Tag: magazyny energii

Rodzaje instalacji fotowoltaicznych a podłączenie magazynów energii

Rodzaje instalacji

Rozróżniamy trzy rodzaje instalacji fotowoltaicznych. Typ instalacji zależy do sposobu połączenia instalacji z system elektroenergetycznym, dzielimy je następująco:

  • instalacje on-grid – są to standardowe instalacje fotowoltaiczne, które składają się z modułów fotowoltaicznych i inwertera (falownika), są połączone z siecią elektroenergetyczną. Nadwyżki energii wyprodukowanej przez instalację są w całości wprowadzane do sieci zakładu energetycznego. W razie awarii sieci nie można korzystać z energii z fotowoltaiki. W tym przypadku magazyn energii można zainstalować w dowolnej chwili, jednak należy pamiętać, że będzie się to wiązało z wymianą inwertera.
  • instalacje off-grid – to instalacje niepołączone z siecią elektroenergetyczną. Składają się schematycznie z modułów fotowoltaicznych wraz z regulatorem ładowania/inwerterem oraz magazynem energii. Są to niewielkie systemy, które służą do zasilania np. domków letniskowych;
  • instalacje hybrydowe – to instalacje połączone z siecią i posiadające magazyn energii. W tym przypadku w każdej chwili można korzystać z energii elektrycznej w domu, nie występują przerwy w dostawie energii.

Aby należycie dobrać magazyn energii do fotowoltaiki, w pierwszej kolejności należy zastanowić się jaką funkcję powinien spełniać? Ponieważ magazyn energii może służyć jako zasilanie awaryjne (brak przerw w dostawie prądu) z możliwością zwiększenie autokonsumpcji lub jedynie do zwiększenia autokonsumpcji (zapewnia zużycie całej wyprodukowanej energii na potrzeby własne). Następnie należy określić, ile energii w kWh zużywamy i produkujemy rocznie. Być może w najbliższym czasie zużycie wzrośnie poprzez podłączenie klimatyzacji lub pompy ciepła? A być może znacznie spadnie, gdy dzieci wyprowadzą się z domu? Po rozpoznaniu potrzeb, przechodzimy do zaprojektowania systemu magazynowania energii. Uwzględniając projekt, zapotrzebowanie na energię elektryczną i roczną produkcję energii, możemy odpowiednio wskazać, który magazyn energii będzie najlepszym rozwiązaniem.

Wiodący producenci magazynów energii w Polsce

Na rynku europejskim istnieje wiele rozwiązań pozwalających na podłączenie magazynu energii. W Polsce magazyny energii cieszą się coraz większą popularnością, ponieważ energię wyprodukowaną przez instalacje fotowoltaiczne należy w pełni wykorzystać, a dzięki samodzielnemu magazynowaniu energii jest to możliwe. Warto także wspomnieć, że w świetle rosnącej produkcji z paneli fotowoltaicznych, zakłady energetyczne mogą mieć problem z odbiorem nadwyżek. Dlatego też warto już teraz pomyśleć o zainstalowaniu systemu magazynowania energii. Na rynku magazynów energii możemy zobaczyć firmy takie jak Fronius, Victron Energy, BMZ , Sonnen oraz BYD. Bardzo ciekawym rozwiązaniem jest inwerter Fronius Symo GEN24 Plus. Inwerter występuje w wersji jednofazowej i trójfazowej. W wersji podstawowej posiada funkcję PV Point, czyli zasilanie jednego gniazda elektrycznego w naszym domu w trakcie awarii sieci. Do inwertera można dołączyć również akumulatory, co pozwoli na uzyskanie pełnego zasilania awaryjnego.

Drugim wartym uwagi rozwiązaniem są systemy magazynowania energii oparte na produktach holenderskiego producenta Victron Energy, który od ponad 45 lat dostarcza kompleksowe rozwiązania dla bateryjnych systemów zasilania. Inwertery Victron wraz z akumulatorami od czołowego producenta BMZ można podłączyć do istniejącej instalacji fotowoltaicznej, zapewniając bezprzerwowe zasilanie odbiorników podłączonych do systemu. BMZ to akumulatory ze zintegrowaną koncepcją bezpieczeństwa, są wysoce wydajne i elastyczne do zastosowań prywatnych i komercyjnych. Grupa BMZ to wiodący na świecie dostawca inteligentnych systemów zasilania i magazynowania energii opartych o technologię litowo-jonową.

Kolejne rozwiązanie, któremu warto się przyjrzeć to magazyny energii od niemieckiej firmy Sonnen. Łączą one bardzo bezpieczne i trwałe ogniwa litowo-fosforanowe z najnowszym oprogramowaniem, takim jak inteligentny menedżer energii, który optymalizuje zużycie własne, oblicza prognozy pogody i gwarantuje przewidywalne ładowanie. Oprócz wyjątkowo długiej żywotności systemu przechowywania baterii, oferuje także maksymalną niezależność i największą możliwą elastyczność. Dzięki modułowej budowie i ultrakompaktowej obudowie system magazynowania PV od Sonnen idealnie dopasowuje się do gospodarstwa domowego.

Akumulatory litowo-jonowe

Najlepszymi i rekomendowanymi magazynami energii do fotowoltaiki są akumulatory litowo-jonowe od wcześniej wspomnianych firm BMZ lub Sonnen. Ich sprawność sięga nawet 99%, a liczba cykli to 5000–6000 tys. przy rozładowywaniu do 80% pojemności. Zakładając codzienne rozładowywanie i ładowanie, akumulator ten będzie nam służyć przez ok. 15 lat.

Parametrami akumulatorów są sprawność, gęstość energii i liczba cykli. Sprawność akumulatora to stosunek energii oddanej przez akumulator do energii do niego wprowadzonej. Gęstość energii oznacza, ile Wh przypada na 1 kg akumulatora. Liczba cykli ładowania i rozładowywania to nic innego jak żywotność akumulatora.

Podsumowując, magazyny energii to przyszłość energetyczna, która zaczyna się już dziś. Coraz częściej stanowi podstawową część instalacji fotowoltaicznej. Nie można nie wspomnieć o magazynowaniu energii w kontekście samochodów elektrycznych, których liczba w Polskich gospodarstwach domowych i firmach wzrasta rok rocznie. Magazyn energii jest rozwiązaniem stosowanym w infrastrukturze stacji ładowania. Jest najlepszym rozwiązaniem, gdy w okolicy nie ma wystarczającej mocy przyłączeniowej. W odpowiednim doborze systemu magazynowania energii pomoże nam doradca energetyczny. Na co warto zwrócić uwagę przy wyborze firmy, która pomoże w inwestycji przeczytacie w kolejnym artykule.

Instalacja fotowoltaiczna hybrydowa

Instalacje fotowoltaiczne hybrydowe

Czym jest instalacja hybrydowa? To instalacja z magazynami energii przyłączona do sieci elektrycznej, która łączy w sobie zalety obu rozwiązań – off-grid i on-grid. Instalacja hybrydowa umożliwia zwiększenie wykorzystania wyprodukowanej energii dzięki akumulatorom. Dodatkowo uniezależnia prosumenta od ewentualnych awarii sieci energetycznej i przerw w dostawie energii. Możemy zatem ograniczyć oddawanie energii do sieci oraz jej pobór, ponieważ instalacja hybrydowa może pracować w trybie sieciowym i wyspowym.

Jak działa hybrydowa instalacja fotowoltaiczna?

Schemat działania instalacji hybrydowej prezentuje się następująco:

Magazyny Hybryda
Schemat działania instalacji hybrydowej

System instalacji fotowoltaicznej hybrydowej działa bardzo podobnie do on-grid, jednak w tym przypadku występuje element dodatkowy – magazyn energii. Rozwiązanie to pozwala na zwiększenie autokonsumpcji, ponieważ system hybrydowy w pierwszej kolejności dostarcza energię do sprzętów elektrycznych w domu, a następnie wyprodukowane i nie zużyte nadwyżki przekazuje do akumulatora. Dopiero w momencie, gdy akumulator jest w pełni naładowany, oddaje pozostałe nadwyżki do sieci publicznej. W sytuacji, gdy mamy bardzo duże zużycie prądu, a instalacja fotowoltaiczna nie produkuje energii (pochmurny dzień lub noc), to jest ona pobierana z baterii, a po jego rozładowaniu – z sieci.

Należy pamiętać, że połączenie on-grid z magazynem, choć nazywane jest hybrydowym, to nie posiada najważniejszej funkcji instalacji hybrydowej, czyli zasilania gwarantowanego (zwanego także awaryjnym). Do instalacji fotowoltaicznej on-grid, magazyn energii można zainstalować od razu lub dołożyć w późniejszym czasie. Instalacja hybrydowa to połączenie on- i off-grid.

Instalacja fotowoltaiczna on-grid

W poprzednim artykule opisaliśmy, czym jest i jak działa instalacja fotowoltaiczna off-grid. W tej części postaramy się wyjaśnić pojęcie instalacji on-grid.

Instalacja fotowoltaiczna on-grid.

Czym jest instalacja fotowoltaiczna on-grid? To instalacja podłączona do zewnętrznej sieci energetycznej. Jeśli produkujemy więcej energii, niż zużywamy na bieżąco, to nadwyżki wyprodukowanej przez instalację energii są odprowadzane do zakładu energetycznego. W razie awarii sieci publicznej, nie będzie możliwości produkcji własnej energii. Sieć magazynuje naszą energię za opłatą prowizyjną, nazywaną także opustem, w wysokości:

  • 20% energii dla instalacji fotowoltaicznych o wielkości do 10 kWp;
  • 30% energii dla instalacji fotowoltaicznych o wielkości powyżej 10 kWp;

Zakład energetyczny rozlicza opusty raz na pół roku lub raz na rok. W instalacji on-grid bardzo ważnym elementem jest licznik dwukierunkowy – mierzy on ile prądu odprowadziliśmy do sieci publicznej i ile energii z niej pobraliśmy. W każdym momencie możemy zainstalować magazyn energii, co będzie się wiązało z wymianą inwertera na hybrydowy lub dołożeniem inwerterów wyspowych.

Czym różni się inwerter hybrydowy od inwertera wyspowego?

Inwerter hybrydowy – jest to urządzenie inteligentne, łączy w sobie cechy on- i off-gridu, przekształca energię z instalacji fotowoltaicznej w prąd przemienny oraz odwrotnie i działa jako ładowarka akumulatorów;

Inwerter wyspowy – przekształca energię z instalacji w prąd przemienny, falownik ten nie przekazuje wytworzonej przez instalację fotowoltaiczną energii do sieci, ma jednak możliwość jej magazynowania po podłączeniu do akumulatora.

Schemat działania on-grid

Schemat działania instalacji on-grid.
Schemat działania instalacji on-grid

Uproszczony schemat działania instalacji on-grid, gdzie:

  1. Instalacja fotowoltaiczna produkuje energię.
  2. Energia przekazywana jest do falownika, który prąd stały konwertuje na prąd przemienny.
  3. Licznik dwukierunkowy liczy, ile energii oddajemy do sieci, a ile pobieramy.
  4. Nadwyżka wyprodukowanej energii trafia do zakładu energetycznego, który magazynuje ją dla nas w zamian za prowizję, w tak zwanym systemie opustów.

Instalacja fotowoltaiczna off-grid

Akumulatory w instalacjach typu off-grid.

Instalacja typu off-grid  (z jęz. ang. oznacza „poza siecią”) nazywana jest także wyspową lub autonomiczną, jak sama nazwa wskazuje, nie jest przyłączona do sieci elektrycznej. W tym przypadku energia elektryczna, która nie jest wykorzystywana na bieżące potrzeby, trafia do akumulatorów. W słoneczne dni często produkujemy więcej energii, niż jesteśmy w stanie zużyć, a dzięki jej magazynowaniu, możemy ją wykorzystać w okresach zmniejszonej produkcji. Gospodarstwa domowe najwięcej energii zużywają popołudniami i wieczorami, zaś największą produkcję odnotowują w czasie, gdy zużycie jest bardzo niskie. Tym bardziej warto skorzystać z sytuacji i zainstalować magazyn energii.

Instalacja fotowoltaiczna produkuje energię i przekazuje ją do inwertera, który przekształca prąd stały w prąd zmienny, zgodny z parametrami sieci. W systemie z akumulatorami typu off-grid energia, która nie zostanie wykorzystana na bieżące potrzeby, przez inwerter wyspowy trafia do baterii, z której może być pobierana w miarę zapotrzebowania.

Magazyny Energii Kategoria
Magazyn energii firmy BMZ

                                                                       

Z czego składa się instalacja typu off-grid?

Off-grid składa się z następujących elementów:

  • modułów fotowoltaicznych,
  • akumulatorów,
  • regulatora ładowania lub inwertera, który zapewnia poprawne ładowanie i zapobiega nadmiernemu ładowaniu, przeładowaniu oraz cofaniu się prądu z akumulatora do ogniwa solarnego,
  • inwertera wyspowego.
Magazyn Energii Lg Resu 10h Type C
Magazyn Energii Lg Resu 10h Type C

Rozwiązania akumulatorowe do instalacji fotowoltaicznych off-grid najczęściej stosuje się w miejscach, gdzie występują duże niedobory energii lub częste przerwy w jej dostawie. Pozwala to uzyskać całkowitą niezależność od sieci.

O instalacji on-grid przeczytasz tutaj, a o instalacji hybrydowej tutaj.

Magazyny energii na świecie

Produkcja zielonej energii na dużą skalę ma swoje plusy i minusy. Dążymy do tego, by jak najefektywniej wykorzystać możliwości energii ze słońca. Trzeba jednak pamiętać o tym, że produkcja odbywa się tylko w ciągu dnia. Nadmiar wytworzonej energii przekazujemy do sieci. Problemem staje się późniejszy odbiór energii z sieci elektroenergetycznej. Dlatego jedynym skutecznym rozwiązaniem jest budowa dużych magazynów energii, które będą odbierać i przechowywać energię produkowaną z fotowoltaiki i zasilać w razie potrzeby sieć elektroenergetyczną.

Największy magazyn energii na świecie w Kalifornii

Na początku 2021 roku uruchomiono największy magazyn energii na świecie, znajdujący się w Kalifornii. Jest to drugi taki projekt zbudowany w tym stanie. Bateryjny magazyn energii powstał w Moss Landing w Monterey County, w stanie Kalifornia. Obiekt o łącznej pojemności 1200 MWh i mocy 300 MW jest 4,8 razy większy od dotychczasowego największego magazynu energii, liczącego 250 MW/250 MWh, podłączonego przez dewelopera LS Power, funkcjonującego również w tym stanie. Dostawcą baterii jest Koncern Tesla, który wprowadził w 2020 roku na rynek magazyny Megapack o pojemności 3 MW.

Inwestorem przedsięwzięcia jest koncern energetyczny Vistra, notowany na nowojorskiej giełdzie. Koncern zapowiada dalsze inwestycje, które zakończą się w sierpniu 2021 roku. W drugim etapie jednostka zostanie rozbudowana o kolejne 100 MW/400 MWh. Dzięki temu cały obiekt będzie mógł pracować z mocą 400 MW w czasie do 4 godzin. Magazyn w Loss Landing został objęty kontraktami na usługi wspierania sieci elektroenergetycznej należącej do Pacific Gas and Electric Company (PG&E).

Wielki magazyn energii w południowej Australii

Największy magazyn w Australii oraz drugi co do wielkości na świecie, zlokalizowany jest w południowej części tego kraju. Hornsdale Power Reserve został uruchomiony w 2017 roku przez koncerny Tesla i Neoen. Obiekt początkowo liczył 100 MW/129 MWh. W 2020 roku został rozbudowany o kolejne jednostki do mocy 50 MW i pojemności 64,5 MWh. Wartość inwestycji wyniosła 66 mln dolarów. Wielka farma OZE i powerbanki rozwiązały problem częstych niedoborów energii i jej dostaw do firm oraz gospodarstw domowych w tym regionie. Zapewniają one również setkom tysięcy mieszkańców Australii energię elektryczną.

Należy tutaj podkreślić, iż sama inwestycja przynosi właścicielowi ogromne zyski. W ciągu pierwszych 6 miesięcy odnotowano przychód w wysokości 17 milionów dolarów.

Sam magazyn jest na tyle elastyczny, że może szybko zmienić swoją funkcję z produkcji i magazynowania energii, na wysyłanie jej bezpośrednio do sieci energetycznej kraju, co jest szczególnie przydatne w okresach braków. Kiedy jest małe zapotrzebowanie na energię, to wyprodukowane nadwyżki są przechowywane w magazynach energii i w razie zwiększonego poboru, są oddawane do sieci.

Innowacyjne rozwiązanie w Wielkiej Brytanii

W Manchesterze powstaje innowacyjny magazyn energii,  gromadzący energię w skroplonym powietrzu w technologii tzw. Liguid Air Energy Storage (LAES). Instalacja ma na celu przechowywanie energii w dłuższych okresach i w ilościach, przekraczających możliwości konwencjonalnego bateryjnego systemu magazynowania energii.

Za realizacje jest odpowiedzialna brytyjska firma Highview Power, która jest również autorem innowacyjnego rozwiązania gromadzenia energii w postaci skroplonego powietrza w magazynach zwanych CRYOBattery.

Metoda LAES polega na schładzaniu powietrza do temperatury –200oC, gromadzi się je w postaci skroplin i w razie potrzeby zamienia w gaz napędzający turbiny. Jak zapewnia sam producent, kriogeniczna technologia jest tańsza niż konwencjonalne bateryjne przechowywanie energii, oparte o ogniwa litowo-jonowe. Zaletą LAES jest również jej żywotność. Konstruktor przewiduje, że taki magazyn energii może pracować 30-40 lat, czyli trzykrotnie dłużej, niż w przypadku konwencjonalnych instalacji magazynowych, w których średni czas funkcjonowania wynosi ok. 10 lat.

Co do wydajności samego systemu LAES, to tutaj niestety przodują magazyny energii oparte o technologie litowo-jonowe. W LAES szacuje się sprawność na poziomie 60-75%, gdzie baterie litowo-jonowe osiągają efektywność ładowania i rozładowywania na poziomie 75-85%.

Pierwszą na świecie pilotażową instalację opartą o technologię LAES firma Highview Power uruchomiła w 2019 roku. Obiekt zlokalizowany jest w mieście Bury koło Manchesteru. Jego moc wynosi 5 MW, a pojemność 15 MW. Stworzenie tak innowacyjnego projektu bazowało na wieloletnich testach na obiekcie badawczym o parametrach 350 kW/2,5 MWh.

Nowy magazyn energii w technologii LAES będzie miał wielkość 50 MW/250 MWh, a zakończenie budowy planowane jest w 2022 roku. Jak przewiduje Highview Power, instalacja w Manchesterze będzie w stanie zgromadzić energię potrzebną do zasilania około 200 tys. gospodarstw domowych w czasie 5 godzin. Sam magazyn ma przechowywać energię przez wiele tygodni.

Koszt inwestycji to kwota 85 mln funtów, w tym 10 mln funtów, jako grant przeznaczył brytyjski rząd oraz 46 mln dolarów zainwestował  japoński gigant, grupa Sumitomo Heavy Industries (SHI).

Obecnie brytyjski koncern Highview Power planuje również taką inwestycję w USA w stanie Vermont.