Magazyny energii czyli niezależność energetyczna u progu

Magazynowanie energii elektrycznej było celem naukowców i wynalazców od momentu odkrycia zjawiska prądu elektrycznego. Rozwój fotowoltaiki sprawił, że już lata temu pojawiła się  w branży luka w postaci potrzeby magazynowania nadwyżek energii wyprodukowanej ze słońca. Dotychczasowe technologie nie sprawdzały się w tym zakresie.

Dodatkowy nacisk na rozwój magazynów energii tworzą nowe regulacje prawne, takie jak te właśnie wprowadzane w Polsce. Z jednej strony pełnią rolę osłonową wobec sieci energetycznej nieprzystosowanej do do fotowoltaiki, a z drugiej zapewniają zyski dystrybutorom. Tymczasem nie jest bynajmniej w interesie prosumenta, by dystrybutor zarabiał na jego inwestycji w przydomową fotowoltaikę.

O nowych zasadach dla fotowoltaiki pisaliśmy już w artykule „Fotowoltaika nowe przepisy 2022”.

Według dotychczasowych zasad nadwyżka prądu była w całości oddawana do sieci, która dla prosumentów była jak wielki ogólnodostępny magazyn energii. Następnie prosument odbierał 80 proc. wprowadzonego wcześniej prądu w momencie największego zapotrzebowania na energię elektryczną.

Sam wynalazek nie jest bynajmniej współczesną konstrukcją, ponieważ idea magazynowania energii ma tyle lat, ile odkrycie zjawiska prądu elektrycznego. Pierwsze magazyny energii, których, nawiasem mówiąc używa się do dzisiaj, to elektrownie szczytowo-pompowe.

Przydomowa instalacja fotowoltaiczna wymaga oczywiście innego typu magazynu energii. Do najbardziej popularnych należą magazyny litowo-jonowe, których sprawność w gromadzeniu energii wynosi solidne 80 proc. i z tego powodu najczęściej stosuje się je do fotowoltaiki. Litowo-jonowe magazyny energii charakteryzują się dużą gęstością mocy, co umożliwia nawet małej jednostce ładowanie tzw. dużym prądem. Dzięki temu urządzenie może zapewnić prąd dla wielu odbiorników energii elektrycznej w domu. Akumulatory litowo-jonowe posiadają też dużą ilość cykli ładowania i rozładowywania, co przekłada się na dostateczną żywotność urządzenia.

Oczywiście magazyny litowo-jonowe nie są jedynymi, które są dostępne na rynku. Oprócz nich można znaleźć magazyny litowo-żelazowo-fosforanowe, kwasowo-ołowiowe, żelowe czy AGM. Każdy z wymienionych typów akumulatorów ma swoje zalety, jak i swoje wady.

W przypadku urządzeń litowo-jonowych największą wadą jest ich dość wysoka cena oraz potrzeba dokładnej kontroli parametrów ładowania. Jednocześnie producenci takich urządzeń oferują najdłuższą gwarancję, co w przypadku takiej inwestycji ma dość spore znaczenie.

Pierwszym krokiem, jaki należy zrobić, to określić potrzeby. Do instalacji PV stosowane są akumulatory cykliczne, które będą się mniej lub bardziej rozładowywać. Z tego powodu należy zwrócić uwagę na ilość cykli ładowania i rozładowywania magazynu, gęstość mocy, energii i sprawność magazynowania.

Parametr ten oznacza, ile maksymalnie energii posiada magazyn oraz jaka jest maksymalna jego moc na jednostkę masy lub objętości.

To równie ważny parametr, ponieważ dzięki niemu wiemy, ile energii tracimy podczas ładowania i rozładowywania urządzenia.

W tym miejscu warto wspomnieć o trybach pracy poszczególnych magazynów energii. Na rynku są dostępne magazyny pracujące w trybach:

Akumulatory buforowe są przeznaczone do pracy jako awaryjne źródła zasilania, ponieważ jego rozładowanie następuje w momencie braku prądu w sieci. Z uwagi na to nie powinno się ich stosować do przydomowych instalacji fotowoltaicznych.

Drugim typem są akumulatory cykliczne, które równoważą energię wyprodukowaną w dzień z zapotrzebowaniem nocnym. Krótko mówiąc, są to urządzenia, które w dzień się ładują, a w nocy oddają zgromadzoną energię. Idealnie sprawdzą się dla domu.

W analizach rozwoju branży fotowoltaicznej eksperci wskazują, że nie będzie on już dalej możliwy bez udziału magazynów energii. Z jednej strony udoskonalana jest zatem sama technologia w nich stosowana – czego przykładem jest nowa bateria marki Toshiba (o której pisaliśmy w artykule “Magazyn energii do fotowoltaiki zachowujący 100% pojemności“). Z drugiej strony – zmienia się na plus ich dostępność.

Choć dla większości właścicieli domów w Polsce cena za magazynowanie energii pod własnym dachem jest wciąż zaporowa, to od roku 2022 mogą oni skorzystać z programu „Mój prąd 4.0”, który umożliwia uzyskanie dofinansowania na magazyny energii.

Wraz ze spadkiem cen magazynów energii w Niemczech można zaobserwować wzrost liczby zamontowanych przydomowych urządzeń magazynujących energię. W 2019 zainstalowano urządzenia o łącznej pojemności 496 MWh, natomiast rok wcześniej było to 283 MWh. Efekt działań niemieckiego rządu jest bardziej niż imponujący. W przypadku najlepszych jakościowo instalacji fotowoltaika + magazyn energii, LCOE (Levelised Cost of Electricity, ang. Uśredniony koszt energii elektrycznej) wyniósł 14,7 eurocentów/kWh. Jest to o połowę niższa cena prądu niż koszt energii z sieci.

„Podczas gdy energia z dachowych instalacji fotowoltaicznych już obecnie stała się dużo tańsza niż energia dla odbiorców końcowych w części krajów Europy, szybki spadek kosztów baterii umożliwia już magazynom energii konkurowanie z cenami energii z sieci w rosnącej liczbie państw” – czytamy w raporcie.

Na przykładzie Niemiec można wysnuć wniosek mówiący o tym, że ceny magazynów energii będą w przyszłości spadały, aby w końcu zrównać się z cenami instalacji fotowoltaicznej. Prawdopodobnie nastąpi to około 2026 roku przy utrzymaniu obecnych trendów. Widzimy więc, że magazynowanie energii z instalacji fotowoltaicznej stanie się w nieodległej przyszłości standardem. Niezależność energetyczna stanie się cechą wymarzonego domu.

Własne urządzenie magazynujące energię elektryczną to przede wszystkim niezależność energetyczna. W dobie zmian w regulacjach fotowoltaiki w Polsce, które wchodzą w życie już od 1 kwietnia 2022 roku, posiadanie takiego urządzenia pozwoli na wykorzystanie wyprodukowanego przez siebie prądu bez konieczności odsprzedawania nadwyżki po niższych cenach.

Przejście na własny magazyn energii będzie szczególnie korzystne dla posiadaczy ogrzewania elektrycznego, np. systemu na podczerwień. Zmagazynowany przez dzień prąd zostanie wykorzystany do zasilenia ogrzewania nocą. Jednak nie są to bynajmniej jedyne zalety tego rozwiązania.

Nie należy zapominać też o charakterze produkcji energii ze słońca. Powoduje ona sporo problemów zarówno dla prosumentów, jak i operatorów. Choć nie jest to temat szerzej znany, to jednak istnieje i nie może być pomijany. Eksperci wskazują, że sieci dystrybuujące energię elektryczną w Polsce są obliczone na przesyłanie energii w jedną stronę, czyli do odbiorcy. W momencie wprowadzania energii do sieci pojawiają się skoki napięcia, które przekraczają dopuszczalne normy.

Zaopatrzenie się w magazyn energii sprawi, że mniej prądu będzie trafiało do sieci, co przełoży się na mniejsze skoki napięcia i zwiększenie bezpieczeństwa sieci. Uchroni też posiadacza fotowoltaiki przed większymi opłatami za moc bierną.

Ile zapłacisz za niezależność energetyczną? Można to wyliczyć już teraz. W celu wybrania odpowiedniego magazynu energii dla domu i oszacowania jego ceny trzeba sobie odpowiedzieć na kilka podstawowych pytań. Pierwszym z nich dotyczy pojemności magazynu, którą wyraża się w kWh, mówi ona o tym, ile energii można otrzymać z całkowicie naładowanego magazynu. Przeważnie dla instalacji domowych wybiera się magazyny w przedziale 3 – 15 kWh.

Kolejne zagadnienie dotyczy technologii wykonania magazynu energii. W tej chwili na rynku są dwie główne technologie: litowo-jonowa oraz kwasowo-ołowiowa. Pierwsze z nich cieszą się w tej chwili większą popularnością, ponieważ są lżejsze i mniejsze niż ich alternatywy. Wybierając akumulator trzeba także popatrzyć na ilość cykli. Jest to proces całkowitego naładowania i rozładowania urządzenia więc nie trudno się domyślić, że im więcej cykli, tym lepiej. Jednak za ich większą ilością będzie również szła wyższa cena.

Cena magazynów energii o pojemności 5 kWh wynosi aktualnie około 14 000 złotych, dla pojemności 10 kWh to koszt około 15 000 złotych, natomiast dla 15 kWh, to już koszt około 32 000 złotych (na styczeń 2022 roku). Ceny podane są bez kosztów montażu.

Pierwszy z wymienionych wyżej magazynów energii podłączony do instalacji fotowoltaicznej jest w stanie zgromadzić około 13 proc. energii wyprodukowanej przez panele. Drugi zgromadzi około 26 proc., zaś trzeci około 39 proc.

Nieco inaczej wyglądają osiągi magazynu energii, jeśli przeznaczymy wyprodukowaną energię na ogrzewanie podczerwienią. Przeciętna powierzchnia użytkowa nowo wybudowanego domu w Polsce wynosiła w 2021 roku 133 m². Ogrzewanie podłogowe na podczerwień dla domu o takiej powierzchni zużyje rocznie nieco ponad 5000 kWh, co w przeliczeniu na jeden dzień wyniesie około 13 kWh. Magazyn energii o pojemności 15 kWh będzie więc w stanie w całości pokryć zapotrzebowanie na energię potrzebną do zasilenia ogrzewania podłogowego.

Przy podanych obliczeniach warto zwrócić uwagę na dwie kwestie. Pierwsza dotyczy ilości energii, jakie magazyn jest w stanie „przyjąć”, ponieważ największy z podanych akumulatorów jest w stanie zmagazynować około 39 proc. z wyprodukowanej energii. Tak więc nic nie stoi na przeszkodzie, aby produkowana przez instalacje fotowoltaiczną energia była zużywana na bieżąco, a naładowany magazyn był przeznaczony wyłącznie na zasilenie ogrzewania. Druga kwestia dotyczy domu, o którym mowa. Zakładamy, że dom, o którym mowa, jest zbudowany w standardzie WT 2021.

Jak widać magazyny energii to melodia przyszłości, ale całkiem nieodległej. Podany wcześniej przykład Niemiec pokazuje dobitnie, że wszelkiego rodzaju ulgi i dofinansowania na magazyny energii sprawiają, że zainteresowanie tymi urządzeniami rośnie, a ceny spadają. W związku z tym, że w 2022 roku w Polsce w programie „Mój prąd” znalazł się zapis mówiący o możliwości uzyskania dofinansowania na magazyny energii, warto tym tematem zainteresować się planując inwestycję w instalację fotowoltaiczną.

Natomiast korzystając z programu „Czyste powietrze” uzyskamy obecnie dofinansowanie na nowoczesne ogrzewanie elektryczne, w tym na system oparty o folie grzewcze.