Domowy magazyn energii – jak podnieść zyski z instalacji fotowoltaicznej?

Instalacja fotowoltaiczna (w skrócie PV) to specjalny rodzaj instalacji elektrycznej, która wytwarza prąd wykorzystany do zasilenia różnych urządzeń w domu. Podstawowym i najlepiej widocznym elementem instalacji są panele fotowoltaiczne zwane modułami. Składają się one z pojedynczych ogniw krzemowych. Padające na nie światło słoneczne uwalnia elektrony, które zaczynają się przemieszczać. Panele stają się generatorami prądu o stałym napięciu DC. Moduły układa się szeregowo jeden za drugim, aby zwiększyć wartość napięcia, a następnie równolegle w łańcuchy (stringi), co pozwala podnieść wartość prądu, przez nie płynącego. Dzięki temu uzyskuje się optymalne warunki pracy dla małej przydomowej elektrowni.

Zamiana energii DC na AC – inwerter fotowoltaiczny

Panele fotowoltaiczne produkują prąd stały, a w zamontowanych w domu gniazdkach korzystamy z prądu zmiennego AC. Zamiany DC na AC dokonuje inwerter zwany często falownikiem. Inwerter dobierany jest ze względu na moc instalacji fotowoltaicznej. Rozróżniamy trzy typy inwerterów:

• sieciowe, współpracujące z siecią elektroenergetyczną (on-grid);
• pracujące autonomicznie (off-grid);
• hybrydowe, mogące pracować z siecią i z magazynem energii (hybrid).

Domowe magazyny energii wymagają stosowania inwerterów hybrydowych.

Bezpieczna instalacja czyli zabezpieczenia i okablowanie 

Rozdzielnica DC do PV EiA Pro

W instalacji PV mogą powstać podobne usterki, jak w typowej instalacji elektrycznej: zwarcia, przeciążenia, porażenie prądem, wyładowanie piorunowe, pożar. Różnica polega na tym, że wygaszenie prądu DC jest trudniejsze, dlatego niezbędne są następujące zabezpieczenia:

• zabezpieczenie zwarciowe i przeciążeniowe – podstawy z wkładkami topikowymi lub wyłączniki automatyczne. Łatwiejsze w eksploatacji są zabezpieczenia automatyczne;
• ogranicznik przepięć chroniący przed wyładowaniem piorunowym i przepięciami;
• rozdzielnica elektryczna dostosowana do pracy z napięciem stałym DC;
• przewody elektryczne dopasowane do napięcia stałego DC;
• kompatybilne złącza MC4 tego samego producenta. Niekompatybilne złącza nagrzewają się i są najczęstszym źródłem pożarów instalacji PV wg. Stowarzyszenia Branży Fotowoltaicznej (SBF).

Na koniec 2023 roku w Polsce było ponad 1,4 miliona instalacji prosumenckich, z czego 99% to instalacje fotowoltaiczne. W ciągu pięciu lat dzięki programom wsparcia realizowanym przez NFOŚiGW takim, jak „Mój Prąd” czy ulga termomodernizacyjna, w przybliżeniu co piąty dom jednorodzinny wyposażony jest w panele PV zamontowane na dachu.

Stary system rozliczeń net-metering tzw. opustów 

Wszystkie instalacje powstałe do marca 2022 roku funkcjonują w systemie opustów zwanym również net-meteringiem. Ten sposób rozliczeń zakłada, że prosument, a więc osoba produkująca energię z instalacji fotowoltaicznej, żużywa ją na własne potrzeby, a nadwyżkę przesyła do sieci energetycznej. W momencie kiedy produkcja własna nie wystarcza na pokrycie własnych potrzeb (np. w nocy lub w miesiącach zimowych), 80% energii oddanej do sieci można odebrać i zużyć. Innymi słowy operator pobiera opłatę wynoszącą 20% oddanej nadwyżki energii, a sieć energetyczna jest swoistym magazynem energii dla prosumentów.

Nowy system rozliczeń net-billing 

W systemie net-billing energia wyprodukowana przez instalację fotowoltaiczną i oddana do sieci przeliczna jest na złotówki i trafia do depozytu konsumenckiego na indywidulane konto prosumenta prowadzone przez sprzedawcę energii. Prosument korzysta z oddanej energii przez cały rok, wykorzystując w pierwszej kolejności tę oddaną najwcześniej. Jeśli na koniec roku coś zostanie w depozycie, 20% tej pozostałości jest wypłacane prosumentowi. Od razu widać, że nie opłaca się zakładać przewymiarowanej instalacji, kiedy tylko 20% jest oddawane po 12 miesiącach.

• Cena sprzedaży prądu. Od 30.06.2022 r. oddana energia przeliczana jest po średniej cenie miesięcznej, którą to publikują Polskie Siecie Elektroenergetyczne (PSE). Od 1 lipca 2024 r. miesięczne przeliczanie zmieni się na rozliczanie godzinowe. Do ceny podawanej przez PSE należy jeszcze doliczyć opłatę za dystrybucję.
• Cena zakupu prądu. Taryfy ustala prezes Urzędu Regulacji Energetyki (URE), ogłaszając ich wartości maksymalne. Przypomnijmy, że w ostatnich latach mieliśmy do czynienia z zamrożonymi cenami energii, więc cena zakupu była relatywnie niska dla wszystkich mieszkańców naszego kraju.

Dlaczego instalacja fotowoltaiczna w systemie net-billing może przestać być opłacalna?

Rozliczenie miesięczne, a później godzinne jest niekorzystne ponieważ inwestor nie jest w stanie przewidzieć cen prądu. Urynkowienie taryf energii elektrycznej powoduje, że sprzedaż może odbywać się po bardzo niskich cenach. Przykładowo w słonecznie dni duże farmy fotowoltaiczne będą produkować energię w tym samym czasie co mikroinstalacji przysłowiowego „Kowalskiego”, a duża podaż przy rozliczeniach godzinowych będzie oznaczać niższą cenę sprzedaży. Innymi słowy system net-billing promuje autokonsumpcję, czyli jak największe zużycie wyprodukowanego prądu na własne potrzeby, bo sprzedaż przestanie być opłacalna. Bezpośrednią konsekwencją zmian jest wydłużenie czasu amortyzacji inwestycji, co hamuje rozwój mikroinstalacji. Oczywiście można próbować zwiększyć własne zużycie, aby nie sprzedawać energii w szczycie podażowym, gdy jest najtańsza. Jednak bez magazynu energii i systemu zarządzania BMS ręczne sterowanie jest dla większości osób nieosiągalne. Aplikacja „Energetyczny Kompas” autorstwa PSE w słoneczne dni zaleca zwiększenie zużycia energii w godzinach 12.00-16.00, kiedy większość prosumentów jest poza domem.

Co to jest magazyn energii? 

To urządzenie lub grupa urządzeń, których zadaniem jest przechowanie energii elektrycznej, aby móc ją wykorzystać w momencie zwiększonego zapotrzebowania. Wszystkim znane od dawna baterie do telefonów czy laptopów lub też akumulatory samochodowe, to nic innego, jak właśnie magazyny energii. Z racji tego, że o domowych magazynach energii mówimy w kontekście instalacji fotowoltaicznych, to ich rolą będzie przede wszystkim przechować nadwyżkę energii wyprodukowaną przez instalację PV. Co istotne produkuje ona najwięcej energii w ciągu dnia podczas nieobecności domowników, zaś gospodarstwa domowe zużywają najwięcej energii późnym popołudniem i wieczorem.

Magazyn energii w systemie net-billing pozwala zgromadzić energię elektryczną wyprodukowaną z instalacji fotowoltaicznej w ciągu dnia przy wysokiej podaży i niskich cenach, a następnie oddać ją do sieci w popołudniowym szczycie, kiedy energia jest droga i opłaca się ją sprzedać lub zużyć na potrzeby własne. Ponadto magazyn działając jako duża bateria, chroni też instalację przez chwilowymi zanikami energii z sieci, lub w przypadku awarii zasilania ze względu na żywioły, jest generatorem i źródłem zasilania. W ostatnich latach, gdzie ryzyko tzw. blackoutu w okresie letnim przy dużej niewydolności państwowych sieci przesyłowych, możliwość skorzystania z domowego powerbanku wydaje się rozsądnym podejściem. Ponadto samo posiadanie magazynu energii przy odmowie podłączenia do sieci instalacji fotowoltaicznej, pozwala na skuteczne wykorzystanie produkowanej energii w momencie, kiedy jest ona faktycznie potrzebna. Rosnące ceny energii elektrycznej również są argumentem przemawiającym za takimi rozwiązaniami.

Co do technologii samych magazynów, to na potrzeby własne gospodarstw domowych najlepiej sprawdzają się rozwiązania akumulatorowe – bateryjne, łącząc małe gabaryty i efektywność pracy.

Popularne scenariusze użytkowania magazynu energii 

• Zużycie własne. W tym trybie magazyn energii wspomaga pracę systemu PV, gdy jego produkcja jest niewystarczająca do pokrycia zapotrzebowania instalacji elektrycznej. Celem takiego działania jest minimalizacja zakupów energii z sieci, aby obniżyć rachunki za prąd. Jest to jednocześnie najpopularniejszy i najprostszy tryb pracy, ale niekoniecznie zapewnia on największe zyski z działania fotowoltaiki.
• Zasilanie gwarantowane. W tym scenariuszu produkcja energii z instalacji fotowoltaicznej oraz energia pochodząca z sieci elektrycznej są wykorzystywane na co dzień. Bateria magazynu pracuje wyłącznie po zaniku zasilania tzw.blackout’u i gdy produkcja z systemu PV jest niewystarczająca (noc, zachmurzenie, okres jesień–zima). Ten tryb ma na celu oszczędzanie baterii magazynu i wykorzystywanie jej tylko, gdy jest to niezbędne.
• Load shifting (LS) - przesunięcie zapotrzebowania. Magazyn energii jest ładowany w okresach przed i po szczycie zapotrzebowania na prąd. Rozładowywany jest zaś w szczycie zapotrzebowania, aby ograniczyć kupowanie energii z sieci w momencie, gdy jest ona najdroższa. Jednak nie każdy rodzaj zapotrzebowania na prąd możemy przesunąć. Przykładowo zimą elektryczne systemy ogrzewania (kocioł, pompa ciepła, grzałki itp.) powinny pracować stale, aby utrzymać żądaną temperaturę w domu. Natomiast pranie czy odkurzanie może być realizowane w różnych porach dnia, z ominięciem pory szczytowego zapotrzebowania.
• Peak shaving (PS) – wygładzanie profilu zapotrzebowania. Magazyn energii jest ładowany poza porą szczytu. W tym trybie w szczycie zapotrzebowania na prąd albo ograniczamy jego zużycie albo czerpiemy go z instalacji fotowoltaicznej wspieranej magazynem energii bądź korzystamy z samego magazynu. Podobnie jak w przypadku LS, nie zawsze mamy możliwość ograniczenia zapotrzebowania na energię – wtedy z pomocą przychodzi właśnie magazyn energii z odpowiednią pojemnością.

Uwaga! W domach zazwyczaj spotykamy się ze strategią LS (nie dochodzi tu . do ograniczenia zapotrzebowania na energię elektryczną przez prosumentów). Wiele czynności wymagających dopływu prądu i powodujących jego zużycie, jak pranie, odkurzanie, gotowanie, prasowanie, czy zmywanie może być bowiem wykonywane poza godzinami szczytu. Natomiast potrzeby związane z ogrzewaniem czy oświetleniem już niekoniecznie można realizować w ten sposób.

Czym się różni moc od pojemności magazynu energii?

Moc magazynów energii podawana jest w kilowatach (kW) i oznacza, ile mocy naraz magazyn może oddać. Pojemność wyrażana w kilowatogodzinach (kWh) oznacza ilość energii zgromadzoną w baterii. Zależność między tymi parametrami wygląda następująco: moc (kW) x czas (godz.) = pojemność (kWh)

Przykładowo magazyn o mocy 5kW i pojemności 15 kWh może pracować z pełną mocą do 3 godzin, po czym się rozładuje (15 : 5 = 3 h).

Na co zwrócić uwagę wybierając magazyn energii? 

stock-photo--d-rendering-home-garage-with-ev-charger-and-energy-storage-system-2393322855

Dokonując wyboru konkretnego modelu najlepiej zdać się na doradztwo specjalisty, dokonującego montażu systemu PV w naszym domu. Warto jednak sprawdzić i porównać kilka parametrów:

• pojemność akumulatora (wyrażona w kWh) określa, ile energii otrzymamy z naładowanego akumulatora. Dla potrzeb domowych jego moc wynosi najczęściej między 3 a 15 kWh. W trybach pracy peak shaving i load shifting odpowiednio większa pojemność może być pożądana;
• technologia akumulatorowa – najczęściej stosowane są baterie kwasowo-ołowiowe lub litowo-jonowe. Te drugie ze względu na coraz lepszą wydajność i mniejszą wagę, są coraz popularniejsze i warto je rozważyć;
• ilość cykli ładowania – oznacza ilość pełnych ładowań i rozładowań akumulatora. Przykładowo dla akumulatorów litowo-jonowych, to około 10 000 cykli, rozłożonych na okres nawet do 8 lat;
• gabaryty i warunki eksploatacji - w domach jednorodzinnych najczęściej magazyn umieszcza się w garażu lub piwnicy. Co ważne jest tam zwykle wystarczająco miejsca na jego montaż i zapewniona odpowiednia temperatura (nie powinna być ujemna).
• gwarancja – okres trwania i wymogi związane z okresowym serwisem.

Uwaga! Warto, aby firma, która będzie montowała w naszym domu magazyn energii była autoryzowanym partnerem producenta lub dystrybutora i posiadała świadectwo kwalifikacyjne np. SEP w zakresie instalacji tego typu urządzeń.

Koszt i finansowanie magazynów energii (śródtytuł)

Na koszty związane z zakupem i montażem magazynu energii największy wpływ ma jego moc oraz pojemność, a także warunki jego przyłączenia (czyli gdzie zostanie umieszczony, jakie są możliwości podłączenia do istniejącej instalacji elektrycznej, jak będą prowadzone przewody, itp.). Duże znaczenie ma również to czy magazyn ma wbudowany falownik hybrydowy, czy też trzeba go osobno dokupić.

Biorąc pod uwagę magazyn o pojemności 3-10 kWh należy liczyć się z wydatkiem od 10 000 zł w górę. Obecnie można zaobserwować spadek cen ze względu na niższe ceny baterii, które są najdroższym elementem magazynu energii.

Istotne jest także to, iż polski rząd projektując nową edycję programu „Mój Prąd”, ma wziąć pod uwagę dofinansowanie domowych magazynów energii, co nie tylko spopularyzuje tego typu rozwiązanie, ale również przyczyni się obniżenia cen na naszym rynku.