Magazyn energii – co to jest i jak działa?

Magazyn energii to domowy „powerbank”, który przechowuje nadwyżki prądu, najczęściej wyprodukowanego przez instalację fotowoltaiczną, aby można było wykorzystać je wieczorem, w nocy lub podczas awarii sieci. Zamiast oddawać całą niewykorzystaną energię do sieci, właściciel instalacji zużywa większą część własnej produkcji na miejscu.

Czym jest magazyn energii?

Domowy magazyn energii jest zestawem akumulatorów współpracujących z instalacją elektryczną budynku. Gromadzi energię wtedy, gdy produkcja z fotowoltaiki przewyższa bieżące zużycie, a następnie oddaje ją, gdy panele produkują za mało albo nie produkują jej wcale.

Najczęściej stosuje się akumulatory litowo-jonowe, w tym LiFePO4, czyli ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe. Wyróżniają się one wysoką stabilnością termiczną i dużą liczbą cykli pracy. Magazyn nie jest jednak sposobem na bezpośrednią sprzedaż energii do sieci. Jego podstawowym zadaniem jest zwiększenie zużycia własnego prądu.

Jak działa magazyn energii z fotowoltaiką?

Przepływ energii zmienia się w ciągu dnia. W południe instalacja PV może produkować więcej prądu, niż potrzebują domowe urządzenia. Wieczorem sytuacja zwykle się odwraca. Magazyn wyrównuje tę różnicę w kilku etapach:

1. Panele fotowoltaiczne produkują energię elektryczną.
2. Inwerter kieruje ją najpierw do urządzeń działających w domu.
3. Nadwyżka, której nie zużywają odbiorniki, ładuje akumulator.
4. Wieczorem lub w nocy magazyn oddaje energię do instalacji domowej.
5. Gdy akumulator się rozładuje, budynek pobiera brakującą energię z sieci.

Podczas ładowania energia elektryczna jest przechowywana w akumulatorze w postaci energii chemicznej. Przy rozładowaniu proces zachodzi w odwrotnym kierunku. Falownik przekształca prąd stały z baterii na prąd przemienny, który mogą wykorzystać urządzenia w domu.

Połączenie AC czy DC?

Magazyn może być połączony z instalacją po stronie prądu stałego, czyli DC, albo po stronie prądu przemiennego, czyli AC.

W układzie DC akumulator łączy się z panelami przed falownikiem hybrydowym. Prąd stały z paneli może trafić do baterii bez dodatkowej konwersji, co ogranicza straty. Takie rozwiązanie często wybiera się przy budowie nowej instalacji.

W układzie AC magazyn działa po stronie prądu przemiennego, za falownikiem. Można go łatwiej dołączyć do istniejącej instalacji fotowoltaicznej, choć dodatkowe przekształcenia prądu mogą oznaczać nieco większe straty. Wybór zależy więc przede wszystkim od tego, czy tworzysz nowy system, czy modernizujesz już działający.

Z czego składa się system magazynowania energii?

Najważniejsze elementy domowego systemu pełnią różne funkcje:

• Akumulator – przechowuje energię i oddaje ją wtedy, gdy pojawia się zapotrzebowanie.
• Inwerter lub falownik hybrydowy – przekształca prąd stały na przemienny i steruje jego przepływem między panelami, baterią, domem oraz siecią.
• BMS – system zarządzania baterią, który monitoruje napięcie i temperaturę ogniw, balansuje je oraz chroni przed przeładowaniem i nadmiernym rozładowaniem.
• System zarządzania energią – może analizować produkcję i zużycie, aby decydować, kiedy energię zużyć, zmagazynować albo pobrać z sieci.

BMS jest strażnikiem bezpieczeństwa akumulatora. Współpracuje z falownikiem i może ograniczyć ładowanie lub rozładowanie, gdy parametry pracy wykraczają poza bezpieczny zakres. Wpływa to także na żywotność baterii.

Dlaczego magazyn energii może się opłacać?

Najważniejszą korzyścią jest autokonsumpcja, czyli część energii wyprodukowanej przez własną instalację, którą zużywasz bezpośrednio na miejscu. Bez magazynu nadwyżka powstała w słoneczne południe często trafia do sieci. Z baterią może zasilać dom po zachodzie słońca.

Ma to znaczenie w systemie net-billingu. Energia oddana do sieci jest rozliczana według zasad tego modelu, natomiast prąd pobierany później z sieci wiąże się z ceną zakupu oraz opłatami. Zużycie własnej energii ogranicza potrzebę późniejszego poboru, ale nie oznacza całkowitego uniezależnienia od sieci.

Funkcja zasilania awaryjnego, oznaczana często jako EPS, nie jest standardem w każdym systemie. Jeśli ma działać podczas blackoutu, instalacja musi być odpowiednio zaprojektowana. Zwykle zasila wtedy wybrane odbiorniki, na przykład lodówkę, oświetlenie, router lub urządzenia grzewcze, a nie cały budynek bez żadnych ograniczeń.

Na co zwrócić uwagę przed zakupem?

Najczęstszy błąd polega na patrzeniu wyłącznie na pojemność podaną w ofercie. Trzeba rozróżnić pojemność nominalną i użyteczną. Pojemność nominalna określa maksymalną ilość energii, którą teoretycznie może przechować bateria. Pojemność użyteczna mówi, ile energii można realnie pobrać w warunkach określonych przez producenta.

Różnicę opisuje wskaźnik DoD, czyli głębokość rozładowania. Przykładowo magazyn o pojemności nominalnej 10 kWh i DoD na poziomie 90% udostępnia około 9 kWh energii użytkowej. Dokładne wartości zależą od modelu, temperatury, mocy pracy i ustawień systemu. Nie należy więc porównywać urządzeń wyłącznie na podstawie pojemności nominalnej.

Pojemność trzeba dopasować do zużycia energii po zachodzie słońca, mocy instalacji PV oraz planowanych odbiorników. Zbyt mały magazyn szybko się rozładuje, a zbyt duży może przez dużą część roku nie być w pełni wykorzystywany. Znaczenie ma również moc urządzenia, szczególnie gdy ma ono zasilać odbiorniki awaryjne o dużym poborze.

Magazyn powinien znajdować się w suchym miejscu, z zapewnioną wentylacją i ochroną przed skrajnymi temperaturami oraz uszkodzeniami mechanicznymi. Montaż, konfigurację i ewentualne zgłoszenie do operatora sieci należy powierzyć wykwalifikowanemu instalatorowi. Dobór systemu powinien uwzględniać także możliwość późniejszej rozbudowy, kompatybilność falownika oraz warunki gwarancji.

W domu z fotowoltaiką magazyn energii działa jak bufor między chwilą produkcji a chwilą zużycia. Najwięcej daje wtedy, gdy energia powstaje w dzień, a zapotrzebowanie pojawia się głównie wieczorem. O opłacalności decydują jednak konkretne dane gospodarstwa domowego, a nie sama deklarowana pojemność urządzenia.