Magazyn energii - co to jest, jak działa i czy się opłaca?

Magazyny energii (akumulatory do fotowoltaiki) umożliwiają przechowywanie energii wyprodukowanej w dzień i używanie jej, gdy fotowoltaika kończy produkcję po zachodzie słońca. Dzięki temu możesz zwiększyć zyski z instalacji. Po drugie magazyny energii mogą zapewnić Ci zasilanie awaryjne, przez co Twoja rodzina będzie mieć prąd podczas sieci energetycznej.

Jednak czy powyższe zyski uzasadniają koszt tego urządzenia? Czy każdy magazyn zapewni zasilanie awaryjne? Temat jest szczególnie wart przemyślenia, jeśli jeszcze nie masz instalacji fotowoltaicznej, bo inwestując jednocześnie w pv i magazyn energii zmniejszysz koszt nawet o 35%.

Jak działa magazyn energii?

Magazyn energii (inaczej akumulator do fotowoltaiki) to według ustawy o OZE “urządzenie lub zespół urządzeń służących do przechowywania energii w dowolnej postaci”, który umożliwia:

• Magazynowanie energii wyprodukowanej w dzień do wykorzystania wieczorem.
• Magazynowanie energii zakupionej w tańszej taryfie (np. nocą) do wykorzystania, gdy prąd jest drogi (rano).
• Zasilanie awaryjne w sytuacji przerwy w dostawie prądu.

Istnieje mnóstwo sposobów magazynowania energii, od elektrowni szczytowo pompowych przez koła zamachowe po nadprzewodnikowe zasobniki energii. Jednakże magazyny energii znane nam z dnia codziennego działają dzięki odwracalnym procesom chemicznym zachodzącym w ogniwach. Tak działają na przykład akumulatory samochodowe i baterie do telefonów komórkowych, z którymi akumulatory do fotowoltaiki są blisko spokrewnione.

Nowoczesne magazyny energii wyglądają całkiem nieźle. Po lewej Tesla Powerwall, po prawej SolaX ESS.

Magazyny energii są opisane dwoma podstawowymi parametrami, pojemnością i mocą.

• Pojemność opisuje ile kWh (kilowatogodzin) można zmieścić w akumulatorze.
• Moc w kW mówi, z jaką mocą można ładować / rozładowywać akumulator.

Magazyn energii może działać zarówno razem fotowoltaiką, jak i bez niej. W dzień magazyn energii wspiera fotowoltaikę. Instalacja fotowoltaiczna zasila w domu wszystkie urządzenia, ładuje magazyn energii, a nadwyżki sprzedaje do sieci energetycznej i musi je odkupić od Ciebie Twój sprzedawca prądu. Wieczorem, gdy fotowoltaika już przestaje działać, urządzenia w Twoim domu są zasilane przez prąd zmagazynowany w akumulatorze. Po rozładowaniu akumulatora do fotowoltaiki kupujesz prąd od swojego sprzedawcy prądu, a rachunek za prąd zostanie pomniejszony o energię, którą wcześniej mu sprzedałeś. Warto dodać, że rozliczenie ze sprzedawcą energii następuje w skali roku.

W nocy z kolei, jeśli masz tańszą taryfę, możesz ładować magazyn energii tanim prądem, a tę energię wykorzystać z rana, dopóki nie wstanie słońce. Przedstawiono to na poniższej animacji:

Nie wszyscy eksperci zalecają stosowanie tego drugiego, nocnego cyklu, gdyż takie wykorzystanie magazynu energii przynosi niższe zyski, a i tak powoduje zużycie ogniw bateryjnych.

Magazyn energii zwiększa autokonsumpcję

W połączeniu z fotowoltaiką magazyn energii zwiększa autokonsumpcję, to znaczy zwiększa ilość energii, jaką bezpośrednio zużywasz w domu, bez sprzedawania jej dalej.

Lecz skąd potrzeba zwiększania autokonsumpcji? Ponieważ większość domów jednorodzinnych zużywa energię rano i wieczorem, a fotowoltaika najlepiej działa w ciągu dnia. Przedstawiono to na poniższym wykresie.

Autokonsumpcja wpływa na zyski z fotowoltaiki. I tak w 2022 roku 1 kWp fotowoltaiki przyniesie Ci rocznie:

• Bez magazynu energii i z 20% autokonsumpcją - 480 zł rocznie
• Z małym magazynem energii i z 40% autokonsumpcją - 585 zł rocznie
• Z większym magazynem energii i z 60% autokonsumpcją - 690 zł rocznie

Przy tym musimy pozbawić Cię złudzeń - nie da się zrobić tak, by każdego dnia magazynować całą nadmiarową energię z fotowoltaiki i wykorzystywać ją wieczorem. Całkowita samowystarczalność i niezależność nie jest opłacalna. Dlaczego?

• Fotowoltaika działa 5 razy lepiej latem niż zimą - czyli zimą dla niezależności potrzebowałbyś ogromnej instalacji fotowoltaicznej.
• W pochmurne dni fotowoltaika działa dużo gorzej - czyli dla niezależności potrzebowałbyś ogromnego magazynu energii.

Co jest po prostu nieopłacalne. Sprzedaż energii i rozliczenie jej ze sprzedawcą energii w cyklu rocznym to jedyny sposób na to, by fotowoltaika zarabiała latem na prąd zimą.

Czy magazyn energii może zasilać samochód elektryczny?

Magazyny energii mogą podładować samochód elektryczny, jeśli pojechałeś nim do pracy i wróciłeś wieczorem. Nie ma jednak szans, żeby naładowały go od zera do 100%. Domowe magazyny energii mają stosunkowo małą pojemność, a akumulatory w samochodach elektrycznych bardzo dużą.

Rodzaje magazynów energii

Istnieje bardzo wiele sposobów przechowywania energii, lecz w segmencie rynku największe znaczenie mają:

• Akumulatory litowo-jonowe
  • typu LFP
  • typu NMC
  • typu LTO
  • typu NCA
• Akumulatory kwasowo-ołowiowe do głębokiego rozładowania
  • typu MF (czyli z płynnym elektrolitem i w zamkniętej obudowie)
  • żelowe (czyli z elektrolitem żelowym)
  • typu AGM (czyli ze szklaną matą absorpcyjną)
• Magazyny przepływowe
• Wodorowe magazyny energii

Akumulatory litowo-jonowe są zdecydowanie najpopularniejsze. Mają bardzo wysoką sprawność ok. 90% i można je rozładować niemal do zera. Te dwie cechy sprawiają, że to doskonałe uzupełnienie instalacji fotowoltaicznych.

Istnieje kilka typów baterii litowo-jonowych, NMC, NCA, LTO, lecz najlepszym wyborem na magazyn stacjonarny wydaje się być LFP. Dlaczego? Bo oferuje największe bezpieczeństwo.

Poniższy filmik powinien Cię przekonać.

W pierwszym teście przebito ogniwo NMC, a w drugim ogniwo LFP. Różnica w reakcji jest olbrzymia.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe to stara i sprawdzona technologia, popularna w małych instalacjach off-grid ze względu na odporność na zimno. Zamontowane w domku letniskowym mogą działać latem, a zimą można je tam zostawić bez obaw o degradację.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe wydają się tańsze w zł/kWh od magazynów litowo-jonowych, jednak nie są najlepszym wyborem w instalacjach domowych. Wymagają one osobnego wentylowanego pomieszczenia oraz mają niską sprawność, czyli tracą dużo energii. Poza tym nie można ich rozładować poniżej 50% stanu naładowania, podczas gdy nowsze akumulatory można rozładować niemal do zera. W efekcie akumulator kwasowo-ołowiowy o pojemności 9 kWh w rzeczywistości mieści tyle samo energii użytkowej co akumulator litowo-jonowy o pojemności 5 kWh.

Przepływowe magazyny energii wolniej się degenerują, są tańsze i bardziej ekologiczne od litowo-jonowych! Z tego powodu już są stosowane w instalacjach przemysłowych! Mają dość niską moc i spore wymiary, dlatego nie są jeszcze powszechnie stosowane w instalacjach domowych. Ale może za rok, dwa… ?

Wodorowe magazyny energii to zupełnie inna klasa. Żywotnością mogą dorównać panelom fotowoltaicznym i są wręcz przyjazne środowisku. Problemem jest niska sprawność oraz wysoka cena. Ale gdy technologia się wreszcie upowszechni i ceny spadną, będzie to murowany hit.

Magazyn energii DC czy AC?

Mówiąc w skrócie, jeśli nie masz jeszcze instalacji fotowoltaicznej, wybierz DC - będzie taniej. Jeśli masz już instalację fotowoltaiczną, wybierz AC - bo nie za bardzo masz wyjście. Jeśli w ogóle nie chcesz, albo nie możesz mieć instalacji fotowoltaicznej, również wybierz AC.

Magazyn energii DC od AC różni się baterią (wysokonapięciową dla magazynu DC, niskonapięciową dla AC) i ilością sprzętu, a w konsekwencji ceną.

Magazyn energii DC jest tańszy niż AC, bo dzieli z instalacją fotowoltaiczną wspólny inwerter, a wersja AC wymaga dwóch inwerterów - jednego do fotowoltaiki i drugiego do akumulatora. Niestety musi to być specjalny rodzaj inwertera - inwerter hybrydowy - zatem montaż magazynu musi przebiegać wraz z montażem fotowoltaiki, co wymaga planowania z wyprzedzeniem.

System z magazynem DC jest prostszy niż z magazynem AC, bo w obrębie tego systemu tylko raz przekształcasz prąd ze stałego na przemienny, a w systemie AC - dwa razy. Z kolei magazyn energii AC jest bardziej "samodzielny" i łatwiej go podłączyć do istniejącej instalacji.

Magazyn DC musi mieć baterie wysokonapięciowe, które można ładować prądem stałym o napięciu nawet kilkuset V. Jest tak dlatego, że ten typ magazynu ładowany jest bezpośrednio przez fotowoltaikę, która produkuje prąd stały o wysokim napięciu. Z kolei magazyn AC ładuje baterie niskonapięciowe prądem z gniazdka, oczywiście wcześniej przekształcając prąd przemienny na stały.

Jaki magazyn energii do domu jednorodzinnego?

Do domu jednorodzinnego wybierz magazyn energii, który jest:

• Bezpieczny
• Ma wysoką sprawność
• Ładnie wygląda (a co!)
• Ma gwarantowaną ilość cykli naładowań / rozładowań
• Daje zasilanie awaryjne (opcjonalne)

Stąd polecamy magazyn energii typu LFP.

Magazyn energii dla firm

Firmy z zasady mają wysoką autokonsumpcję i z magazynem energii mogą osiągnąć stan zero export, gdy cała energia z fotowoltaiki zostaje wewnątrz firmy. Poza tym akumulatory ułatwiają kontrolę pobieranej z sieci mocy, co ma dla firm spore znaczenie, a także mogą zapewnić ciągłość produkcji na wypadek awarii sieci energetycznej.

Właściciele zakładów produkcyjnych i inni więksi odbiorcy energii powinni rozważyć magazyn przepływowy ze względu na jego niską cenę i powolną degenerację.

Ciekawą alternatywą jest magazyn hybrydowy, łączący magazyn przepływowy oraz magazyn litowo-jonowy. Magazyn przepływowy powoli ładuje się przez cały dzień, a magazyn litowo-jonowy włącza się tylko w godzinach największej produkcji (tzw. peak shaving).

Magazyn energii dla rolnika

Dla gospodarstw rolnych bardzo ważne jest zwiększenie autokonsumpcji i zapewnienie ciągłości dostaw energii elektrycznej, na przykład dla urządzeń chłodniczych. Funkcje te spełni każdy magazyn energii z funkcją zasilania awaryjnego.

Akumulatory do fotowoltaiki na instalacje off-grid

Na działkę i do domku letniskowego dobierz magazyn energii, który jest:

• Odporny na długie okresy bezczynności
• Odporny na niskie temperatury

Stąd dla domków na działce, domków letniskowych bez podłączenia do sieci i do kamperów warto rozważyć akumulatory kwasowo-ołowiowe.

Magazyn energii - cena

Standardowy magazyn energii o pojemności 10 kWh kosztuje od 20 000 do 25 000 zł netto. Kompatybilny inwerter hybrydowy lub inwerter baterii to dalsze 4-6 tysięcy zł. Niektóre marki zapewniają zasilanie awaryjne w cenie, lecz częściej ta funkcja pociąga za sobą koszt dalszych 2-4 tysięcy zł.

Najdroższym elementem magazynu energii jest moduł bateryjny, stąd istnieje prosta zależność pomiędzy ceną zestawu a pojemnością akumulatora, co przedstawia poniższy wykres:

Pod tym względem minimalna sensowna pojemność magazynu energii to ok. 5 kWh.

Zasilanie awaryjne pociąga za sobą dodatkowe koszty, w postaci:

• Dodatkowego sprzętu (rozłącznik wyspowy, przekształtnik częstotliwości z pełnym sinusem i bez wzorca z sieci)
• Dodatkowej pracy instalatora potrzebnej do przebudowy rozdzielnicy (wydzielenie obwodów, przełączenie zasilania głównego)

Zobaczmy przykładowe ceny magazynów energii:

Koszt magazynu energii
Magazyn energii	Cena netto	Funkcjonalność
Huawei Luna 2000 10 kWh	20 000 zł	Ładowanie prądem w tańszej taryfie Zwiększa autokonsumpcję (po przyłączeniu do istniejącej instalacji pv)
Huawei Luna 2000 10 kWh z inwerterem SUN2000	26 000 zł	Obsługuje panele fotowoltaiczne Ładowanie prądem w taniej taryfie Zwiększa autokonsumpcję
Huawei Luna 2000 10 kWh z inwerterem SUN2000 i Backup Box	30 000 zł	Obsługuje panele fotowoltaiczne Ładowanie prądem w taniej taryfie Zwiększa autokonsumpcję Zapewnia zasilanie awaryjne obwodu awaryjnego

Aby szybko dowiedzieć się, ile będzie kosztował magazyn energii w Twojej sytuacji, poproś o kontakt od polecanych instalatorów z Twojej okolicy i porównaj ich oferty, bezpłatnie i bez zobowiązań.

Jak obniżyć koszt magazynu energii?

• Skorzystaj z dotacji i ulgi termomodernizacyjnej
• Zamontuj fotowoltaikę i magazyn energii za jednym razem

Magazyn energii - dofinansowanie

Wedle zapowiedzi program Mój Prąd 4.0 będzie uwzględniał oprócz fotowoltaiki również magazyny energii. Nie znamy jeszcze szczegółów, lecz zapewne zostaną ogłoszone w drugim kwartale 2022 r.

Ulga termomodernizacyjna umożliwia obniżenie podatku dochodowego o 17% kosztu termomodernizacji budynku, w skład czego wchodzi też akumulator fotowoltaiczny. Więcej na ten temat dowiesz się z artykułu o dotacjach dofotowoltaiki.

Magazyn energii + fotowoltaika

Jeśli od początku inwestujesz w fotowoltaikę wraz z magazynem energii, możesz obniżyć koszt o jakieś 35%, niż gdybyś miał dołożyć magazyn energii w późniejszym terminie. Ponadto w ten sposób łatwiej jest też zaprojektować dom z zasilaniem awaryjnym.

To ważny argument, żeby rozważyć montaż akumulatora do fotowoltaiki już teraz, razem z fotowoltaiką.

Ranking magazynów energii

Jaki magazyn energii wybrać? Którzy producenci są najlepsi? Zachęcamy do zapoznania się z naszym rankingiem akumulatorów do fotowoltaiki!

Jak widzisz, na wynik składają się cztery oceny cząstkowe:

• “Osiągi” to szybkość ładowania akumulatora oraz warunki gwarancyjne
• “Zasilanie awaryjne” opisuje dostępne funkcje zasilania awaryjnego
• “Wiarygodność” dotyczy producenta. Wiarygodny producent ma doświadczenie w tym co robi i oferuje dobrą obsługę klienta w Polsce
• “Opłacalność” stara się odpowiedzieć na fundamentalne pytanie “jak bardzo jest to warte swojej ceny?”

Popularni producenci magazynów energii w Polsce

BYD

Huawei Luna

SolaX

Tesla Powerwall

Magazyn energii - opłacalność

Czy magazyn energii jest opłacalny? Zależy, co jest Twoim celem. Czy kupujesz magazyn energii, ponieważ:

• Chcesz dzięki niemu zarobić?
• Chcesz uodpornić instalację fotowoltaiczną na wyłączanie się w godzinach szczytu?
• Chcesz mieć zasilanie awaryjne?

Nie we wszystkich z tych dziedzin magazyn energii wypadnie równie dobrze.

Czy na magazynie energii można zarobić? Krótko mówiąc, nie. Instalacja fotowoltaiczna z magazynem energii zapewnia większe zyski, jednak inwestycja nie jest zasadna z czysto finansowego punktu widzenia. Głównym problemem są wysokie ceny, szybka degradacja akumulatorów do fotowoltaiki i krótkie gwarancje. Dane publikowane przez ITP Renewables nie pozwalają sądzić, by magazyny energii działały długo po tym, jak skończy się ich gwarancja.

Przykład: magazyn energii BYD o pojemności 10 kWh kosztuje 23 000 zł netto. Na gwarancji przyniesie Ci ok. 14 700 zysku.

Warto zwrócić uwagę, że w Polsce występuje problem wyłączania się instalacji fotowoltaicznych ze względu na zbyt duże napięcie w sieci. Dzieje się tak, gdy przestarzała infrastruktura sieci energetycznej nie jest w stanie odebrać mocy generowanej przez instalacje PV w okolicy.

Magazyn energii całkowicie rozwiązuje ten problem. Gdy ładuje się podczas dnia, fotowoltaika oddaje mniej mocy do sieci, więc napięcie nie wzrasta, a instalacja się nie wyłącza. Jednakże nie jest to jedyne wyjście. Modernizacja infrastruktury przez OSD lub nowoczesny inwerter też rozwiązują problem.

Pozostaje omówić zasilanie awaryjne, dla niektórych pomijalną, a dla innych najważniejszą funkcję magazynów energii.

Magazyn energii - zasilanie awaryjne

Instalacja z funkcją zasilania awaryjnego może zapewnić Ci energię na wypadek awarii systemu energetycznego, nawet przez kilka dni. Gdy inni mają problem, Ty masz prąd.

Jeśli chcesz kupić magazyn energii dla zasilania awaryjnego, to koniecznie musisz wiedzieć, że nie wszystkie magazyny energii zapewniają sensowne zasilanie awaryjne. Dlaczego? Ponieważ nie wszystkie systemy z magazynem energii potrafią przekształcić prąd z akumulatora na prąd w gniazdku bez wzorca z sieci.

Warto wiedzieć, że wariantów systemu zasilania awaryjnego jest wiele. Niektóre zasilają cały dom, inne tylko wybrany obwód. Niektóre zasilają urządzenia trójfazowe, inne nie. Niektóre są zasilane z paneli fotowoltaicznych, inne nie. Instalacja umożliwiająca przejście na off-grid musi być skrojona na miarę i do tej pracy potrzebujesz porządnego instalatora.

Więcej informacji znajdziesz w artykule o zasilaniu awaryjnym i instalacjach off-grid.

Jak dobrać magazyn energii?

Na podstawie opracowania amerykańskiego instytutu NREL możemy podzielić magazyny energii na “mniej odporne” i “bardziej odporne”, co przedstawiliśmy w poniższej tabelce.

System mniej odporny	System bardziej odporny
Instalacja fotowoltaiczna [kWp] większa niż magazyn energii [kWh]	Magazyn energii [kWh] większy niż instalacja fotowoltaiczna [kWp]
Przykład: Moc fotowoltaiki - 7 kWp Pojemność magazynu - 5 kWh	Przykład: Moc fotowoltaiki - 7 kWp Pojemność magazynu - 20 kWh
Cechy: Koszt ~ 12 000 zł netto Może być akurat pusty w czasie awarii Dobra opcja, jeśli Twoim celem jest tylko autokonsumpcja	Cechy: Koszt ~ 40 000 zł netto Dłuższa żywotność magazynu Zazwyczaj nie wyczerpuje się do zera i pomoże Ci, gdyby zabrakło prądu w sieci Dobra opcja, jeśli zależy Ci na autokonsumpcji i zasilaniu awaryjnym

Stąd jeśli nie postawisz instalatorowi specjalnych wymagań, to zapewne zaproponuje Ci “opcję pośrodku”, czyli 1 kWh baterii na 1 kWp instalacji fotowoltaicznej.

Powiększanie magazynu energii o kolejne kWh ma coraz mniejszy wpływ na średnią autokonsumpcję, stąd mniejsze magazyny szybciej mogą na siebie zarobić. Jednakże większe magazyny pracują wolniej i mniej się zużywają, stąd mają dłuższą przewidywaną żywotność. Dlatego ciężko powiedzieć, która opcja jest bardziej opłacalna.

Jeśli jednak chcesz mieć zasilanie awaryjne, wówczas rozważ większy magazyn energii. Powód jest prosty - mniejszy magazyn energii codziennie ładujesz do pełna i rozładowujesz pod wieczór. Jeśli masz pecha awaria sieci energetycznej może akurat nadejść, gdy magazyn jest rozładowany. Większy akumulator fotowoltaiczny rozwiązuje ten problem.

Żywotność i gwarancja magazynu energii

Magazyny energii to dość delikatne urządzenia, które powoli tracą swoje właściwości, gdy są użytkowane w korzystnych warunkach. Gdy są użytkowane w niekorzystnych, tracą je dużo szybciej. Degradacji podlega przede wszystkim pojemność, chociaż nieznacznie obniża się także sprawność. Starzenie się akumulatora zostało zilustrowane na poniższej grafice.

Gdy ładujesz magazyn, zapełniasz "puste miejsce" energią. W miarę eksploatacji magazyn powoli zapełnia się "kamieniami" i dostępnego miejsca jest coraz mniej.

NREL przewiduje w swoich założeniach finansowych, że po 10 latach użytkowania magazynu energii, pojemność w 20% baterii spadnie do 80%.

Oto ogólne zasady, jakimi warto się kierować, planując miejsce dla magazynu energii.

Jak jednak wynika z badań działania magazynów energii opublikowanych w 2020 r. przez DNV GL, magazyn energii marki A potrafi sporo różnić się od analogicznego produktu marki B - nawet jeśli są podobnie wykonane.] Wynika z tego dość oczywisty wniosek, że jakość wykonania wpływa na żywotność baterii. Nie ma lepszego źródła informacji o jakości wykonania danego produktu,niż jego gwarancja.

Gwarancja na magazyn energii

Producenci opisują gwarancję działania magazynu energii na kilka sposobów. Czasami podają maksymalną ilość lat, czasami maksymalną ilość cyklów, czasami jedno i drugie - wtedy obowiązuje ta gwarancja, która skończy się wcześniej. Niektórzy dają dwie gwarancje, jedną na produkt i drugą na degradację pojemności.
Standardowa gwarancja brzmi obecnie, że magazyn energii zachowa 60-80% swojej pojemności po 10 latach użytkowania, zakładając maksymalnie 1 cykl dziennie.

Podsumowując, magazyn energii nie jest niezbędny do zyskownej instalacji fotowoltaicznej. W związku fotowoltaiki z magazynem energii to panele fotowoltaiczne zarabiają pieniądze. Jednakże magazyn energii spełnia szereg przydatnych funkcji, od zwiększania autokonsumpcji po zasilanie awaryjne.

Źródła:

• David Feldmann, Vignesh Ramasamy, Jal Desai i Robert Margolis, U.S. Solar Photovoltaic System and Energy Storage Cost Benchmarks: Q1 2021, opublikowane przez NREL.
• ITP Renewables, Public Report 11 Lithium-ion Battery Testing
• Statystyki zebrane przez Globenergia, przedstawione na forum Solar+ w Kielcach w luty 2022 roku
• DNV GL Batteries Scorecard 2020