Magazyn energii do fotowoltaiki – jak działa i kiedy warto go zastosować?

Magazyn energii do fotowoltaiki służy do przechowywania nadwyżek energii wyprodukowanej przez instalację PV i wykorzystania ich w późniejszym czasie. Zamiast oddawać całą niewykorzystaną energię do sieci, część produkcji może zostać zgromadzona w akumulatorze, a następnie wykorzystana wtedy, gdy panele produkują mniej energii lub nie produkują jej wcale.

Rozwiązanie to zwiększa autokonsumpcję energii z własnej instalacji i może ograniczyć ilość energii pobieranej z sieci.

Jak działa magazyn energii do fotowoltaiki?

Instalacja fotowoltaiczna produkuje energię przede wszystkim w ciągu dnia. Jeżeli bieżące zużycie w budynku jest niższe niż aktualna produkcja paneli, powstaje nadwyżka energii.

W systemie wyposażonym w magazyn energia może zostać skierowana do akumulatora. Zgromadzona energia jest następnie wykorzystywana wtedy, gdy zapotrzebowanie budynku przewyższa bieżącą produkcję instalacji PV.

Typowy schemat pracy wygląda następująco:

1. Instalacja fotowoltaiczna produkuje energię.
2. Energia w pierwszej kolejności zasila bieżące odbiorniki.
3. Nadwyżka produkcji trafia do magazynu energii.
4. Po naładowaniu magazynu dalsza nadwyżka może być przekazywana do sieci.
5. Gdy produkcja PV spada, budynek zaczyna korzystać z energii zgromadzonej w akumulatorze.
6. Po rozładowaniu magazynu energia jest pobierana z sieci.

Dokładny sposób działania zależy od konfiguracji instalacji, falownika i systemu zarządzania energią.

Z czego składa się magazyn energii?

Magazyny energii fotowoltaiki nie jest wyłącznie zestawem akumulatorów. W praktyce jest to system składający się z kilku współpracujących elementów.

Najważniejsze z nich to:

• moduły bateryjne,
• system zarządzania baterią BMS,
• falownik lub falownik hybrydowy,
• układ pomiarowy,
• system zarządzania przepływem energii,
• zabezpieczenia elektryczne.

BMS kontroluje między innymi poziom naładowania poszczególnych ogniw, temperaturę oraz parametry pracy baterii. System sterowania decyduje natomiast, kiedy energia powinna zostać skierowana do magazynu, a kiedy wykorzystana w budynku.

Dlaczego magazyn energii zwiększa autokonsumpcję?

Bez magazynu energia wyprodukowana przez fotowoltaikę musi zostać wykorzystana w momencie jej powstawania albo przekazana do sieci.

Problem polega na tym, że najwyższa produkcja instalacji PV przypada zazwyczaj na godziny dzienne, natomiast zużycie energii w wielu gospodarstwach domowych wzrasta rano i wieczorem.

Magazyn pozwala przesunąć wykorzystanie energii w czasie. Nadwyżka wyprodukowana w południe może zostać wykorzystana kilka godzin później.

Im większa część produkcji fotowoltaicznej jest zużywana bezpośrednio lub za pośrednictwem magazynu, tym wyższy poziom autokonsumpcji.

Czy magazyn energii pozwala uniezależnić się od sieci?

Magazyn energii może ograniczyć ilość energii pobieranej z sieci, ale standardowa instalacja nie oznacza pełnej niezależności energetycznej.

Ilość dostępnej energii zależy od:

• pojemności magazynu,
• aktualnego poziomu jego naładowania,
• produkcji instalacji fotowoltaicznej,
• zużycia energii w budynku,
• pory roku i warunków pogodowych.

W okresach niskiej produkcji fotowoltaiki energia zgromadzona w magazynie może nie wystarczyć do pokrycia całego zapotrzebowania.

Pełna praca niezależna od sieci wymaga odpowiednio zaprojektowanego systemu wyspowego lub instalacji posiadającej funkcję zasilania awaryjnego.

Czy magazyn energii działa podczas awarii sieci?

Nie każdy magazyn energii automatycznie zapewnia zasilanie podczas przerwy w dostawie prądu.

Standardowa instalacja fotowoltaiczna podłączona do sieci jest zabezpieczona przed pracą w czasie awarii. Wynika to z konieczności ochrony sieci i osób prowadzących prace serwisowe.

Aby magazyn mógł zasilać budynek podczas awarii, instalacja musi posiadać odpowiednią funkcję pracy rezerwowej lub wyspowej oraz właściwie skonfigurowany układ elektryczny.

W zależności od systemu zasilanie awaryjne może obejmować cały budynek albo tylko wybrane obwody.

Jaką rolę pełni falownik hybrydowy?

Falownik hybrydowy umożliwia współpracę instalacji fotowoltaicznej, magazynu energii i sieci elektroenergetycznej.

Steruje przepływem energii pomiędzy tymi elementami i może decydować o tym, czy aktualna produkcja PV zostanie wykorzystana na bieżąco, skierowana do baterii czy oddana do sieci.

W systemach z magazynem falownik odgrywa więc znacznie większą rolę niż samo przekształcanie prądu stałego z paneli na prąd przemienny wykorzystywany w budynku.

Co oznacza pojemność magazynu energii?

Pojemność magazynu określa, ile energii może zostać w nim zgromadzone. Najczęściej podawana jest w kilowatogodzinach, czyli kWh.

Magazyn o pojemności 10 kWh może teoretycznie zgromadzić około 10 kWh energii, ale w praktyce część pojemności może być zarezerwowana w celu ochrony ogniw przed całkowitym rozładowaniem.

Dlatego rozróżnia się:

• pojemność całkowitą,
• pojemność użytkową.

Pojemność użytkowa określa ilość energii, która faktycznie może być wykorzystywana podczas normalnej pracy systemu.

Czym różni się pojemność od mocy magazynu?

Pojemność i moc opisują dwa różne parametry.

Pojemność określa ilość przechowywanej energii, natomiast moc określa, jak szybko energia może być pobierana lub oddawana.

Przykładowo magazyn o pojemności 10 kWh i mocy 5 kW może przechowywać 10 kWh energii, ale w danym momencie dostarczać odbiornikom maksymalnie około 5 kW mocy.

Moc magazynu ma więc znaczenie w przypadku urządzeń o dużym chwilowym zapotrzebowaniu na energię.

Jak długo działa magazyn energii?

Czas pracy magazynu zależy od jego pojemności oraz aktualnego zapotrzebowania na energię.

Jeżeli magazyn posiada 10 kWh dostępnej energii, a budynek zużywa średnio 1 kW mocy, teoretyczny czas zasilania wynosi około 10 godzin.

Przy poborze 5 kW taka sama ilość energii wystarczyłaby teoretycznie na około 2 godziny.

W praktyce występują również straty wynikające z przekształcania i magazynowania energii, dlatego rzeczywisty czas pracy może być krótszy.

Co oznacza sprawność magazynu energii?

Każdy proces ładowania i rozładowywania baterii wiąże się z pewnymi stratami energii.

Sprawność magazynu określa, jaka część energii wprowadzonej do systemu może zostać później wykorzystana.

Jeżeli do baterii trafi 10 kWh energii, użytkownik nie odzyska dokładnie całych 10 kWh. Część zostanie utracona podczas pracy elektroniki, falownika i samych ogniw.

Dlatego przy analizie magazynu znaczenie ma nie tylko jego pojemność, ale również sprawność całego cyklu ładowania i rozładowania.

Jak długo może pracować bateria w magazynie energii?

Żywotność baterii określa się najczęściej za pomocą liczby cykli ładowania i rozładowania oraz czasu eksploatacji.

Jeden pełny cykl oznacza wykorzystanie ilości energii odpowiadającej pełnej pojemności baterii. Nie musi odbywać się jednorazowo. Dwa rozładowania po 50% mogą łącznie odpowiadać jednemu pełnemu cyklowi.

Wraz z kolejnymi cyklami ogniwa stopniowo tracą część pierwotnej pojemności. Jest to naturalny proces starzenia się baterii.

Kiedy magazyn energii może być szczególnie użyteczny?

Największe znaczenie magazyn może mieć w instalacjach, w których występują duże różnice pomiędzy godzinami produkcji i zużycia energii.

Przykładem może być budynek, w którym w ciągu dnia zużycie jest niewielkie, natomiast wyraźnie wzrasta wieczorem. Bez magazynu większość energii produkowanej w południe może zostać przekazana do sieci.

Magazyn energii może być również wykorzystywany w systemach, w których istotne jest:

• zwiększenie autokonsumpcji,
• ograniczenie poboru energii z sieci,
• wykorzystanie energii w godzinach wieczornych,
• obsługa zasilania awaryjnego,
• sterowanie zużyciem w zależności od cen energii,
• ograniczanie chwilowych szczytów poboru mocy.

Magazyn energii a dynamiczne ceny energii

W bardziej zaawansowanych systemach magazyn może współpracować z taryfami, w których cena energii zmienia się w ciągu doby.

System zarządzania energią może wtedy ładować baterię w okresach niższych cen i wykorzystywać zgromadzoną energię w godzinach droższych.

Jeżeli jednocześnie dostępna jest fotowoltaika, priorytet może być nadawany energii pochodzącej z własnej produkcji.

Taki sposób działania oznacza, że magazyn może pełnić funkcję nie tylko bufora dla fotowoltaiki, ale również elementu aktywnego zarządzania poborem energii.

Czy magazyn energii ma znaczenie zimą?

Magazyn działa przez cały rok, ale jego sposób wykorzystania zmienia się wraz z sezonem.

Latem instalacja fotowoltaiczna może regularnie produkować nadwyżki wystarczające do ładowania baterii. Zimą produkcja PV jest znacznie mniejsza, dlatego magazyn może nie być codziennie ładowany do pełna wyłącznie z fotowoltaiki.

Z tego powodu roczny sposób pracy systemu nie jest stały. Latem magazyn może przede wszystkim zwiększać autokonsumpcję, natomiast zimą jego wykorzystanie jest bardziej uzależnione od dostępnej produkcji i konfiguracji całego systemu.

Czy większy magazyn energii zawsze jest lepszy?

Większa pojemność oznacza możliwość przechowania większej ilości energii, ale nie zawsze oznacza jej pełne wykorzystanie.

Jeżeli instalacja fotowoltaiczna produkuje niewielkie nadwyżki, bardzo duży magazyn może przez większość czasu pozostawać częściowo pusty.

Z kolei zbyt mały magazyn może szybko osiągać pełne naładowanie, przez co dalsza nadwyżka energii nadal będzie przekazywana do sieci.

Dlatego istotna jest relacja pomiędzy produkcją instalacji PV, profilem zużycia energii i pojemnością baterii.

Jak działa magazyn energii z fotowoltaiką?

Magazyn energii przejmuje nadwyżki produkowane przez instalację fotowoltaiczną i umożliwia ich wykorzystanie w późniejszych godzinach. Jego podstawową funkcją jest przesunięcie zużycia własnej energii w czasie, dzięki czemu część produkcji z dnia może zostać wykorzystana wieczorem lub w nocy.

Zastosowanie magazynu ma największe znaczenie tam, gdzie występują regularne nadwyżki energii oraz duża różnica pomiędzy godzinami produkcji i poboru. O jego rzeczywistym sposobie działania decydują przede wszystkim pojemność, moc, konfiguracja falownika oraz profil zużycia energii w budynku.