Widok instalacji fotowoltaicznych na polskich domach, firmach, zabudowaniach gospodarczych i działkach nikogo już nie dziwi. Zwłaszcza kierowców aut elektrycznych nie trzeba przekonywać o zaletach tego typu rozwiązania. Sama możliwość taniego, domowego ładowania samochodu bywa już wystarczającym argumentem za zdecydowaniem się na taką inwestycję. Obecnie fotowoltaika bywa nazywana „podstawą zielonej transformacji energetycznej” naszego kraju. Eksperci podkreślają także jej zalety związane z bezpieczeństwem energetycznym. Aby jednak w pełni mówić o tej ostatniej kwestii, domową instalację warto rozbudować o magazyn energii.
Magazyn energii – dlaczego?
Odpowiedź jest prosta – odnawialne źródła energii są niestabilne, ponieważ zależą od warunków pogodowych. W przypadku instalacji fotowoltaicznych słońce może przestać świecić, w przypadku turbin wiatrowych wiatr może przestać wiać. W takiej sytuacji pomaga magazyn energii, dzięki któremu można pogodzić szczyt produkcji ze szczytem zapotrzebowania na prąd. Służy też do zwiększenia autokonsumpcji – czyli do pełnego wykorzystania darmowej energii z instalacji OZE. Gdy magazynu nie ma, nadwyżka jest wysyłana z powrotem do sieci. Omawiane urządzenie chroni przed stratami. Dodatkowe kwestie to także zabezpieczenie przed awariami sieci czy skokami napięcia.
Jak wygląda to w praktyce? Energia wyprodukowana przez instalację fotowoltaiczną zaspokaja bieżące zużycie. Jeśli jednak produkcja jest wyższa niż zapotrzebowanie, energia trafia do magazynu. Jest wykorzystywana w momencie, w którym fotowoltaika wstrzymuje produkcję (na przykład w nocy). Magazyn zużywa energię do ustalonego poziomu, a następnie pobiera ją z sieci. Aby system mógł działać poprawnie, instalacja fotowoltaiczna musi być przystosowana do pracy w trybie off-grid – czyli mieć falownik hybrydowy.
Jak dokładniej działa magazyn?
W popularnych magazynach energia jest przechowywana w postaci substancji chemicznej. Najczęściej w roli magazynów wykorzystuje się baterie litowo-jonowe. Używane są różne ich typy – litowo-żelazowo-fosforanowe, litowo-kobaltowe, litowo-manganowe czy baterie litowo-niklowo-kobaltowo-glinowe. Skąd popularność baterii litowo-jonowych? Ich zalety to m.in. wysoka gęstość energii (nawet 400 kWh na metr sześcienny) czy długa żywotność nawet przy częstych rozładowaniach. Akumulatory tego typu znacząco wygrywają więc z przestarzałą już technologią kwasowo-ołowiową (niższa sprawność, niższa gęstość energii).
Gdy magazyn z akumulatorem litowo-jonowym jest ładowany prądem, np. z instalacji fotowoltaicznej, jony litu przemieszczają się od katody do anody. Dzięki temu możliwe jest magazynowanie energii. Gdy z kolei trzeba ją oddać do zasilania, jony przemieszczają się w odwrotnym kierunku.
Istnieją także układy z superkondensatorem. Magazynowanie opiera się tu na polu elektrycznym powstającym między elektrodami węglowymi. Takie rozwiązanie wyróżnia się świetną sprawnością i żywotnością, niestety superkondensatory szybko się rozładowują (w tempie nawet 5% na dobę) i są bardzo drogie. Pozostałe technologie to np. chemiczne magazynowanie energii (np. ogniwa paliwowe), magazynowanie termochemiczne (magazyn ciepła), mechaniczne (elektrownie szczytowo-pompowe, magazyny sprężonego powietrza). Dla prywatnych użytkowników polecane są jednak przede wszystkim magazyny z akumulatorami litowo-jonowymi.
Magazyn energii – dla kogo?
O korzyściach, które z wykorzystania magazynów energii mogą odnieść prosumenci, już wspominaliśmy. Jeszcze mocniej tego typu rozwiązania docenią jednak użytkownicy instytucjonalni. Firmy, a przede wszystkim zakłady wytwórcze są bowiem jeszcze bardziej od osób prywatnych wrażliwe na przerwy w dostawie prądu. Takie sytuacje mogą doprowadzić do straty czasu czy zleceń.
Magazyny energii stają się także coraz popularniejsze w przypadku rolników (zapewniają ciągłość pracy) i wspólnot mieszkaniowych (zmniejszają koszty). Warto jednak pamiętać, że w przypadku firm nie można liczyć na dopłaty, z których (z programu „Mój Prąd”) mogą korzystać prosumenci. Magazyny mają więc sens w przypadku instalacji do 50 kWp – inaczej zwrot z inwestycji może zająć zbyt długo czasu.
Ile to kosztuje?
Przyjęło się, by do instalacji np. 3 kWp wybrać magazyn o pojemności co najmniej 3 kWh, do instalacji 5 kWp – 5 kWh i tak dalej. W przypadku domów jednorodzinnych najczęściej wybierane magazyny mają pojemność 5 lub 10 kWh. Cena standardowego rozwiązania o pojemności 10 kWh to od ok. 35 do 50 000 złotych brutto. Magazyn 5 kWh kosztuje ok. 10-20 000 złotych brutto. Do tych kwot należy doliczyć jeszcze koszt montażu. Poszczególne urządzenia różnią się od siebie np. mocą ciągłą falownika i maksymalną mocą chwilową, a także poziomem sprawności maksymalnej. Miewają wymienny moduł baterii, a także liczne funkcje dodatkowe, takie jak moduły WiFi, Ethernet czy UPS. Takie sprzęty ważą ok. 60-120 kilogramów.
Cenę można zwiększyć, decydując się np. na funkcję zasilania awaryjnego (kosztuje to dodatkowo ok. 8-12 tysięcy złotych). Czy cenę można obniżyć? W 2023 r. można było otrzymać nawet 16 000 zł dotacji na magazyn energii z programu Mój Prąd (maksymalnie 50% ceny zakupu i montażu). W 2024 r. program ma być kontynuowany. Miał ruszyć w drugim kwartale, teraz jednak wiadomo, że nie stanie się to, zanim nie zostaną rozpatrzone wnioski z poprzedniej edycji. W kwietniu podawano, że do rozpatrzenia pozostało ich jeszcze 33 tysięcy – termin rozpoczęcia kolejnej edycji programu może się więc przesunąć na czwarty kwartał tego roku.
Wśród producentów litowo-jonowych magazynów energii można wymienić takie firmy, jak BYD, Enphase, Growatt, Huawei, LG Chem, SolaX, KSTAR, PylonTech, Fronius czy GoodWe. Większość z wiodących marek pochodzi z Chin, nie brakuje jednak także firm np. z Niemiec (Axitec, KSTAR, Sonnen), USA (Enphase), Austrii (Fronius) czy Włoch (WeCo).
Magazyn energii ma w swojej ofercie także Tesla. Najnowszy Powerwall 3 ma pojemność użytkową na poziomie 13,5 kWh i może pracować z ciągłą mocą 11,5 kW (według informacji przekazanych przez Elona Muska chwilowa moc Powerwalla 3 to nawet 30 kW. Magazyny Tesli można powiększyć nawet do czterech jednostek, uzyskując w ten sposób 54 kWh pojemności użytkowej. Powerwall 3 ma zintegrowany falownik i pracuje ze sprawnością 97,5 proc. Gwarancja wynosi 10 lat. Sprzęt waży ok. 130 kg. Niestety, nie jest oferowany – przynajmniej jak na razie – na rynkach poza USA. Koszt w Stanach Zjednoczonych to 8400 dolarów (czyli ok. 33 120 zł), tamtejsi klienci mogą odliczyć od tego jeszcze dotacje.
Przyszłość magazynów energii
Szybki rozwój OZE przy jednoczesnej powolnej rozbudowie sieci energetycznej będzie powodować coraz większe kłopoty ze stabilnością, a co za tym idzie – magazyny staną się coraz popularniejsze. Może pójść za tym spadek ich cen – takie zjawisko widać już np. na rynku niemieckim. Sprzedaż opisywanych rozwiązań cały czas rośnie – i to się raczej nie zmieni. Uruchomienie nowej edycji programu dofinansowań może jedynie poprawić sytuację.
Jeżeli chodzi o technologię, także należy spodziewać się imponującego rozwoju. Kilka dni temu w Chinach uruchomiono pierwszy testowy magazyn energii stworzony w oparciu o ogniwa sodowe Na-ion (na zdjęciu poniżej). Akumulator (a raczej „megaakumulator”) ma pojemność 10 000 kWh i ma być rozbudowany nawet dziesięciokrotnie. Zdaniem twórców tego rozwiązania, magazyn ładuje się do 90% w ciągu 12 minut. Sprawność układu to 92%, czyli jest lepsza o kilka procent od tej z magazynów zbudowanych z wykorzystaniem ogniw litowo-jonowych. Technologia się rozwija i ma szansę wpłynąć na znaczny spadek cen magazynów energii. Sód jest bowiem łatwiej dostępny i tańszy od litu czy kobaltu. Chińczycy intensywnie testują także inne technologie magazynowania – np. wykorzystujące skompresowane powietrze czy ogniwa elektrochemiczne.
Magazyny energii a auto EV
Domowe magazyny energii nie są zwykle wystarczająco pojemne, by dało się z nich naładować samochód do pełna – stanowią jednak doskonałe uzupełnienie instalacji fotowoltaicznej. Specjaliści zalecają, by doładowywać baterię auta, gdy magazyn energii jest już zapełniony, a mimo to wciąż wytwarzamy nadwyżki prądu. Pozwoli to na odciążenie sieci przesyłowej i uniknięcie wysyłania wytworzonego prądu z powrotem do sieci energetycznej. Magazyn sprawdzi się także nawet bez użycia fotowoltaiki, jeśli ktoś zamierza… kupić prąd po tańszej taryfie i potem użyć go właśnie np. do doładowania baterii samochodu. Odporność na przerwy w dostawie energii (których latem zapewne będziemy doświadczać coraz więcej – im więcej upałów, klimatyzatorów, ale również i aut EV, tym szanse na problemy wzrastają) to także ważna zaleta.
Mikołaj Adamczuk
