Podstawowymi komponentami instalacji fotowoltaicznych są panele słoneczne, inwerter, konstrukcja montażowa, rozdzielnia, licznik i okablowanie. W zasadzie nie potrzeba nam nic więcej, by nasza elektrownia mogła spełniać swoją rolę i produkować dla nas energię elektryczną prosto ze Słońca. Są jednak sytuacje i specjalne sposoby, by wykorzystywanie energii elektrycznej bardziej przemawiało na naszą korzyść, a w pewnych przypadkach akumulator to wręcz must-have. Jakie znaczenie dla fotowoltaiki ma akumulator? Jakie mamy rodzaje akumulatorów? Jak działa i kiedy warto pomyśleć o takiej inwestycji?
Czy potrzebny nam magazyn energii? Zastosowanie akumulatorów fotowoltaicznych
Jak już mogą sugerować domysły, akumulatory do fotowoltaiki gromadzą wyprodukowaną dzięki pracy instalacji fotowoltaicznej energię elektryczną. To magazyny energii. Służą minimalizowaniu strat powstałych w wyniku produkcji nadwyżek energii oraz zmiennej wydajności paneli słonecznych w cyklu dobowym i rocznym. Akumulatory mogą być czasem rozsądnym dodatkiem w przypadku instalacji on-grid (podłączonej do sieci energetycznej), a niezbędnym komponentem w instalacji off-grid (niezależnej od sieci). Czy to oznacza, że tylko zestaw fotowoltaiczny z akumulatorem jest opłacalny? Tak, ale nie w każdym przypadku.
Zużycie prądu z fotowoltaiki bez akumulatorów
Zanim rola akumulatora w zakresie efektywności działania mikroinstalacji zostanie przybliżona nieco bardziej szczegółowo, trzeba uświadomić sobie proces magazynowania energii na własne potrzeby bez montowania baterii solarnej. Wiele instalacji fotowoltaicznych działa bez takiego wsparcia magazynującego i bardzo efektywnie zaopatruje budynek w energię elektryczną. Wyprodukowany przez panele fotowoltaiczne prąd stały jest przesyłany do inwertera, który przekształca go w prąd zmienny (konkretnie — przemienny, bo taki znajduje się w gniazdkach elektrycznych), zasilający nasze domowe urządzenia na bieżąco. Jednak ilość prądu wytwarzanego dzięki fotowoltaice nie jest cały czas taka sama, ponieważ zależna jest od nasłonecznienia, czyli zasadniczo od pory dnia i roku. Co się zatem dzieje, gdy instalacja fotowoltaiczna wyprodukuje więcej/mniej energii elektrycznej niż aktualnie potrzebujemy, a nie posiadamy akumulatora? Jest odsyłana lub pobierana z sieci energetycznej.
Nadwyżki i niedobory energii elektrycznej w standardowej instalacji pv
Każda kilowatogodzina (kWh) mocy wyprodukowana przez panele fotowoltaiczne, stanowiąca nadwyżkę energii, wysyłana jest do sieci energetycznej i skrupulatnie liczona. Właściciel mikroinstalacji może później odebrać 80% (w przypadku mocy do 10 kWp) odesłanej mocy w ciągu 12 miesięcy, by pozostałe 20% energii pozostawić zakładowi energetycznemu w ramach kompensaty za magazynowaną energię. Jeżeli nie wykorzysta się tych 80% odesłanych energetyce, prąd z pewnością się nie zmarnuje, ale sytuacja wygląda inaczej, gdy musimy zużyć więcej niż to "pożyczone" 80%. Wtedy przydaje się akumulator solarny.
Akumulator do fotowoltaiki on-grid
W przypadku podłączenia instalacji do sieci energetycznej lokalnego operatora, zestaw fotowoltaiczny z akumulatorami będzie dobrym rozwiązaniem dla osób chcących zminimalizować straty energii. Zwłaszcza jeżeli za dnia są poza domem i prawdopodobieństwo wzrostu zapotrzebowania domu w zakresie zużycia prądu, zarówno w perspektywie krótko- i długoterminowej, jest duże.
Jak wiadomo, instalacja fotowoltaiczna jest najbardziej produktywna w godzinach południowych i popołudniowych. Jeśli wyprodukowana energia nie jest na bieżąco zużywana, odsyłana jest do sieci, z której można ją sobie odebrać wieczorem, w nocy i rankiem w ograniczonej ilości. Posiadając akumulator do solarów, energia może być bezstratnie magazynowana właśnie w nim i pobierana w godzinach niskiej efektywności instalacji fotowoltaicznej i zarazem największego zużycia prądu w domu. Posiadanie akumulatora znacznie zmniejsza straty energii w cyklu dobowym i nieznacznie w cyklu rocznym.
Solarna bateria daje nam również możliwość gromadzenia energii pobranej z sieci energetycznej, co najbardziej sprzyja zimą oraz gdy zapotrzebowanie energetyczne przerasta produktywność naszej elektrowni solarnej. Warto ją wówczas pobierać porą, gdy cena prądu jest najniższa.
Bezobsługowy akumulator fotowoltaiczny w systemie off-grid
System off-grid wiąże się już z całkowitą niezależnością energetyczną. Instalacja nie jest podłączona do sieci, więc wytworzony prąd nie jest tam odsyłany i magazynowany. Nie mamy też możliwości go stamtąd dokupić, więc obieg energii elektrycznej ogranicza się do naszego domu. Akumulatory do paneli fotowoltaicznych są zatem absolutnym niezbędnikiem tych systemów. Off-grid stosowany jest głównie na terenach niezagospodarowanych i znajdujących się poza zasięgiem operatorów energetycznych, czyli np. w Stanach Zjednoczonych lub Australii, gdzie takich terenów jest pod dostatkiem. Polska również znajduje zastosowanie tego systemu, np. na domkach letniskowych.
Mimo, iż off-grid kusi niezależnością, wymaga podwójnego zastanowienia. Inwestycja jest bardzo droga, akumulatory nie przechowają energii w skali pory roku (nie mogą zmagazynować jej tyle, co sieć), a żeby zimą utrzymać efektywność instalacji na zadowalającym poziomie, trzeba mieć więcej paneli fotowoltaicznych, niż wystarczyłoby w systemie on-grid.
Kryteria wyboru odpowiedniego akumulatora prądu - jakie akumulatory solarne wybrać?
Domyślnie większość inwestorów postawiona przed dylematem "Jaki bezobsługowy akumulator wybrać?" najczęściej i najchętniej kierowałaby się takimi kryteriami jak pojemność akumulatora i cena akumulatora. Dokonując tak niebagatelnego wyboru, warto zapoznać się z rodzajami, markami i wymaganiami względem tych urządzeń. Fotowoltaika powinna się nam opłacać w wieloletniej perspektywie, więc w tej technologii konieczny jest dobór dedykowanych, niezawodnych akumulatorów.
Rodzaje akumulatorów fotowoltaicznych
Ze względu na skład chemiczny akumulatory możemy podzielić na 3 grupy: akumulatory agm, akumulatory żelowe, i akumulatory litowo jonowe.
- Akumulatory AGM — elektrolity umieszczone w tego typu akumulatorze są umieszczone w specjalnych separatorach wykonanych z włókna szklanego. Dzięki temu charakteryzuje go bezpieczeństwo pracy. Jego zaletą jest możliwość zamontowania go w każdej pozycji, niższy koszt w porównaniu do akumulatorów żelowych. Bezobsługowy akumulator umożliwia uzyskanie większej wartości natężenia prądu oraz mocy w przypadku krótkich czasów wyładowania.
- Akumulatory żelowe — akumulator żelowy jest bardzo wydajny i w szczególności polecany do instalacji fotowoltaicznych. Skąd ta nazwa? Elektrolit w ogniwie nie ma płynnego stanu skupienia, a żelową. Główną zaletą tego typu akumulatorów jest brak rozwarstwienia elektrolitu procesie wolnego ładowania, które jest charakterystyczne w instalacjach fotowoltaicznych. Akumulatory żelowe w przeciwieństwie do akumulatorów klasycznych szybko się ładują i nie wymagają aż takiej wentylacji. Akumulator żelowy jest polecany do instalacji o niestabilnej sieci. Ten rodzaj akumulatorów dobrze znosi głębokie rozładowanie oraz zwiększoną ilość głębokich cykli ładowania i rozładowania.
- Akumulatory klasyczne — kwasowo-ołowiowe — ten bezobsługowy akumulator jest najbardziej popularny i technologicznie najstarsze jednak niezbyt polecane przy instalacjach solarnych. Są prawie o połowę tańsze od wyżej wymienionych, ale bardzo zawodne. Główne zalety tych akumulatorów to długa żywotność, niski stopień samo rozładowania. Jest to również najbardziej ekologiczne rozwiązanie.
Jakie wymagania stawia się względem baterii fotowoltaicznych?
W kontekście działania instalacji fotowoltaicznych należy pamiętać, że akumulatory do fotowoltaiki rzadko mają szansę pozostawania w stanie całkowitego naładowania, pracują w trybie buforowym - niemal ciągle i cyklicznie są wyładowywane. Ładowanie odbywa się czasem w skali kilku dni. Baterie do fotowoltaiki pozostają w sporym zakresie oddziałujących na nie temperatur. W instalacjach PV nie ma więc miejsca dla tradycyjnych akumulatorów, ponieważ nie ma możliwości, by takowy sprostał oczekiwanemu okresowi eksploatacji i wymiarowi wydajności.
Akumulatory do fotowoltaiki - cena
Ceny akumulatorów do fotowoltaiki z roku na rok są coraz niższe, ale wciąż niejednokrotnie kosztują więcej niż same standardowe zestawy fotowoltaiczne. Oferty jednak są na tyle zróżnicowane, że nie jest trudno wybrać taką, która najbardziej nam odpowiada. Niektóre wysokie ceny tych urządzeń wynikają po prostu z dodatkowych opcji, umożliwiających zmianę systemu z on-grid w off-grid, czy też posiadają funkcję przetwornicy. Magazyny energii, uwzględniając oczywiście takie kryteria jak pojemność, marka, czy rodzaj, kosztują między kilka, a kilkadziesiąt tysięcy złotych.
Opłacalność instalacji akumulatorów fotowoltaicznych - podsumowanie
Po takiej lekturze nie sposób oprzeć się wrażeniu, że magazyny energii to niezbędny element instalacji fotowoltaicznej - tak, ale tylko w systemie off-grid. Fotowoltaika on-grid może sobie świetnie radzić bez akumulatora, ponieważ sieć energetyczna to tak naprawdę magazyn bez ograniczeń, z którego możemy czerpać 80% odesłanej tam energii przez 12 miesięcy od wyprodukowania jej. Akumulatory, choć potrafią przynieść wymierne korzyści, mają swoje ograniczenia w tej materii i wskazane są w dobrze uzasadnionych przypadkach - dlatego ważne jest, by sięgać po opinię ekspertów.