Fotowoltaika pozwala produkować energię elektryczną na potrzeby domu, ale sama instalacja PV nie rozwiązuje problemu różnicy między godzinami produkcji a godzinami największego zużycia prądu. Panele osiągają najwyższą wydajność przede wszystkim w ciągu dnia, podczas gdy wiele gospodarstw domowych najwięcej energii zużywa rano i wieczorem. Magazyn energii może ograniczyć tę rozbieżność, przechowując nadwyżki z instalacji fotowoltaicznej i udostępniając je wtedy, gdy produkcja jest niewystarczająca. Nie oznacza to jednak, że bateria jest automatycznie opłacalnym dodatkiem do każdej mikroinstalacji. Decyzja zależy od profilu zużycia energii, wielkości fotowoltaiki, sposobu rozliczania energii, parametrów magazynu oraz kosztu całego systemu.
Sprawdź ➡ fotowoltaika dla domów!
Jak współpracują fotowoltaika i magazyn energii?
Instalacja fotowoltaiczna produkuje energię wtedy, gdy do modułów dociera odpowiednia ilość promieniowania słonecznego. Energia jest w pierwszej kolejności wykorzystywana przez urządzenia pracujące w domu. Jeżeli chwilowa produkcja przewyższa zapotrzebowanie budynku, powstaje nadwyżka.
W instalacji bez magazynu nadwyżka może zostać oddana do sieci. Wieczorem, w nocy albo podczas pogorszenia pogody gospodarstwo ponownie pobiera energię z sieci elektroenergetycznej. W efekcie nawet dom posiadający instalację PV o rocznej produkcji zbliżonej do swojego rocznego zużycia nie staje się energetycznie samowystarczalny.
Magazyn energii zmienia sposób wykorzystania nadwyżek. Zamiast natychmiast wysyłać niewykorzystaną energię do sieci, system może przeznaczyć ją na ładowanie akumulatora. Energia jest następnie wykorzystywana w późniejszych godzinach, na przykład wieczorem.
Nie należy przy tym utożsamiać magazynu energii z sezonowym przechowywaniem prądu. Domowe baterie są przeznaczone przede wszystkim do przesuwania energii w czasie w obrębie jednej lub kilku dób. Nie są w stanie zachować znacznych nadwyżek z lata do wykorzystania zimą.
Dlaczego sam poziom rocznej produkcji fotowoltaiki nie przesądza o potrzebie magazynu?
Jednym z częstszych błędów przy planowaniu instalacji jest porównywanie wyłącznie rocznej produkcji fotowoltaiki z rocznym zużyciem energii. Z punktu widzenia magazynu znacznie ważniejszy jest profil godzinowy.
Dom może zużywać przykładowo 5000 kWh energii rocznie i posiadać instalację wytwarzającą zbliżoną ilość prądu. Jeżeli jednak większość mieszkańców przebywa poza domem w godzinach 8:00–16:00, znaczna część produkcji PV przypadnie na okres niewielkiego zapotrzebowania. Jednocześnie pobór energii wzrośnie po południu i wieczorem.
W takim przypadku powstaje przestrzeń dla magazynu energii. Zupełnie inaczej wygląda sytuacja w domu, w którym znaczna część energii jest zużywana na bieżąco przez klimatyzację, pompę ciepła, urządzenia pracujące w ciągu dnia albo osoby pracujące zdalnie.
Autokonsumpcja ma większe znaczenie niż sama produkcja
Autokonsumpcja określa, jaka część energii wyprodukowanej przez fotowoltaikę jest wykorzystywana bezpośrednio w gospodarstwie domowym. Im większa autokonsumpcja bez magazynu, tym mniej energii pozostaje do przechowania.
W typowym domu bez odpowiedniego sterowania odbiornikami część produkcji PV jest zużywana bezpośrednio, a pozostałe nadwyżki trafiają do sieci. Rzeczywisty poziom autokonsumpcji może jednak bardzo różnić się pomiędzy gospodarstwami.
Magazyn energii jest przede wszystkim narzędziem służącym do zwiększania autokonsumpcji, a nie do zwiększania produkcji instalacji fotowoltaicznej. Bateria nie sprawia, że panele wyprodukują więcej prądu. Pozwala jedynie większą część już wyprodukowanej energii wykorzystać w obrębie własnego budynku.
Kiedy zakup magazynu energii razem z fotowoltaiką ma największy sens?
Najbardziej korzystna sytuacja występuje wtedy, gdy w gospodarstwie regularnie powstają nadwyżki energii w ciągu dnia, a jednocześnie znaczące zużycie występuje po zachodzie słońca.
Na zasadność zakupu magazynu wpływa przede wszystkim:
- duża różnica między godzinami produkcji i zużycia energii, szczególnie gdy dom jest pusty w południe, a urządzenia elektryczne intensywnie pracują wieczorem;
- regularne nadwyżki z fotowoltaiki, które mogą zostać zgromadzone zamiast natychmiast oddane do sieci;
- wysokie wieczorne i nocne zużycie energii, związane między innymi z ogrzewaniem, klimatyzacją, przygotowaniem ciepłej wody lub innymi odbiornikami;
- możliwość wykorzystania różnic cen energii w czasie, jeżeli gospodarstwo korzysta z taryfy, w której koszt poboru zmienia się zależnie od godziny;
- potrzeba zasilania awaryjnego, jeżeli wybrany system magazynowania i falownik rzeczywiście obsługują pracę wyspową lub wyjście rezerwowe.
Szczególnie istotny jest pierwszy z tych elementów. Jeżeli większość energii wyprodukowanej przez panele i tak jest zużywana natychmiast, bateria będzie miała stosunkowo niewiele energii do przechowywania.
Czy magazyn energii rzeczywiście zwiększa opłacalność fotowoltaiki?
Odpowiedź zależy przede wszystkim od różnicy między wartością energii zużytej z magazynu a wartością energii, która bez baterii zostałaby oddana do sieci.
Jeżeli 1 kWh energii zużytej we własnym domu pozwala uniknąć zakupu prądu po cenie większej niż wartość, którą gospodarstwo uzyskałoby za wysłanie tej samej energii do sieci, zwiększenie autokonsumpcji ma wartość ekonomiczną.
Nie oznacza to jednak, że cała energia skierowana do magazynu zostanie później wykorzystana. Ładowanie i rozładowywanie akumulatora powoduje straty. Część energii jest również zużywana przez elektronikę sterującą.
Jak ocenić wartość jednej kilowatogodziny przechowanej w baterii?
W uproszczeniu korzyść ekonomiczna z wykorzystania magazynu wynika z różnicy pomiędzy kosztem energii, której nie trzeba było kupować z sieci, a przychodem lub wartością rozliczeniową utraconą przez to, że energia nie została wcześniej oddana do sieci.
Trzeba następnie uwzględnić sprawność magazynu. Jeżeli do baterii trafi 5 kWh, nie należy zakładać, że dokładnie 5 kWh wróci później do instalacji domowej.
Największą ekonomiczną wartość ma więc nie samo ładowanie baterii, lecz każda kilowatogodzina, którą dzięki magazynowi rzeczywiście udało się przesunąć z okresu nadprodukcji do okresu drogiego poboru z sieci.
Czy magazyn energii skraca okres zwrotu z fotowoltaiki?
Niekoniecznie. Fotowoltaika bez baterii jest inwestycją prostszą i tańszą. Dodanie magazynu zwiększa koszt początkowy instalacji, dlatego okres zwrotu całego systemu może być dłuższy, nawet jeżeli poziom autokonsumpcji wyraźnie wzrośnie.
Magazyn powinien być więc analizowany jako osobny element ekonomiczny. Warto odpowiedzieć nie tylko na pytanie, ile oszczędności przyniesie fotowoltaika z baterią, lecz także jaka część tych oszczędności wynika konkretnie z dodatkowego magazynu.
Dobrym sposobem oceny jest porównanie dwóch wariantów:
| Wariant | Koszt początkowy | Autokonsumpcja | Zależność od sieci | Zasilanie awaryjne |
|---|---|---|---|---|
| Fotowoltaika bez magazynu | niższy | niższa lub średnia | większa | zazwyczaj brak |
| Fotowoltaika z magazynem | wyższy | potencjalnie wyższa | mniejsza | możliwe przy odpowiedniej konfiguracji |
Dopiero porównanie dodatkowego kosztu baterii z oszczędnościami, jakie bateria generuje w całym przewidywanym okresie eksploatacji, pokazuje ekonomiczną zasadność inwestycji.
Jak dobrać pojemność magazynu energii do domu?
Pojemność magazynu energii podawana jest najczęściej w kilowatogodzinach. Parametru tego nie należy jednak dobierać wyłącznie na podstawie mocy instalacji fotowoltaicznej.
Znacznie ważniejsze jest to, ile nadwyżki energii regularnie pojawia się w ciągu dnia oraz ile energii dom potrzebuje po zakończeniu produkcji PV.
Większy magazyn nie zawsze oznacza większe oszczędności
Przewymiarowana bateria może przez znaczną część roku pozostawać niedoładowana. W takiej sytuacji właściciel ponosi koszt zakupu pojemności, której nie jest w stanie regularnie wykorzystać.
Z kolei zbyt mały magazyn szybko osiąga pełne naładowanie. Kolejne nadwyżki z instalacji są wtedy wysyłane do sieci.
Ekonomicznie najkorzystniejszy magazyn nie jest zwykle największym urządzeniem, jakie można podłączyć do instalacji, lecz takim, które wykonuje dużą liczbę użytecznych cykli i którego pojemność jest regularnie wykorzystywana.
Przykładowo, jeżeli gospodarstwo po zachodzie słońca zużywa przeciętnie 4–6 kWh energii, a instalacja w słoneczne dni bez problemu generuje podobne nadwyżki, magazyn o użytecznej pojemności zbliżonej do tego zapotrzebowania może być bardziej racjonalny niż bateria kilkukrotnie większa.
Pojemność magazynu to nie jedyny parametr, który trzeba sprawdzić
Dwa magazyny o pojemności 10 kWh mogą zachowywać się zupełnie inaczej. Przy wyborze urządzenia należy analizować również moc ładowania i rozładowywania.
Pojemność określa ilość energii, którą można przechować. Moc, podawana w kilowatach, określa natomiast, jak duże chwilowe obciążenie może obsłużyć bateria.
Magazyn o pojemności 10 kWh i maksymalnej mocy wyjściowej 2,5 kW może posiadać wystarczającą ilość energii na kilka godzin pracy domu, ale nie będzie w stanie samodzielnie zasilać jednocześnie urządzeń pobierających łącznie 6 kW.
Użyteczna pojemność, sprawność i liczba cykli
Przy porównywaniu urządzeń warto odróżnić pojemność nominalną od pojemności użytecznej. System zarządzania baterią może celowo ograniczać zakres ładowania i rozładowywania, aby chronić ogniwa.
Istotna jest także sprawność całego cyklu, czyli relacja między energią pobraną później z magazynu a energią wcześniej wykorzystaną do jego ładowania.
Kolejnym parametrem jest trwałość. Producenci mogą określać ją za pomocą liczby cykli, okresu gwarancji lub gwarantowanej pozostałej pojemności po określonym czasie eksploatacji. Parametry te należy analizować łącznie, ponieważ bateria jest urządzeniem ulegającym stopniowej degradacji.
Czy warto kupować magazyn od razu, jeśli fotowoltaika dopiero powstaje?
Zakup fotowoltaiki i magazynu jako jednego systemu ma kilka praktycznych zalet. Od początku można dobrać falownik, automatykę, zabezpieczenia i sposób komunikacji tak, aby wszystkie elementy były ze sobą kompatybilne.
Może również zmniejszyć się zakres późniejszych prac instalacyjnych. Dotyczy to szczególnie systemów, w których bateria współpracuje bezpośrednio z falownikiem hybrydowym.
Nie oznacza to jednak, że każdy inwestor powinien od razu finansować magazyn.
Jeżeli budżet jest ograniczony, a profil zużycia energii nie jest jeszcze dobrze znany, rozsądnym rozwiązaniem może być wykonanie instalacji przygotowanej do późniejszej rozbudowy.
Fotowoltaika „battery ready” może być rozwiązaniem pośrednim
W takim wariancie już na etapie montażu PV wybiera się falownik lub architekturę systemu umożliwiającą stosunkowo łatwe podłączenie kompatybilnego magazynu w przyszłości.
Trzeba jednak dokładnie sprawdzić, co producent rozumie pod pojęciem gotowości do współpracy z baterią. Sama obecność falownika hybrydowego nie zawsze oznacza możliwość zastosowania dowolnego magazynu. Systemy mogą wymagać baterii określonej marki, zakresu napięcia lub konkretnego protokołu komunikacyjnego.
Jeżeli inwestor przewiduje montaż magazynu w kolejnych latach, kompatybilność przyszłej baterii powinna zostać uwzględniona już podczas wyboru falownika.
Czy magazyn energii zapewni prąd podczas awarii sieci?
To jeden z obszarów, w których najłatwiej o błędne założenia. Sam fakt posiadania fotowoltaiki i baterii nie oznacza automatycznie, że dom będzie zasilany podczas przerwy w dostawie energii.
Standardowa instalacja sieciowa musi odłączyć się od sieci w przypadku zaniku napięcia. Jest to wymagane między innymi ze względów bezpieczeństwa.
Aby bateria mogła zasilać dom podczas awarii, potrzebny jest odpowiednio zaprojektowany układ z funkcją zasilania rezerwowego. W zależności od urządzenia może być to wyjście EPS, backup lub pełna możliwość pracy wyspowej.
Znaczenie ma również moc dostępna w trybie awaryjnym. Niektóre systemy zasilają tylko wybrany obwód, na przykład lodówkę, oświetlenie, router i automatykę domową. Inne mogą zasilać większą część instalacji.
Jeżeli bezpieczeństwo energetyczne jest jednym z głównych powodów zakupu magazynu, funkcję tę należy uwzględnić na etapie projektowania instalacji, a nie dopiero po montażu urządzeń.
Magazyn energii a pompa ciepła i samochód elektryczny
Duże odbiorniki mogą zarówno zwiększać sens magazynu, jak i ograniczać jego potrzebę. Wszystko zależy od sposobu sterowania.
Pompa ciepła może w ciągu dnia wykorzystać część produkcji PV bezpośrednio, na przykład poprzez zwiększenie temperatury w zasobniku ciepłej wody. W takim przypadku sam budynek i instalacja grzewcza częściowo pełnią funkcję magazynu energii w postaci ciepła.
Podobnie samochód elektryczny ładowany w godzinach największej produkcji może pochłaniać znaczną część nadwyżek PV bez konieczności kierowania ich najpierw do baterii stacjonarnej.
Sytuacja jest odwrotna, gdy samochód wraca do domu dopiero wieczorem. Wtedy energia wyprodukowana w południe nie może zostać wykorzystana bezpośrednio do jego ładowania, co zwiększa potencjalną rolę magazynu.
Nie zawsze opłaca się jednak przechowywać energię najpierw w baterii domowej, a następnie przenosić ją do akumulatora samochodu. Każda dodatkowa konwersja wiąże się ze stratami, a stacjonarny magazyn posiada ograniczoną liczbę cykli.
Kiedy lepiej najpierw zwiększyć autokonsumpcję bez kupowania baterii?
Przed zakupem magazynu warto sprawdzić, czy część nadwyżek można wykorzystać poprzez odpowiednie sterowanie odbiornikami. Jest to szczególnie istotne, ponieważ przesunięcie pracy urządzenia na godziny produkcji PV nie wymaga przechowywania energii i związanych z tym strat.
Możliwości obejmują:
- programowanie pracy pralki, zmywarki i innych urządzeń na godziny słoneczne;
- sterowanie przygotowaniem ciepłej wody użytkowej;
- zwiększanie wykorzystania pompy ciepła lub klimatyzacji w okresach wysokiej produkcji;
- ładowanie samochodu elektrycznego z wykorzystaniem nadwyżki fotowoltaicznej;
- zastosowanie systemu zarządzania energią, który automatycznie steruje wybranymi odbiornikami.
Takie rozwiązania mogą być znacznie tańsze od magazynu. Nie eliminują jednak jego roli, jeśli znaczna część zapotrzebowania występuje w godzinach, w których nie można przenieść pracy urządzeń.
Przykładowy sposób oceny magazynu energii dla domu
Załóżmy, że dom posiada instalację fotowoltaiczną o mocy około 6 kWp. W polskich warunkach rzeczywista roczna produkcja zależy między innymi od lokalizacji, orientacji modułów, kąta nachylenia, zacienienia i sprawności instalacji, dlatego nie należy określać jej wyłącznie na podstawie mocy nominalnej.
Jeżeli monitoring pokaże, że od wiosny do jesieni regularnie powstaje w ciągu dnia 5–8 kWh nadwyżki, a pomiędzy późnym popołudniem a kolejnym rankiem dom pobiera z sieci około 5 kWh, warunki do wykorzystania magazynu są stosunkowo dobre.
Jeżeli jednak nadwyżka wynosi zazwyczaj tylko 1–2 kWh, montaż baterii o użytecznej pojemności 10 kWh może oznaczać, że znaczna część jej potencjału pozostanie niewykorzystana.
Jeszcze inny wynik otrzymamy w domu, który już bez magazynu zużywa znaczną część produkcji PV na bieżąco. Wtedy bateria może zwiększyć autokonsumpcję, ale liczba dodatkowo przesuniętych kilowatogodzin będzie mniejsza.
Czy najpierw zamontować fotowoltaikę i dopiero później zdecydować o magazynie?
Taka strategia ma istotną zaletę: pozwala podjąć decyzję na podstawie rzeczywistych danych z własnego domu.
Po kilku lub kilkunastu miesiącach pracy instalacji można przeanalizować profil produkcji, poboru i oddawania energii. Znacznie łatwiej jest wtedy określić, ile energii rzeczywiście można byłoby przesuwać za pomocą baterii.
Problem pojawia się wtedy, gdy pierwotnie zamontowany falownik lub konstrukcja systemu nie została przygotowana do współpracy z magazynem. Rozbudowa może wymagać dodatkowych urządzeń, zmian w instalacji albo zastosowania innego sposobu podłączenia baterii.
Dlatego brak magazynu na początku nie musi oznaczać braku przygotowania do jego montażu w przyszłości.
Od czego zależy okres zwrotu magazynu energii?
Nie istnieje jeden uniwersalny okres zwrotu odpowiedni dla każdego gospodarstwa. Wynik zależy od ceny baterii, jej wykorzystania i różnicy pomiędzy wartością energii pobieranej i oddawanej do sieci.
Znaczenie mają również zmiany cen energii, sposób rozliczeń, degradacja ogniw, sprawność systemu, koszty finansowania inwestycji oraz ewentualne wsparcie inwestycyjne.
Analiza powinna obejmować cały przewidywany okres eksploatacji urządzenia. Nie należy zakładać, że obecna pojemność baterii pozostanie niezmieniona przez cały czas jej użytkowania.
Warto również rozdzielić korzyść finansową od pozostałych korzyści. Dla właściciela domu, który szczególnie ceni możliwość podtrzymania zasilania podczas awarii, magazyn może mieć znaczną wartość użytkową nawet wtedy, gdy jego prosty okres zwrotu jest dłuższy niż w przypadku samych paneli.
W jakiej sytuacji magazyn energii może się nie opłacać?
Zakup baterii jest mniej uzasadniony przede wszystkim wtedy, gdy instalacja PV prawie nie generuje nadwyżek. Dotyczy to zarówno zbyt małej fotowoltaiki, jak i gospodarstw o wysokim zużyciu w ciągu dnia.
Problematyczne jest również znaczne przewymiarowanie magazynu. Bateria, która przez większość czasu wykorzystuje niewielką część swojej pojemności, zamraża kapitał bez proporcjonalnego zwiększenia oszczędności.
Wątpliwości powinien wzbudzić także dobór magazynu wyłącznie według prostego przelicznika typu „1 kWh baterii na 1 kWp fotowoltaiki”. Moc instalacji może być punktem odniesienia, ale nie zastępuje analizy rzeczywistych przepływów energii.
Jak podjąć decyzję przed montażem?
Najlepszą podstawą do doboru magazynu są możliwie dokładne dane dotyczące zużycia energii. Jeżeli dostępne są pomiary godzinowe lub jeszcze bardziej szczegółowe, można zestawić je z przewidywanym profilem produkcji fotowoltaiki.
W przypadku domu istniejącego warto przeanalizować faktury i dane z licznika. Przy nowym budynku konieczne jest oszacowanie zużycia z uwzględnieniem ogrzewania, przygotowania ciepłej wody, klimatyzacji, samochodu elektrycznego i planowanych zmian stylu życia.
Następnie należy przygotować co najmniej dwa warianty: fotowoltaikę bez magazynu oraz system z baterią o racjonalnie dobranej pojemności. Dobrze wykonana symulacja powinna pokazywać nie tylko roczną produkcję PV, ale również ilość energii zużywanej bezpośrednio, ładowanej do baterii, pobieranej z magazynu, kupowanej z sieci i wysyłanej do sieci.
Decyzję o magazynie najlepiej opierać na bilansie godzinowym energii, a nie wyłącznie na wysokości rachunku za prąd lub mocy instalacji PV.
Fotowoltaika z magazynem energii – kiedy warto zdecydować się na taki system?
Magazyn energii może być bardzo dobrym uzupełnieniem domowej instalacji fotowoltaicznej, ale nie powinien być traktowany jako obowiązkowy element każdego systemu PV. Największą wartość daje w domach, w których regularnie występują duże nadwyżki produkcji w ciągu dnia oraz znaczące zużycie energii po zakończeniu pracy paneli.
Zakup baterii od razu razem z fotowoltaiką jest szczególnie uzasadniony, gdy profil zużycia jest dobrze znany, planowana instalacja będzie generowała odpowiednie nadwyżki, a inwestor oczekuje większej autokonsumpcji lub zasilania rezerwowego. Jeżeli trudno jeszcze określić przyszłe zużycie albo budżet jest ograniczony, racjonalnym rozwiązaniem może być wykonanie instalacji przygotowanej do późniejszego montażu magazynu.
Najważniejsze jest odpowiednie dopasowanie urządzenia. Zbyt duży magazyn nie musi przynosić większych oszczędności, podobnie jak wysoka moc fotowoltaiki nie oznacza automatycznie konieczności zakupu baterii. O opłacalności decyduje przede wszystkim to, jak często i w jakim stopniu zgromadzona energia będzie rzeczywiście wykorzystywana.
