Fotowoltaika z akumulatorami czy bez?

Najczęściej w okresie najwyższej produkcji energii elektrycznej, czyli w ciągu dnia, mieszkańcy przebywają poza domem, a większość urządzeń elektrycznych nie pracuje. Konieczne jest więc zapewnienie możliwości magazynowania nadwyżek energii dla wykorzystywania ich w momencie zwiększonego zapotrzebowania na energię. Efektywne magazynowanie energii przy jak najniższych kosztach inwestycji i obsługi magazynu energii jest jednym z kluczowych czynników wpływających na opłacalność całej inwestycji instalacji fotowoltaicznej.

Artykuł pochodzi z portalu EKO-BLOG firmy Vaillant
www.eko-blog.pl

W praktyce tylko sporadycznie ilość energii elektrycznej wytwarzanej przez instalację fotowoltaiczną jest identyczna, jak zużycie energii w budynku. Przy zbyt małej ilości energii, będzie ona musiała być uzupełniona poprzez pobieranie z sieci. Z kolei nadwyżki energii muszą zostać zmagazynowane i odebrane w późniejszym czasie.

Rodzaje instalacji fotowoltaicznych

Instalacja fotowoltaiczna (PV) może funkcjonować niezależnie (off-grid) lub zależnie (on-grid) od sieci elektroenergetycznej. 

Instalacja fotowoltaiczna on-grid (< 50 kWp). Za każdą 1 kWh energii oddanej do sieci przez instalację o mocy do 10 kWp, można odebrać 0,8 kWh. Na odbieranie nadwyżek energii z sieci, właściciel domu ma pełne 12 miesięcy. 

Instalacja fotowoltaiczna off-grid. Optymalny dobór pojemności akumulatora zakłada, że możliwe jest zmagazynowanie nadwyżki energii z 1-2 dni wydajnej pracy instalacji fotowoltaicznej.

Zależnie od rodzaju instalacji fotowoltaicznej, magazynowanie nadwyżek wytwarzanej energii elektrycznej będzie realizowane na miejscu (w akumulatorze) lub w sieci elektroenergetycznej, czyli poza obiektem z instalacją PV. W wielu przypadkach instalacje PV z akumulatorami są przewidziane także do współpracy z siecią elektroenergetyczną. Akumulator pełni funkcję priorytetową w układzie i dopiero po jego naładowaniu nadwyżki energii trafiają do sieci elektroenergetycznej. Taki układ łączy w sobie zalety obydwu rodzajów instalacji fotowoltaicznych (on-grid oraz off-grid), ale jego wybór wiąże się ze znaczącym wzrostem kosztów inwestycji. Akumulator pełni funkcję odbiornika energii produkowanej przez instalację PV. Jest to istotne w niektórych krajach, gdzie ogranicza się np. maksymalną moc elektryczną w trybie oddawania nadwyżek energii do sieci (np. w Niemczech do 70% mocy maksymalnej instalacji PV).

Porównanie pracy instalacji fotowoltaicznej ON-GRID i hybrydowej z akumulatorem

W instalacji PV typu on-grid bieżące potrzeby energii są pokrywane bezpośrednio z energii wytwarzanej w instalacji PV. Zazwyczaj poziom wykorzystania własnej energii wynosi w skali roku 20 do 30%. Pozostała część jest magazynowana w sieci (stan ❶). Nadwyżka energii wytwarzana przez instalację PV, która nie jest wykorzystywana od razu w domu, zostaje przekazywana do sieci. Jest tam magazynowana na zasadach określonych z operatorem sieci (stan ❷). W okresach gdy zużycie energii przekracza jej produkcję w instalacji PV, pobierana będzie energia z sieci elektroenergetycznej. Znajduje się w niej także energia jaką oddano wcześniej przy nadwyżce jej produkcji – z potrąceniem „prowizji” za magazynowanie (stan ❸).

W instalacji PV typu off-grid podstawowe stany pracy instalacji hybrydowej są takie same jak dla instalacji typu on-grid (stan ❶+❷+❸). Nadwyżka energii, która nie jest wykorzystywana od razu, może zostać w pierwszej kolejności magazynowana bezpośrednio na miejscu – w akumulatorze energii (stan ❹). Dzięki temu poziom wykorzystania własnej energii wzrasta z około 20÷30% w skali roku, nawet do 80%. Nadwyżka energii wytwarzana przez instalację PV, która była wcześniej zmagazynowana w akumulatorze, może zostać odebrana w okresach zwiększonych potrzeb na energię i przy obniżonej wydajności instalacji PV (stan ❺).

Jak duży powinien być akumulator dla instalacji fotowoltaicznej?

Na przykładzie typowej niewielkiej instalacji fotowoltaicznej o mocy szczytowej 3 kWp, można dokonać szacunkowego bilansu energii wytwarzanej, zużywanej i oddawanej do sieci. Instalacja o mocy 3 kWp jest stosowana w niewielkich domach mieszkalnych, gdzie roczne zużycie energii wynosi około 3000 kWh. Taka ilość energii zużywana jest przy zastosowaniu typowego wyposażenia w urządzenia elektryczne, bez pompy ciepła, bojlera, czy też klimatyzacji. 

Jak pokazuje przykład typowej małej instalacji PV o mocy 3 kWp, aby wykorzystać całą nadwyżkę energii należało by zastosować akumulator o pojemności 10 kWh (problemem pozostanie wykorzystanie w kolejny dobrze nasłoneczniony dzień). Koszt wysokiej klasy akumulatora o pojemności 10 kWh to wydatek około 13 540 EUR. Aby uniknąć tak wysokiego kosztu można zastosować mniejszą instalację fotowoltaiczną, jednak pokryje ona tym samym mniejsze potrzeby energetyczne domu. Drugim rozwiązaniem pozostaje zastosowanie instalacji on-grid i korzystanie ze znacznie tańszej obecnie opcji magazynowania energii i rozliczania jej na zasadzie opustu („prowizja” operatora sieci równa 0,2 kWh za 1 kWh magazynowanej energii).