Jak działa magazyn energii?

Efektywne wykorzystywanie odnawialnych źródeł energii, to jedno z wielu wyzwań jakie stoi przed nowoczesnymi gospodarkami i społeczeństwami. Tania energia ze słońca czy wiatru rewolucjonizuje świat, jednak nie jest pozbawiona ograniczeń. Jedną z największych przeszkód dla optymalnego wykorzystywania OZE jest ich niestabilność. Na szczęście, nauka poczyniła duże postępy i w tym obszarze.

Magazyny energii to rozwiązanie które cieszy się coraz większą popularnością, zarówno przez użytkowników gospodarstw domowych, jak i w przemyśle. Główną funkcją magazynów energii jest gromadzenie nadwyżek prądu wyprodukowanego z odnawialnych źródeł energii i udostępnianie ich w momencie zwiększonego zapotrzebowania.

Pozwala to efektywniej zarządzać energią, poprawiać autokonsumpcję i zapewniać bufor bezpieczeństwa na wypadek awarii lub kryzysu. W poniższym artykule wyjaśnimy, jak działa magazyn energii, jakie technologie są wykorzystywane do jego produkcji oraz jakie korzyści płyną z jego stosowania.

Chociaż magazyn energii kojarzy nam się przede wszystkim z instalacjami fotowoltaicznymi, to jest to jedynie małym obszar powiązany z tematyką magazynowania energii. Nie da się ukryć, że efektywne wykorzystanie energii jest kluczowe dla naukowców i firm, a umiejętność jej optymalnego gromadzenia i zarządzania nią może stać się krokiem milowym do rozwoju nowych technologii. Przez ostatnie dziesięciolecia powstało wiele metod umożliwiających magazynowanie energii, niemniej wszystkie one obarczone są mniejszymi lub większymi wadami.

Poniżej przedstawiono kilka metod pozwalających magazynować energię (zarówno elektryczną jak i kinetyczną) :

• elektrownie pompowo-szczytowe i zapory
• akumulatory elektryczne
• sprężone powietrze (CAES - Compressed Air Energy Storage)
• koło zamachowe
• ciepło
• nadprzewodnictwo

Według raportów organizacji międzynarodowych, blisko 99% magazynowanej energii na świecie pochodzi z elektrowni pompowo-szczytowych. Mowa tutaj oczywiście o magazynowaniu wielkoskalowym. W przypadku lokalnych źródeł magazynowania energii, najpopularniejszym rozwiązaniem są zapewniające wysoką sprawność i długą żywotność akumulatory litowo-jonowe.

Pierwsze próby magazynowania energii sięgają XIX wieku, kiedy to wynaleziono akumulatory kwasowo-ołowiowe. Były one wykorzystywane głównie w telegrafii i pierwszych systemach elektrycznych. Z czasem zaczęły pojawiać się inne technologie, takie jak akumulatory niklowo-kadmowe (NiCd) czy niklowo-metalowo-wodorkowe (NiMH), które znalazły zastosowanie w przenośnej elektronice i pojazdach elektrycznych.

Rewolucja nastąpiła w latach 90. XX wieku. Wówczas rozwinięto technologię akumulatorów litowo-jonowych, które pozwoliły magazynować energię znacznie efektywniej niż dotychczas. Oferując większą pojemność, mniejszą wagę oraz dłuższą żywotność, akumulatory Li-Ion zmieniły świat, prowadząc do intensywnego rozwoju nowych technologii i produkcji nowych urządzeń.

W przypadku gromadzenia energii pochodzącej z instalacji fotowoltaicznych, cykl magazynowania składa się z kilku kluczowych etapów. Żywotność magazynów energii PowerOcean od EcoFlow wynosi ponad 6000 cykli, do czasu, aż wydajność takiego magazynu spadnie poniżej 75%. Na cykl magazynowania składają się następujące fazy:

1. Ładowanie: nadwyżka energii pochodząca z paneli fotowoltaicznych jest przechowywana w akumulatorach.
2. Przechowywanie: energia utrzymywana jest w bateriach do momentu jej wykorzystania.
3. Rozładowanie: przy wzmożonym zapotrzebowaniu na energię (np. po zmroku lub w przypadku awarii sieci), magazyn dostarcza prąd do instalacji wewnętrznej.
4. Zarządzanie energią: nowoczesne magazyny wyposażone są w systemy zarządzania energią (EMS – Energy Management System), które optymalizują proces ładowania i rozładowania, dbając o wydajność i bezpieczeństwo systemu.

Decydując się na inwestycję w magazyn energii warto zapoznać się najważniejszymi parametrami, które mają istotny wpływ na efektywność i cenę całego przedsięwzięcia.

• Pojemność (kWh) – pojemność magazynu pozwala określić ile energii może być przechowywane. Ponadto pozwala określić czas na jaki wystarczy zgromadzona energia. Przy założeniu, że magazyn ma pojemność 10 kWh, a zużycie energii wynosi 1 kW, to pojemność takiego magazynu pozwoli zasilać urządzenia elektryczne przez 10 godzin.
• Moc (kW) – moc magazynu to kolejny kluczowy parametr określający ilość energii jaką może zostać zasilona instalacja w danym momencie. Moc magazynu 10 kW oznacza, że jednocześnie będziemy w stanie zasilić urządzenia o łącznej mocy 10 kW.
• Technologia baterii – baterie litowo-jonowe produkowane są w różnych technologiach. To co je odróżnia to przede wszystkim rodzaj zastosowanego materiału katodowego. Technologia produkcji ma bezpośrednie przełożenie na bezpieczeństwo baterii, żywotność i cenę.
• Sprawność energetyczna – określa, jaka część zgromadzonej energii jest odzyskiwana. Sprawność baterii ma wpływ na jej wydajność.
• Żywotność baterii - przez żywotność rozumie się ilość cykli rozładowania i naładowania, do momentu, aż jej sprawność spadnie poniżej określonego poziomu. Żywotność baterii wynosi przeważnie kilka tysięcy cykli i może się różnić w zależności od technologii produkcji.
• Możliwość zasilania trójfazowego - czasami potrzebujemy większej mocy w naszym gospodarstwie domowym lub firmie. Zasilanie trójfazowe idealnie się do tego nadaje.

Wykorzystanie magazynu energii w przydomowych instalacjach fotowoltaicznych to rozwiązanie niosące wiele korzyści. Rozwój technologii i idący za nim spadek cen oraz wzrost konkurencyjności na tym rynku sprawia, że magazynowanie energii staje się coraz powszechniejsze i dostępne dla każdego posiadacza instalacji PV.

Posiadając instalację fotowoltaiczną bez magazynu energii nie jesteśmy w stanie optymalnie wykorzystywać nadwyżek z produkcji. Może zdarzyć się, że w słoneczny dzień będziemy produkować znacznie więcej energii niż będziemy w stanie jej zużyć. Wówczas nadwyżkę musimy odsprzedać do sieci przesyłowej. Z drugiej strony, możemy potrzebować więcej energii w nocy lub w pochmurny dzień, kiedy instalacja PV nie produkuje energii. Wówczas jesteśmy zmuszeni kupić prąd z sieci przesyłowej. To rozwiązanie nie jest dla nas optymalne.

Znacznie korzystniejszy jest wariant, w którym nasza instalacja fotowoltaiczna z magazynem energii będzie sterowana przez inteligentny system zarządzania energią. Dzięki takiemu rozwiązaniu, nadmiar wyprodukowanej energii będzie magazynowany i wykorzystywany w chwili największego zapotrzebowania.

Już samo wykorzystanie odnawialnych źródeł energii daje ogromne możliwości w redukcji rachunków za prąd. Dodatkowe wspomożenie instalacji PV poprzez montaż magazynu energii jeszcze bardziej te oszczędności zwiększy. Pozwoli Ci to uniknąć wysokich opłat w godzinach szczytowego zapotrzebowania na energię i wykorzystać nadwyżki w optymalnym dla Ciebie czasie.

Niezależność od dostaw energii z sieci przesyłowej to jedna z tych wartości, którą ciężko wycenić pieniędzmi, ile bowiem warte jest bezpieczeństwo?

Dzięki magazynowi energii zwiększamy swoje bezpieczeństwo w kryzysowej sytuacji. Sieć przesyłowa jest przestarzała i wymaga modernizacji, do tego nie możemy zapomnieć o niestabilnej sytuacji za naszą wschodnią granicą i zwiększonym zapotrzebowaniem na energię elektryczną z uwagi na nowe technologie. To wszystko sprawia, że już niebawem możemy się zmierzyć z poważnym kryzysem energetycznym.

W takim scenariuszu, instalacja fotowoltaiczna z magazynem energii pozwoli nam ze spokojem przeczekać najtrudniejszy czas.

Więcej dobrze wykorzystanej energii z OZE oznacza mniej energii wytworzonej z paliw kopalnych. Inwestując w magazyn energii, inwestujesz również w poprawę klimatu.

Magazyny energii odgrywają kluczową rolę w nowoczesnym systemie energetycznym, pozwalając na efektywne zarządzanie energią, zwiększenie niezależności oraz oszczędności. Wybór odpowiedniego magazynu zależy od potrzeb użytkownika, jego zużycia energii oraz budżetu. Wraz z rosnącą popularnością odnawialnych źródeł energii, inwestycja w magazyn energii staje się coraz bardziej opłacalnym i przyszłościowym rozwiązaniem.