Rodzaje magazynów energii – kompletny przewodnik

Magazyny energii to bardzo szeroki temat, który nie ogranicza się jedynie do magazynów prądu. Warto bowiem wiedzieć, że energię można przechowywać też w innej formie – cieplnej czy nawet sprężonego powietrza!

W tym artykule przyjrzymy się więc różnym typom magazynów energii opisując ich zastosowanie, podrodzaje i inne ważne kwestie. Zapraszamy serdecznie!

Krótkie wprowadzenie do magazynów energii

Magazyny energii elektrycznej to zaawansowane technologicznie systemy, które odgrywają kluczową rolę w optymalizacji lokalnego wykorzystania energii wyprodukowanej przez instalacje fotowoltaiczne.

W Polsce, gdzie sieć energetyczna często boryka się z przeciążeniami, magazyny energii pozwalają prosumentom na maksymalne wykorzystanie wyprodukowanej energii bez konieczności oddawania jej do sieci, co jest często mniej korzystne finansowo​​​​​​ – szczególnie w momencie, w którym zostanie wprowadzona sprzedaż prądu z fotowoltaiki po cenach godzinowych.

Magazyny energii elektrycznej przynoszą szereg korzyści dla użytkowników. Po pierwsze, pozwalają na przechowywanie nadwyżek energii generowanej w ciągu dnia, aby móc ją wykorzystać w okresach, gdy produkcja z paneli słonecznych jest niemożliwa, na przykład w nocy lub podczas pochmurnych dni. To zwiększa stopień samowystarczalności energetycznej i pozwala na znaczne obniżenie rachunków za energię​​​​.

Dzięki magazynom energia jest wykorzystywana tam, gdzie i kiedy jest potrzebna, co zwiększa efektywność systemu fotowoltaicznego i redukuje zależność od zewnętrznych dostawców energii. Dodatkowo, nowoczesne systemy magazynowania energii często są wyposażone w zaawansowane rozwiązania zarządzania energią, które automatycznie zarządzają przepływem energii, optymalizując jej zużycie w gospodarstwie domowym​​.

Programy dofinansowań, takie jak "Mój Prąd", sprzyjają adopcji magazynów energii przez oferowanie wsparcia finansowego, co dodatkowo zwiększa atrakcyjność tej technologii. Inwestycja w magazyn energii staje się więc coraz bardziej opłacalna, nie tylko ze względu na oszczędności w rachunkach za energię, ale również dzięki możliwości korzystania z dotacji, które obniżają początkowe koszty instalacji​​​​.

Rodzaje magazynów energii

Więcej uwagi poświęcimy oczywiście magazynom elektrochemicznym, które są najpopularniejsze w gospodarstwach domowych. Jednakże chcąc omówić cały temat magazynów energii, pochylimy się nieco także nad innymi typami. Zapraszamy Cię w podróż do świata baterii, które przechowują energię nie tylko w formie prądu, lecz również wody, a ciśnienia, a nawet… energii kinetycznej!

Wyróżniamy więc poniższe typy magazynów energii (opiszemy je wszystkie poniżej):

• Magazyny elektrochemiczne
• Baterie litowo-jonowe
• Baterie litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4)
• Baterie kwasowo-ołowiowe
• Baterie przepływowe
• Baterie sodowo-siarkowe
• Magazyny mechaniczne
• Pompowane magazyny wodne (PHS)
• Magazyny energii w formie sprężonego powietrza (CAES)
• Magazyny termiczne
• Bufory do pompy ciepła
• Zbiornik CWU i inne magazyny termiczne lub chłodnicze

Magazyny elektrochemiczne

Magazyny elektrochemiczne wykorzystują reakcje chemiczne do przechowywania i uwalniania energii. Są szeroko stosowane zarówno w małej, jak i dużej skali, od telefonów komórkowych po wielkoskalowe instalacje energetyczne. Oto niektóre z najpopularniejszych typów baterii elektrochemicznych:

Baterie litowo-jonowe

Baterie litowo-jonowe to jedne z najbardziej popularnych rozwiązań w zakresie magazynowania energii elektrycznej w domach. Ich wybór wynika przede wszystkim z wysokiej gęstości energetycznej, co oznacza, że mogą przechowywać dużą ilość energii w stosunkowo małej objętości. Jest to szczególnie ważne w przypadkach, gdy dostępna przestrzeń jest ograniczona, jak w wielu domowych instalacjach.

Zalety baterii litowo-jonowych

• wysoka wydajność - baterie te charakteryzują się bardzo dobrą efektywnością ładowania i rozładowania, co oznacza mniejsze straty energii podczas magazynowania i wykorzystywania prądu z paneli słonecznych.
• długa żywotność - nowoczesne baterie litowo-jonowe mogą wytrzymać tysiące cykli ładowania i rozładowania, co przy odpowiednim użytkowaniu przekłada się na wiele lat eksploatacji.
• szybka reakcja na zmiany obciążenia - są w stanie bardzo szybko reagować na zmiany w zapotrzebowaniu na energię, co jest kluczowe w przypadku gwałtownych zmian w produkcji energii odnawialnej lub w zużyciu energii w domu.
• skalowalność - możliwość konfiguracji w różnych rozmiarach pozwala na dostosowanie systemu magazynowania do indywidualnych potrzeb gospodarstwa domowego.

Co istotne, baterie litowo-jonowe stają się coraz bardziej dostępne cenowo. Dzięki postępom w technologii i rosnącej skali produkcji, koszty te stale spadają, co czyni je coraz bardziej przystępnymi dla szerokiego grona odbiorców. Ta tendencja do spadku cen sprzyja większej adopcji magazynów energii w domach, umożliwiając użytkownikom nie tylko zwiększenie niezależności energetycznej, ale także optymalizację kosztów operacyjnych związanych z energią.

Baterie litowo-żelazowo-fosforanowe

Baterie litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4), stosowane w domowych systemach magazynowania energii, stanowią cenną alternatywę dla tradycyjnych baterii litowo-jonowych dzięki swoim unikatowym właściwościom.

Oferują one dłuższą żywotność i są w stanie dostarczyć znacznie więcej cykli ładowania i rozładowania przed degradacją. Dzięki temu właściciele instalacji fotowoltaicznych mogą liczyć na bardziej stabilne i długotrwałe źródło przechowywania energii.

Dodatkowo, baterie LiFePO4 charakteryzują się wyższym poziomem bezpieczeństwa w porównaniu do baterii litowo-jonowych. Są one mniej podatne na ryzyko termicznego przebiegu, co jest kluczowym aspektem przy zastosowaniach w domach, gdzie bezpieczeństwo jest priorytetem. Ich stabilność chemiczna przekłada się na mniejsze ryzyko pożaru, co jest szczególnie ważne w kontekście systemów magazynowania energii podłączonych do domowych instalacji fotowoltaicznych.

Co więcej, baterie LiFePO4 są bardziej przyjazne dla środowiska. Składają się z żelaza i fosforanów, które są mniej szkodliwe i łatwiejsze do pozyskania niż metale ciężkie wykorzystywane w tradycyjnych bateriach litowo-jonowych. Ich produkcja jest mniej obciążająca dla środowiska, a zużyte baterie są łatwiejsze do przetworzenia, co sprawia, że są one bardziej zrównoważonym rozwiązaniem.

Biorąc pod uwagę te wszystkie zalety, baterie LiFePO4 stanowią doskonałą opcję dla właścicieli domów, którzy chcą maksymalnie wykorzystać swoje systemy fotowoltaiczne, zwiększając niezależność energetyczną oraz minimalizując wpływ na środowisko.

Baterie kwasowo-ołowiowe

Baterie kwasowo-ołowiowe nadal są powszechnie stosowane w 2024 roku, zwłaszcza w zastosowaniach przemysłowych i motoryzacyjnych, mimo że na rynku dostępne są bardziej nowoczesne technologie, takie jak baterie litowo-jonowe.

Ich popularność utrzymuje się głównie dzięki niższym kosztom początkowym oraz ugruntowanej infrastrukturze recyklingu. Są stosowane w szerokim zakresie zastosowań, od systemów zasilania awaryjnego (UPS) po rozwiązania do magazynowania energii w systemach solarnych i motoryzacyjnych. Znajdują również zastosowanie jako baterie SLI (startowanie, oświetlenie, zapłon) w pojazdach, a także w stacjonarnych systemach magazynowania energii dla przemysłu i telekomunikacji​​​​.

W ostatnich latach nastąpił postęp w technologii baterii kwasowo-ołowiowych, co zwiększyło ich wydajność i żywotność. Na przykład, wprowadzenie powłok z nano-węgla oraz zaawansowanych konstrukcji baterii, takich jak baterie bipolarnie, przyczynia się do zwiększenia ich efektywności ładowania i cyklu życia​​.

Pomimo tych innowacji, baterie kwasowo-ołowiowe mają niższą gęstość energetyczną i krótszy cykl życia w porównaniu do nowszych technologii, takich jak baterie litowo-jonowe. Ponadto, proces recyklingu, choć dobrze rozwinięty, nadal wiąże się z pewnymi wyzwaniami środowiskowymi, takimi jak emisje ołowiu do środowiska​​.

Choć baterie kwasowo-ołowiowe nadal są używane, przyszłość prawdopodobnie będzie należała do technologii oferujących lepsze parametry eksploatacyjne i mniejsze wpływy na środowisko. Dzięki inwestycjom w innowacje i rozwój baterii, jak również dzięki rosnącej świadomości ekologicznej, rynek może stopniowo przechodzić na bardziej zaawansowane i trwałe systemy magazynowania energii. Innowacje i zmiany w przepisach środowiskowych będą miały kluczowe znaczenie dla kształtowania przyszłości tej technologii.

Baterie przepływowe

Baterie przepływowe oferują unikalną możliwość skalowania, ponieważ ich pojemność energetyczna zależy od wielkości zbiornika z elektrolitem. Są idealne do długotrwałego magazynowania energii w aplikacjach przemysłowych, gdzie konieczne jest częste i przewidywalne wykorzystanie dużych ilości energii.

Baterie sodowo-siarkowe

Baterie sodowo-siarkowe, choć przez długi czas uważane za mniej efektywne od innych technologii, zyskują na znaczeniu dzięki nowym osiągnięciom w badaniach i rozwoju.

W 2024 roku, te baterie są coraz częściej rozpatrywane jako wydajne rozwiązanie do magazynowania energii odnawialnej na dużą skalę, zwłaszcza w kontekście ich niskich kosztów produkcji i wysokiej pojemności energetycznej.

Jednym z kluczowych postępów jest rozwój baterii sodowo-siarkowych, które mogą pracować w temperaturach pokojowych, co było dotąd jednym z głównych wyzwań. Ulepszenia w konstrukcji elektrolitów pozwoliły na zahamowanie procesów, takich jak tworzenie dendrytów i migracja polisulfidów, co znacznie wydłuża żywotność baterii. Te nowe baterie wykazują stabilność przez setki cykli ładowania i rozładowania, co jest istotnym krokiem naprzód w porównaniu z wcześniejszymi modelami, które cierpiały na szybkie degradacje pojemności.

Innowacje te, w połączeniu z wysoką teoretyczną pojemnością katody siarkowej oraz stosunkowo niskim kosztem sodu (dostępnego w obfitości w przyrodzie, np. w morzu), czynią te baterie atrakcyjnym wyborem dla systemów magazynowania energii, które mogą przyczynić się do obniżenia kosztów przechowywania energii i poprawy bezpieczeństwa energetycznego na globalną skalę​​​​​​​​.

Dzięki temu, że sód i siarka są tanie i szeroko dostępne, a nowe technologie umożliwiają znaczne wydłużenie żywotności i efektywności baterii, baterie sodowo-siarkowe stają się coraz bardziej konkurencyjne w porównaniu do innych technologii magazynowania energii, takich jak litowo-jonowe.

Magazyny mechaniczne

Magazyny mechaniczne przechowują energię w formie mechanicznej, wykorzystując różne fizyczne procesy. Są one szczególnie przydatne w dużych systemach energetycznych.

Pompowane magazyny wodne (Pumped Hydro Storage, PHS)

Pompowane magazyny wodne są największym i jednym z najstarszych typów magazynowania energii. Wykorzystują one nadmiar energii do pompowania wody do wyższej lokalizacji, a gdy potrzeba energii rośnie, woda jest uwalniana, napędzając turbiny wodne.

Magazyny energii w formie sprężonego powietrza (CAES)

Magazyny energii w formie sprężonego powietrza przechowują nadmiar energii przez kompresję powietrza w podziemnych zbiornikach. Gdy energia jest potrzebna, sprężone powietrze jest wykorzystywane do napędzenia turbin generujących prąd.

Magazyny termiczne

Magazyny termiczne wykorzystują energię elektryczną do generowania ciepła lub zimna, które następnie jest przechowywane do późniejszego wykorzystania. Mogą one służyć zarówno do ogrzewania, jak i do chłodzenia, w zależności od potrzeb.

Bufory do pompy ciepła

Bufory cieplne używane z pompami ciepła są istotnym elementem systemów grzewczych, które zwiększają efektywność energetyczną przez magazynowanie nadmiaru ciepła wytworzonego przez pompę. Są one szczególnie przydatne w systemach, które regularnie przełączają się między trybami ogrzewania, a chłodzenia. Bufory te gromadzą ciepło, gdy produkcja przekracza aktualne zapotrzebowanie. Pozwala to na wykorzystanie zgromadzonego ciepła w okresach zwiększonego zapotrzebowania, redukując tym samym pracę samej pompy ciepła i zapewniając bardziej równomierne i stabilne dostawy energii cieplnej.

Zbiornik CWU i inne magazyny termiczne lub chłodnicze

Zbiornik CWU to podstawowy element systemów ciepłowniczych, który przechowuje gorącą wodę potrzebną do codziennego użytku w gospodarstwach domowych i przedsiębiorstwach. Dzięki izolacji termicznej, zbiorniki te mogą utrzymywać wysoką temperaturę wody przez długi czas, minimalizując potrzebę częstego podgrzewania wody, co przekłada się na oszczędności energii.

Inne rodzaje magazynów termicznych, jak akumulatory zimna, wykorzystywane są głównie w systemach klimatyzacji. Przechowują one schłodzoną wodę lub inne czynniki chłodnicze, które mogą być wykorzystane do obniżenia temperatury w pomieszczeniach podczas wzrostu temperatur zewnętrznych. Dzięki temu systemy chłodzące mogą pracować bardziej efektywnie, szczególnie w godzinach szczytowego zapotrzebowania na energię, co również przyczynia się do redukcji kosztów operacyjnych.

Agregaty wody lodowej są z kolei wykorzystywane w większych instalacjach chłodniczych, takich jak duże obiekty komercyjne lub przemysłowe.

Magazynują one wodę schłodzoną w niskich temperaturach, która może być następnie wykorzystana do chłodzenia w okresach, kiedy koszt energii jest wyższy lub dostępność ograniczona. Zastosowanie takiego rozwiązania umożliwia bardziej elastyczne zarządzanie zużyciem energii i może przyczynić się do znaczących oszczędności, szczególnie w obiektach o dużym zapotrzebowaniu chłodniczym.

Wszystkie te systemy pozwalają na lepsze zarządzanie energią termiczną, poprawiają efektywność energetyczną budynków, i mogą znacząco obniżyć koszty operacyjne zarówno w skali mikro, jak i makro.

Przed wyborem magazynu energii należy jednak skonsultować się ze specjalistą - zostaw kontakt do siebie, a zaufane firmy z Twojej okolicy zapewnią Ci skuteczne rozwiązania!