezbędne urządzenia, szczególnie w przypadku falowników o mniejszej mocy. Zasilanie awaryjne całego domu będzie łatwiejsze do zrealizowania, jeśli falownik ma moc większą niż np. 10 kW.

Jak dobrać pojemność magazynu energii?

Ilu instalatorów, tyle metod doboru pojemności magazynu energii. Magazyny energii do domu to nowa branża, dodatkowo, system net-billing, który magazyny energii mają wspomagać, również pojawił się całkiem niedawno. Wszyscy zbieramy doświadczenie.

Jeżeli priorytetem montażu magazynu energii jest opłacalność, to generalna zasada brzmi, czym mniejszy akumulator, tym bardziej opłacalny (do pewnej granicy pojemności, poniżej której koszty montażu baterii czynią inwestycję mniej opłacalną).

W tabelkach poniżej wyliczono szacunkową opłacalność montażu magazynów energii w zależności od ich pojemności oraz wielkości produkcji energii z fotowoltaiki. Do obliczeń wykorzystano kalkulator opracowany na berlińskiej uczelni HTW.

Obliczenia przeprowadzono dla domu zużywającego 5.000 kWh rocznie. Przyjęto cenę odkupu energii z fotowoltaiki na poziomie 0,3 zł / kWh, a cenę zakupu prądu z elektrowni w wysokości 1,3 zł / kWh. W obliczeniach pominięto degradację magazynu energii, co oznacza, że w rzeczywistości okresy spłat będą dłuższe.

Metodologię obliczeń oraz zależności pomiędzy liczbą cykli ładowania / rozładowania a pojemnością baterii można znaleźć w artykułach o tym jak dobrać pojemność magazynu energii oraz jaka jest opłacalność magazynu energii. Poniżej znajduje się podsumowanie.

Tabelka 1 oblicza okres spłaty magazynu energii, gdy roczne zużycie prądu w domu jest większe niż produkcja energii z instalacji fotowoltaicznej.

Roczne zużycie prąduProdukcja energii z PVPojemność akumulatoraCena akumulatoraOkres spłaty
5.000 kWh3.000 kWh5 kWh16.000 zł13 lat
5.000 kWh3.000 kWh8 kWh23.000 zł15 lat
5.000 kWh3.000 kWh10 kWh27.000 zł17 lat
Tabela 1

Tabelka 2 została opracowana dla zużycia prądu w domu odpowiadającemu produkcji energii z fotowoltaiki.

Roczne zużycie prąduProdukcja energii z PVPojemność akumulatoraCena akumulatoraOkres spłaty
5.000 kWh5.000 kWh5 kWh16.000 zł11 lat
5.000 kWh5.000 kWh8 kWh23.000 zł12 lat
5.000 kWh5.000 kWh10 kWh27.000 zł13 lat
Tabela 2

Tabela 3 to sytuacja, gdy zużycie prądu w domu jest mniejsze niż produkcja energii z fotowoltaiki

Roczne zużycie prąduProdukcja energii z PVPojemność akumulatoraCena akumulatoraOkres spłaty
5.000 kWh8.000 kWh5 kWh16.000 zł10 lat
5.000 kWh8.000 kWh8 kWh23.000 zł11 lat
5.000 kWh8.000 kWh10 kWh27.000 zł12 lat
Tabela 3

Powyższe wyliczenia są szacunkowe i nie biorą pod uwagę indywidualnych preferencji czy kierunku ułożenia modułów fotowoltaicznych (inaczej rozkłada się w ciągu dnia produkcja z fotowoltaiki, gdy moduły są skierowane na południe, a inaczej, gdy np. na zachód). Magazyny energii posiadają na ogół kilka trybów pracy, za pomocą których można zwiększyć ich wykorzystanie i tym samym poprawić opłacalność.

Magazyn energii może być ładowany nie tylko z instalacji fotowoltaicznej, ale również z sieci. Aby jednak miało to ekonomiczny sens, cena zakupu prądu z elektrowni musiałaby być odpowiednio niska w okresie ładowania baterii oraz odpowiednio wysoka w okresie jego rozładowywania. Zobacz, ile kosztuje magazynowanie energii w domu.

Magazyn energii a moc przyłączeniowa

Przede wszystkim, czy magazyn energii trzeba zgłaszać? Otóż tak. Magazyn energii może wprowadzać energię elektryczną do sieci energetycznej, więc należy go zgłosić.

Czy magazyn energii wlicza się do mocy przyłączeniowej? Magazyn energii na ogół nie jest wliczany do mocy sumarycznej instalacji fotowoltaicznej (moc sumaryczna to moc instalacji PV oraz magazynu energii). Wyjątkiem są sytuacje, gdy moc paneli fotowoltaicznych jest większa od mocy falownika, oraz gdy moc paneli fotowoltaicznych jest mniejsza od mocy magazynu energii.

Sprawdzenie, czy moc mamy wystarczającą moc przyłączeniową, aby zamontować magazyn energii, najlepiej pokazać na przykładach.

Przykład 1
Chcemy zamontować magazyn energii o mocy 5 kW.
Jeżeli moc paneli fotowoltaicznych wynosi 10 kWp a moc falownika wynosi 9 kW (czyli moc paneli fotowoltaicznych jest większa od mocy falownika) – montaż magazynu energii nie zwiększa mocy sumarycznej instalacji. Moc sumaryczna instalacji wyniesie zatem 10 kW.

Przykład 2
Jeżeli moc paneli fotowoltaicznych wynosi 10 kWp, a moc falownika równa się 11 kW (czyli moc falownika jest większa od mocy paneli fotowoltaicznych) – montaż magazynu energii zwiększa moc sumaryczną instalacji. Wówczas należy zsumować moc paneli fotowoltaicznych oraz moc magazynu energii: 10 + 5 = 15 kW. Jeżeli posiadamy moc przyłączeniową 15 kW lub więcej, to nie będzie problemu ze zgłoszeniem magazynu energii.

Przykład 3
Jeżeli moc paneli fotowoltaicznych wynosi 10 kWp, moc falownika równa się 9 kW, a moc magazynu energii to 12 kW (czyli moc magazynu energii jest większa od mocy paneli fotowoltaicznych), wówczas montaż magazynu energii zwiększa moc sumaryczną instalacji. W takiej sytuacji należy zsumować moc paneli fotowoltaicznych oraz moc magazynu energii: 10 + 12 = 22 kW.

Zobacz, jakie są różnice pomiędzy kW, kWp i kWh i jak w prosty sposób je zapamiętać.

Jak sprawdzić moc magazynu energii?

Moc magazynu energii można odczytać z karty katalogowej. Moc magazynu energii można również policzyć jako iloczyn napięcia znamionowego oraz znamionowego natężenia prądu.

Jak sprawdzić moc magazynu energii?
Jak sprawdzić moc magazynu energii? – Fragment karty katalogowej magazynu energii Huawei Luna2000

Podstawowe parametry magazynu energii

Do podstawowych parametrów litowo-jonowych magazynów energii należą:

SOC – poziom naładowania baterii – informuje o ilości dostępnej energii

DOD – głębokość rozładowania akumulatora – najczęściej można znaleźć w zapisach gwarancyjnych, informuje wówczas o dopuszczalnym poziomie rozładowania magazynu energii,

SOH – stopień zużycia magazynu energii – baterie tracą z upływem czasu pojemność, parametr SOH informuje jak bardzo zużyta jest bateria.

Wsparcie techniczne jest kluczowe

Jeśli planujesz zakup magazynu energii, warto zapytać instalatora, jak solidne jest wsparcie techniczne producenta i czy instalator obsługiwał już reklamację. To są nowe produkty, często przeznaczone do współpracy z urządzeniami innych producentów, tzn. z falownikami.

Solidność jest najważniejsza. Zarówno dla klienta, jak i dla instalatora, ostatnią rzeczą jakiej obaj chcą, to telefony, wielokrotne wizyty, rozwiązywanie problemów i wymiana części.


Może Cię zainteresować