Instalacje fotowoltaiczne hybrydowe on-grid, off-grid z magazynem energii

Jeśli decydujemy się na instalację fotowoltaiczną, zwykle jest to system on-grid, podłączony do zewnętrznej sieci energetycznej. Alternatywą jest instalacja hybrydowa on-grid lub off-grid, z energią magazynowaną w akumulatorach.

Magazynowanie energii słonecznej wyprodukowanej w dzień – jak wygląda w praktyce?

W najpopularniejszych instalacjach on-grid panele fotowoltaiczne korzystają z promieni słońca i wytwarzają energię w formie prądu stałego. Następnie falowniki do fotowoltaiki zamieniają go w prąd przemienny, zasilając w ten sposób wszystkie urządzenia i sprzęty typu komputer, pralka czy lodówka.

Problem w tym, że słońce nie świeci cały czas z tą samą mocą, a więc w różnych porach dnia i roku panele PV wytwarzają różną ilość energii (znacznie więcej latem niż zimą). Jeśli pojawiają się niewykorzystane nadwyżki, możemy oddać je do sieci, aby 80% oddanych kilowatogodzin (instalacje do 10 kWp) odebrać, kiedy wzrośnie zapotrzebowanie na energię w naszym gospodarstwie. Pozostałe 20% to niejako opłata dla zakładu energetyki za przechowywanie energii.

Jeśli do instalacji PV dodamy akumulatory do magazynowania energii, może zmienić się ona na system hybrydowy on-grid (nadal podłączony do sieci) lub off-grid (pracujący poza siecią). Produkowane nadwyżki są wówczas magazynowane w specjalnych bateriach i nie są kierowane do sieci energetycznej (w przypadku systemów off-grid). Systemy hybrydowe on-grid po naładowaniu baterii mogą również kierować nadwyżki energii do sieci.

Te formy instalacji pozwalają w dużym stopniu uniezależnić się od dostawców. Musimy natomiast pamiętać, że w systemach hybrydowym on-grid i off-grid nadwyżki zgromadzone w akumulatorach możemy wykorzystać w kolejnych dobach (1-3). Nie jest możliwe zgromadzenie energii,  w celu odebrania jej zimą, tak jak to odbywa się w systemach on-grid pracujących w ramach ustawy OZE. Jeśli chcemy korzystać z energii w systemie off-grid również w sezonie zimowym, konieczna jest instalacja o większej mocy, co przekłada się na wyższe koszty.

Akumulatory do instalacji fotowoltaicznych – cena, rodzaje, producenci

Wyróżniamy kilka rodzajów akumulatorów, które możemy wykorzystać w instalacji fotowoltaicznej. Najczęściej są to akumulatory litowo-jonowe. Mają one korzystny stosunek pojemności do wagi oraz dużą liczbę cykli ładowania i rozładowania. To akumulatory, które szybko się ładują i umożliwiają regularne głębokie rozładowania. Do takich akumulatorów należy np. BYD Battery-Box (cena to ok. 17-20tyś. zł) o pojemności 5 kWh. Oznacza to, że jedna taka bateria wystarczy, aby magazynować energię dla domu z instalacją ok. 5 kW na 1 dzień. Akumulatory litowo-jonowe świetnie sprawdzają się w systemach fotowoltaicznych hybrydowych on-grid. 

Rzadziej stosowane są tradycyjne akumulatory kwasowo ołowiowe, które wykorzystuje się najczęściej w systemach off-grid. Są znacznie tańsze od akumulatorów litowo jonowych, ale ich żywotność jest kilka razy krótsza. Akumulatory kwasowo ołowiowe są również wrażliwe na głębokie rozładowania, które mogą doprowadzić do ich uszkodzenia.

Jak dobrać akumulator do magazynowania energii dla instalacji PV?

Istotne znaczenie mają parametry akumulatora, w tym pojemność, od której zależy ile akumulatorów do zasilania domu będzie nam niezbędnych. Orientacyjna pojemność akumulatora przedstawia tabela poniżej:  

Pamiętajmy jednak, że na pojemność akumulatora nie możemy patrzeć pod kątem mocy modułów fotowoltaicznych. Należy zwrócić uwagę na ilość energii w jednym cyklu. Dlatego zawsze w doborze akumulatorów warto wspomóc się wyliczeniami ekspertów. Jeśli wybieramy akumulator do magazynowania energii produkowanej przez instalację fotowoltaiczną, niech będzie to bateria przeznaczona do pracy ciągłej (stopniowe ładowanie i rozładowywanie). Akumulator powinien też pracować w szerokim zakresie temperatur i mieć okresy doładowywania liczone w dniach.

Akumulatory – cykle ładowania i rozładowania

Akumulatory do fotowoltaiki pracują w dwóch cyklach:

• ładowanie energii (przetworzenie energii elektrycznej na energię chemiczną),
• rozładowywanie energii (przetworzenie energii chemicznej na energię elektryczną).

Przy każdym cyklu zachodzą reakcje, które powodują stopniowe zużycie akumulatora. Najwięcej cykli ładowania posiadają akumulatory litowo-jonowe (nawet 5000 cykli).  Akumulatory kwasowo ołowiowe posiadają zazwyczaj nie więcej niż 1000 cykli ładowania/rozładowania. Z tego względu lepiej sprawdzą się w systemach off-grid i zasilania awaryjnego UPS. Na żywotność i bezpieczną pracę baterii do fotowoltaiki wpływ ma również właściwy montaż i późniejsze czynności serwisowe. 

Przy wyborze baterii powinniśmy wziąć pod uwagę opinie o produkcie. Najbezpieczniej nabywać akumulatory od renomowanych producentów, takich jak BYD, BMZ,  LG Chem, HAZE.

Falownik fotowoltaiczny – jaki inwerter solarny jest najlepszy do układu hybrydowego i off-grid?

Niezależnie od rodzaju instalacji wytworzony prąd chcemy wykorzystać na zasilanie standardowych urządzeń elektrycznych, które pracują na prądzie przemiennym 230V / 50 Hz. Dlatego instalacja PV musi być wyposażona w falownik (inwerter), który zamienia prąd stały z baterii słonecznych na prąd przemienny płynący w gniazdku.

 
W rzeczywistości falownik jest znacznie bardziej złożonym komponentem instalacji solarnej od samych paneli. Jeśli chcemy magazynować energie w systemie hybrydowym to potrzebujemy falownika hybrydowego, który obsługuje akumulatory i jednocześnie posiada wszystkie funkcje falownika sieciowego on-grid. Polecane marki to Fronius, Sungrow, SMA. 

 Jeśli decydujemy się na układy off-grid, potrzebujemy falownika wyspowego. Ten rodzaj inwertera solarnego nie synchronizuje się z siecią elektroenergetyczną, ale ma możliwość ładowania akumulatorów. Polecanymi inwerterami są m.in.: VICTRON, SMA Sunny Island.

Czy opłaca się magazynować energię z paneli PV w akumulatorach?

Zakup akumulatora solarnego do magazynowania energii to wydatek od kilkunastu do kilkudziesięciu tysięcy złotych. Żywotność baterii kształtuje się na poziomie 8-12 lat (litowo-jonowe). Ich sprawność to ok. 90% i mogą one magazynować od kilku do kilkunastu kWh, co wystarcza maksymalnie na 2 lub 3 doby zapotrzebowania. Z uwagi na dodatkowy koszt baterii zdecydowanie bardziej opłacalne są instalacje on-grid, w których nadwyżkę możemy przekazać do sieci, a następnie odebrać 80% lub 70%  prądu oddanego do zakładu. Możemy je traktować jako akumulatory o nawet 80-procentowej sprawności i nieograniczonej pojemności. Tak długo, jak będzie funkcjonował ten system akumulatory nie będą atrakcyjne pod kątem opłacalności. Zmiany są jednak nieuniknione i zapewne w niedalekiej przyszłości możliwość magazynowania energii w sieci zostanie ograniczona. Wówczas systemy hybrydowe z akumulatorami będą nieodzowne. W chwili obecnej możemy zainwestować w system hybrydowy jeżeli chcemy korzystać ze zgromadzonej energii na przykład przy czasowym braku dostępu do energii z sieci elektrycznej, czy przy okresowo zwiększonym poborze prądu. Warto również rozważyć wyposażenie swojej fotowoltaiki od razu w falownik hybrydowy bez akumulatora. Dzięki temu będziemy mieli zawsze możliwość doposażenia się w akumulator w przyszłości.