Magazynowanie energii z fotowoltaiki

Sposoby magazynowania energii

Magazynem energii zgodnie z ustawą o OZE jest wyodrębnione urządzenie lub zespół urządzeń służących do przechowywania energii w dowolnej postaci, niepowodujących emisji będących obciążeniem dla środowiska, w sposób pozwalający co najmniej na częściowe jej odzyskanie.

Sposoby magazynowania energii:

• mechaniczne – elektrownie szczytowo-pompowe, magazyny sprężonego powietrza, koło zamachowe
• elektrochemiczne – ładowalne baterie, akumulatory
• chemiczne – tworzenie wodoru lub metanu, ogniwa paliwowe
• elektryczne – superkondensator
• termiczne – akumulacja ciepła jawnego lub utajonego

Wśród sposobów magazynowania energii istnieje podział na magazynowanie bezpośrednie (pole elektryczne i magnetyczne) oraz pośrednie (konwersja energii elektrycznej w inny rodzaj energii np. kinetyczną, chemiczną, potencjalną).

Najbardziej rozpowszechnionym sposobem magazynowania energii dla gospodarstw domowych i małych instalacji fotowoltaicznych jest wykorzystanie akumulatorów. Rozwiązania takie jak mechaniczne czy chemiczne magazynowanie energii przeznaczone jest dla dużych farm fotowoltaicznych.

Magazynowanie energii w akumulatorach

Akumulatory wykorzystuje się do zasilania urządzeń elektronicznych lub magazynowania energii wytworzonej dzięki OZE, by później móc przeznaczyć ją na zaspokojenie potrzeb energetycznych.

Akumulatory to rodzaj ogniwa galwanicznego, w którym dwie elektrody są zanurzone w elektrolicie. Różnica potencjałów wynika z zachodzących reakcji chemicznych między elektrodami a elektrolitem.

W energetyce łączy się akumulatory w grupy szeregowo-równoległe, aby uzyskać odpowiednie parametry napięciowo-prądowe. W połączeniu z przetwornikami energoelektrycznymi tworzą bateryjne zasobniki energii, ich moc może sięgać nawet kilkadziesiąt megawatów. Niestety wśród wad akumulatorów należy wyliczyć długi czas ładowania i spadek pojemności z biegiem czasu.

Magazynowanie energii w superkondensatorach

Superkondensator to rodzaj kondensatora elektrolitycznego o dużej pojemności. Działa on gromadząc ładunek na podwójnej warstwie elektrycznej, która powstaje na granicy elektrolitu i elektrody. Wykorzystane nanorurki węglowe pozwalają na uzyskanie dużej powierzchni, a dzięki temu wzrasta pojemność kondensatorów. Przewagą superkondensatorów nad akumulatorami jest większa gęstość energii. Oznacza to, że potrafią one oddać energię o dużej mocy. Co więcej, ogromną zaletą jest mały spadek właściwości użytkowych i długa żywotność (do 20 lat eksploatacji).

Wykorzystanie magazynów energii w domu

Jeśli instalacja fotowoltaiczna zawiera również akumulator, nadwyżka niewykorzystana na bieżącą konsumpcję jest przekazywana do baterii (zazwyczaj umieszcza się je w piwnicy). Jeśli zaś akumulatory będą całkowicie naładowane, instalacja odprowadzi resztę do sieci.

Domowy magazyn energii daje użytkownikowi jeszcze większą niezależność od sieci publicznej. Odpowiednio dobrana instalacja może umożliwić zaspokajanie potrzeb na energię w nocy bez ponoszenia dodatkowych opłat.

Do zalet magazynowania energii jest możliwość wykorzystania całkowitej nadwyżki. W przypadku oddawania energii do sieci przez prosumentów, mogą oni później odebrać tylko 80% (lub 70% przy mocy instalacji 10-40kW). Dodatkowo magazynowanie energii sprawdzi się szczególnie w miejscach, gdzie awaryjność sieci i przerwy w dostawie energii są częste.

Pośród wad największą z nich jest cena. Wyposażenie instalacji w akumulatory znacznie zwiększa koszt przedsięwzięcia. Na rynku dostępne są akumulatory wielu firm o różnej pojemności. Ceny baterii to minimum 10 tyś. złotych, a ich moc waha się w zakresie 3 – 10 kWh. Dodatkowo, minusem jest szybkie zużywanie się. Szacuje się, że żywotność akumulatorów to 10 tyś. cykli ładowania (5 – 8 lat użytkowania). Z tego powodu magazynowanie energii dla prosumenta nie wydaje się być opłacalne, gdy koszt baterii może odpowiadać nawet za połowę kosztów inwestycji.

Magazynowanie dużej ilości energii z fotowoltaiki

Instalacje, które obsługują obiekty o wysokim poziomie konsumpcji energii np. gospodarstwa rolne znacznie zyskują wykorzystując fotowoltaikę do pokrywania swoich potrzeb energetycznych. Często jednak ze względu na charakter pełnionej działalności nie mogą sobie pozwolić na przerwy w dostawie energii (np. systemy chłodnicze wymagają ciągłego zasilania). W takich przypadkach zaleca się wykorzystanie magazynów energii.

Dzięki wykorzystaniu dużej powierzchni dachu takie obiekty mogą produkować energię jednocześnie na pokrycie bieżącego zapotrzebowania i w celu ładowania magazynów. Magazyny energii nie muszą jedynie jej kumulować. Na rynku są dostępne takie urządzenia, które zarówno dostarczają jak i odbierają energię z sieci elektroenergetycznej w kontrolowany sposób. Poprawiają one parametry wyjściowe dzięki czemu integracja paneli fotowoltaicznych jest sprawniejsza, a to zwiększa wydajność instalacji.

Magazyny energii spełniają więc kilka funkcji:

• regulują moc – w przypadku niestabilnej pracy źródeł OZE,
• zarządzają mocą bierną i regulują napięcie,
• likwidują zakłócenia obniżające jakość energii (np. drgania),
• ograniczają skutki przeciążeń w sieci,
• pokrywają zapotrzebowanie w szczytowych momentach.

Systemy magazynowania energii dla dużych odbiorców nazywane są również systemami ESS (Energy Solar Systems). W ich wyposażenie mogą wchodzić superkondensatory (krótkotrwałe przechowywanie i odzyskiwanie energii) lub baterie. W przypadku dużych odbiorców, którymi są między innymi rolnicy, zastosowanie magazynu energii powinno być kluczowym elementem podczas tworzenia instalacji. Pomimo dużych kosztów, jakie wiążą się z zakupem magazynów, późniejsze korzyści zdecydowanie przemawiają za zamianą energii z sieci na energię z OZE.