Jakie są rodzaje magazynów energii do domu?

Istnieje wiele czynników, które należy wziąć pod uwagę przy zakupie magazynu energii do fotowoltaiki. Dwie rzeczy, o których należy pamiętać, to rodzaj magazynu energii, którego szukasz oraz to, co dokładnie chcesz uzyskać dzięki baterii.

Istnieje pięć rodzajów magazynów energii: kwasowo-ołowiowe, litowo-jonowe, sodowo-jonowe, niklowo-kadmowe i przepływowe. Najpopularniejszym rodzajem magazynów energii do fotowoltaiki są obecnie baterie litowo-jonowe. Baterie litowo-jonowe mogą być zasilane prądem zmiennym lub stałym. Baterie podłączone do prądu przemiennego można podłączyć do klasycznych instalacji fotowoltaicznych, podczas gdy baterie podłączone do prądu stałego najlepiej instalować równocześnie z montażem paneli fotowoltaicznych.

Wyodrębniliśmy poniżej rodzaje magazynów energii, aby pomóc Ci znaleźć odpowiedni akumulator dla Twojej instalacji fotowoltaicznej. Z artykułu dowiesz się również jaka jest budowa magazynu energii i jakie są jego najważniejsze cechy.

Uzupełnieniem tego artykułu jest tabela z porównaniem magazynów energii: ceny, długość gwarancji, koszt magazynowania energii, itd.

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 rodzajów technologii stosowanych w magazynach energii do fotowoltaiki.

• baterie litowo-jonowe
• sodowo-jonowe
• baterie kwasowo-ołowiowe
• baterie niklowe
• baterie przepływowe

Każdy z tych rodzajów magazynów energii posiada własne cechy, dzięki czemu są one najlepsze dla różnych rodzajów instalacji fotowoltaicznych. Przyjrzyjmy się bliżej temu, co każdy rodzaj magazynu energii ma do zaoferowania.

Baterie litowo-jonowe

Akumulatory litowo-jonowe to ciągle nowość na rynku magazynów energii. Gdy popularność samochodów elektrycznych zaczęła rosnąć, ich producenci zdali sobie sprawę z potencjału litowo-jonowego akumulatora jako sposobu na magazynowanie energii. Szybko stały się one jednymi z najczęściej stosowanych magazynów energii do fotowoltaiki.

Baterie litowo-jonowe są najlepsze jako magazyn energii do fotowoltaiki, ponieważ mogą zgromadzić więcej energii w i pozwalają na wykorzystanie większej ilości energii zmagazynowanej w baterii (baterie litowo-jonowe można głębiej rozładować), co jest świetne do zasilania domu.

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

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.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe

Akumulatory kwasowo-ołowiowe to sprawdzony rodzaj magazynów energii. Są używane do magazynowania energii od dawna – w rzeczywistości od dziewiętnastego wieku. Utrzymały się na rynku dzięki swojej niezawodności.

Niezawodność akumulatorów kwasowo-ołowiowych doskonale sprawdza się w instalacjach fotowoltaicznych nie podłączonych do sieci (off-grid) lub jako awaryjne źródło zasilania na wypadek przerwy w dostawie prądu.

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 (kilowatogodzinę) zmagazynowanej energii, co czyni je obecnie mało konkurencyjnymi 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 niklowo-kadmowe

Akumulatory niklowo-kadmowe (Ni-Cd) nie są tak powszechnie stosowane jak akumulatory kwasowo-ołowiowe czy litowo-jonowe.

Baterie niklowo-kadmowe po raz pierwszy pojawiły się na scenie pod koniec XIX wieku, ale w latach 80. dwudziestego wieku przeszły metamorfozę, która znacznie zwiększyła ilość energii, jaką mogą gromadzić. Są one ulubioną technologią w przemyśle lotniczym.

Akumulatory niklowo-kadmowe są popularne w zastosowaniach wielkoskalowych, takich jak przemysłowe magazyn energii, ze względu na ich trwałość.

Baterie przepływowe

Baterie przepływowe to nowa technologia w branży magazynowania energii.

Zawierają one ciecz elektrolityczną na bazie wody, która przepływa między dwiema oddzielnymi komorami lub zbiornikami wewnątrz akumulatora. Po naładowaniu zachodzą reakcje chemiczne, które umożliwiają magazynowanie energii, a następnie jej rozładowanie. Akumulatory te zyskują obecnie na popularności.

Ich większy rozmiar sprawia, że są droższe niż inne rodzaje magazynów energii. Wysoka cena, w połączeniu z dużym rozmiarem, utrudnia ich zastosowanie do użytku domowego.

Akumulatory przepływowe sprawdzają się w zastosowaniach przemysłowych.

Budowa magazynu energii

Budowa magazynu energii litowo-jonowego, najczęściej obecnie stosowanego rodzaju baterii jest pokazana na obrazku poniżej:.

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.

Magazyny energii do domu

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.

Magazyn energii jako zasilanie awaryjne

Magazyn energii może również służyć jako zasilanie awaryjne (back-up) na wypadek braku energii elektrycznej z sieci energetycznej. 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 pojemność baterii.

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). Aczkolwiek pojawiają się rozwiązania umożliwiające nierównomierne obciążenie faz, np. falownik GoodWe.

Generalnie, w falownikach hybrydowych można spotkać cztery poziomy zasilania awaryjnego (lub jego braku):

• poziom 1 – brak zasilania rezerwowego w przypadku awarii sieci,
• poziom 2 – jest funkcja zasilania awaryjnego, ale magazyn energii ma ograniczone parametry pracy w tym trybie niż gdy jest podłączony do sieci, np. mniejszą moc,
• poziom 3 – bateria dostarcza energię w trybie rezerwowym, ale nie można jej ładować, gdy jest nadwyżka energii z instalacji fotowoltaicznej,
• poziom 4 – można ładować magazyn energii w trybie awaryjnym.

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.

Na jak długo wystarczy akumulator w trybie zasilania awaryjnego

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:

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.

Liczba cykli ładowania / rozładowania

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).

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?

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

Innym rodzajem magazynu energii jest zestaw 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 rodzaj 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.

Budowa modułowa 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.

Niektóre rodzaje 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

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

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.

Sposób podłączenia 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.

Niektórzy 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

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.

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

Pojemność całkowita magazynu energii (brutto) litowo-jonowego, to maksymalna pojemność, uwzględniająca rezerwę niezbędną do poprawnego funkcjonowania baterii. Budowa magazynu energii litowo-jonowego wymaga, aby nie rozładowywać go do końca.

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:

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%).

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.

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

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

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?

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

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.

Autor: Ryszard Jesionowski