Czy większy magazyn energii zawsze oznacza większe oszczędności?
Magazyn energii pozwala przechowywać nadwyżki energii elektrycznej i wykorzystywać je w momencie, gdy bieżąca produkcja instalacji fotowoltaicznej jest niewystarczająca albo gdy zakup energii z sieci jest mniej opłacalny. Z tego powodu może się wydawać, że im większa pojemność akumulatora, tym większe będą oszczędności. W praktyce zależność ta nie jest jednak liniowa. Zbyt mały magazyn ogranicza możliwość wykorzystania nadwyżek, natomiast zbyt duży może przez znaczną część roku pozostawać niewykorzystany, podnosząc koszt całej inwestycji bez proporcjonalnego wzrostu korzyści finansowych.
Aby ocenić opłacalność magazynu energii, trzeba więc spojrzeć nie tylko na jego pojemność, lecz także na profil zużycia energii w budynku, wielkość instalacji fotowoltaicznej, ilość powstających nadwyżek, sposób rozliczania energii z siecią oraz parametry techniczne samego urządzenia.
Sprawdź ➡ magazyny energii!
Od czego zależą oszczędności uzyskiwane dzięki magazynowi energii?
Podstawową funkcją domowego magazynu energii współpracującego z fotowoltaiką jest zwiększenie autokonsumpcji. Energia wyprodukowana przez moduły PV w ciągu dnia może zostać zgromadzona w akumulatorze, a następnie wykorzystana wieczorem, w nocy lub podczas chwilowego spadku produkcji.
Ekonomiczna wartość magazynowania wynika przede wszystkim z różnicy pomiędzy wartością energii oddawanej do sieci a kosztem energii, której później nie trzeba z tej sieci kupować. Jeżeli właściciel instalacji może przechować kilowatogodzinę energii i wykorzystać ją później zamiast kupować energię z sieci, powstaje potencjalna oszczędność. Trzeba jednak uwzględnić straty występujące podczas ładowania i rozładowywania akumulatora.
Na rzeczywistą skalę oszczędności wpływają przede wszystkim:
- wielkość i profil produkcji instalacji fotowoltaicznej,
- dobowe oraz sezonowe zużycie energii w budynku,
- ilość energii zużywanej bezpośrednio w czasie jej produkcji,
- wielkość nadwyżek kierowanych do sieci,
- pojemność użytkowa i sprawność magazynu,
- moc ładowania i rozładowania,
- sposób rozliczania energii pobieranej i oddawanej do sieci,
- zmienność cen energii,
- sposób sterowania magazynem,
- koszt zakupu, montażu i ewentualnej rozbudowy systemu.
Sam wzrost pojemności akumulatora nie gwarantuje więc proporcjonalnego wzrostu oszczędności. Najważniejsze jest to, ile dodatkowej energii większy magazyn będzie rzeczywiście w stanie przechować i później wykorzystać.
Dlaczego większy magazyn energii nie zawsze jest bardziej opłacalny?
Każda kolejna kilowatogodzina pojemności ma ekonomiczny sens tylko wtedy, gdy jest regularnie wykorzystywana. Jeżeli magazyn o pojemności 10 kWh przez większość dni jest ładowany jedynie do połowy, zwiększenie pojemności do 15 czy 20 kWh może mieć niewielki wpływ na rachunki za energię.
Zjawisko to można określić jako malejącą korzyść z kolejnych jednostek pojemności. Pierwsze kilka kilowatogodzin magazynu może być intensywnie wykorzystywane niemal każdego dnia, natomiast dalsza pojemność może być potrzebna wyłącznie w okresach szczególnie wysokiej produkcji.
Pojemność, której nie można naładować, nie generuje oszczędności
Magazyn energii musi mieć dostęp do odpowiedniej ilości nadwyżek. Jeżeli instalacja fotowoltaiczna produkuje w danym dniu jedynie 4 kWh energii ponad bieżące zapotrzebowanie budynku, nie będzie w stanie naładować 15-kilowatogodzinnego akumulatora wyłącznie tą nadwyżką.
Problem jest szczególnie widoczny zimą. Produkcja fotowoltaiki w Polsce jest silnie sezonowa, dlatego magazyn dobrany do wysokiej produkcji letniej może być wykorzystywany w niewielkim stopniu w miesiącach o małym nasłonecznieniu.
Zmagazynowaną energię trzeba również zużyć
Drugim ograniczeniem jest zapotrzebowanie budynku po zakończeniu produkcji fotowoltaicznej. Jeżeli od wieczora do rana gospodarstwo domowe zużywa przeciętnie 5 kWh, magazyn dostarczający 10 czy 15 kWh energii może nie zostać całkowicie rozładowany.
Niewykorzystana energia pozostaje wtedy w akumulatorze do kolejnego dnia. Jeżeli rano magazyn nadal jest częściowo naładowany, zmniejsza się jego zdolność do przyjęcia kolejnej nadwyżki z instalacji PV.
Efektywna praca magazynu wymaga więc zarówno możliwości jego naładowania, jak i późniejszego rozładowania w sposób, który zastępuje zakup energii z sieci.
Jak dobrać pojemność magazynu energii do fotowoltaiki?
Dobór magazynu nie powinien polegać na zastosowaniu prostego przelicznika, według którego do określonej mocy instalacji PV zawsze przypisuje się konkretną pojemność akumulatora. Dwie nieruchomości posiadające instalacje o tej samej mocy mogą mieć zupełnie różne profile energetyczne.
Znacznie bardziej miarodajna jest analiza danych dotyczących produkcji oraz zużycia energii w możliwie krótkich odstępach czasu. Pozwala ona ustalić, kiedy powstają nadwyżki, jaka jest ich wielkość i ile energii można następnie wykorzystać poza godzinami produkcji fotowoltaiki.
Znaczenie dobowego profilu zużycia energii
Gospodarstwo domowe, w którym znaczna część energii zużywana jest wieczorem i w nocy, może uzyskać większe korzyści z magazynu niż budynek o podobnym rocznym zużyciu, ale wysokiej autokonsumpcji w ciągu dnia.
Przykładowo osoby pracujące poza domem mogą w ciągu dnia zużywać stosunkowo mało energii. Fotowoltaika wytwarza wtedy nadwyżkę, którą można przechować i wykorzystać po powrocie mieszkańców.
Inaczej wygląda sytuacja w domu, w którym przez cały dzień pracują urządzenia elektryczne, pompa ciepła, klimatyzacja lub sprzęt wykorzystywany w ramach pracy zdalnej. Większa część produkcji fotowoltaicznej może zostać skonsumowana bezpośrednio, przez co mniej energii pozostaje do magazynowania.
Pojemność nominalna a pojemność użytkowa
Przy porównywaniu magazynów energii należy rozróżniać pojemność nominalną od użytkowej. Pojemność nominalna określa całkowitą ilość energii, jaką teoretycznie może zgromadzić akumulator. Pojemność użytkowa informuje natomiast, jaka część tej energii jest rzeczywiście dostępna w normalnym zakresie pracy urządzenia.
Jeżeli producent podaje magazyn o pojemności nominalnej 10 kWh, nie oznacza to automatycznie, że użytkownik zawsze będzie mógł wykorzystać pełne 10 kWh. Zakres pracy zależy między innymi od technologii baterii, ustawień systemu zarządzania akumulatorem oraz pozostawionej rezerwy.
W analizie ekonomicznej znacznie ważniejsza jest pojemność użytkowa niż sama wartość nominalna podawana w nazwie urządzenia.
Czy magazyn energii powinien pomieścić wszystkie nadwyżki z fotowoltaiki?
Nie zawsze. Projektowanie systemu w taki sposób, aby magazyn był w stanie przejąć każdą możliwą nadwyżkę nawet w najbardziej słoneczny dzień roku, może prowadzić do jego przewymiarowania.
Największe nadwyżki występują zwykle w określonych okresach i nie muszą być reprezentatywne dla całego roku. Budowanie systemu pod kilka wyjątkowych dni może oznaczać zakup dodatkowej pojemności, która przez pozostałą część czasu będzie wykorzystywana sporadycznie.
Bardziej ekonomiczne podejście polega na znalezieniu kompromisu między ilością energii pozostającą niewykorzystaną a kosztem dodatkowej pojemności. Czasami bardziej opłaca się oddać część najwyższych letnich nadwyżek do sieci niż inwestować w baterię wykorzystywaną w pełni jedynie przez niewielką część roku.
Przykład: magazyn 5, 10 czy 15 kWh?
Załóżmy uproszczony przypadek gospodarstwa domowego, w którym przeciętna nadwyżka energii z fotowoltaiki w słoneczny dzień wynosi około 8 kWh, natomiast zużycie po zakończeniu produkcji PV wynosi około 6 kWh.
Magazyn o pojemności użytkowej 5 kWh może w takim przypadku być niemal codziennie całkowicie ładowany i rozładowywany. Zwiększenie pojemności do około 7–8 kWh może pozwolić przejąć większą część nadwyżek, jednak wykorzystanie całej zgromadzonej energii tego samego dnia nie zawsze będzie możliwe.
Magazyn o pojemności 15 kWh może natomiast przez większość dni pozostawać częściowo pusty, ponieważ instalacja nie dostarczy wystarczającej ilości nadwyżek, lub częściowo naładowany, ponieważ gospodarstwo nie będzie potrzebowało całej zgromadzonej energii.
| Pojemność użytkowa magazynu | Możliwe wykorzystanie w przykładowym gospodarstwie | Ryzyko niewykorzystanej pojemności |
|---|---|---|
| 5 kWh | wysokie | niewielkie |
| 10 kWh | średnie lub wysokie | umiarkowane |
| 15 kWh | często częściowe | wysokie |
Przykład ma charakter poglądowy. W rzeczywistej instalacji wyniki mogą być zupełnie inne, ponieważ zależą od profilu produkcji i zużycia w poszczególnych godzinach, a nie jedynie od wartości średnich.
Jak sprawność magazynu wpływa na oszczędności?
Magazynowanie energii wiąże się ze stratami. Energia przechodząca przez falownik, układ ładowania, akumulator i ponownie układ przekształcający nie jest odzyskiwana w stu procentach.
W praktyce do oceny systemu wykorzystuje się między innymi sprawność pełnego cyklu, określaną często jako round-trip efficiency. Jeżeli do magazynu trafi 10 kWh energii, użytkownik może otrzymać z powrotem mniej niż 10 kWh.
Oznacza to, że nie każda kilowatogodzina skierowana do akumulatora przekłada się na dokładnie taką samą ilość energii zastępującej pobór z sieci. Przy analizie oszczędności należy uwzględniać energię rzeczywiście dostarczoną z magazynu, a nie wyłącznie energię wykorzystaną do jego ładowania.
Moc magazynu jest równie ważna jak jego pojemność
Pojemność wyrażona w kilowatogodzinach określa ilość przechowywanej energii, natomiast moc wyrażona w kilowatach informuje, jak szybko magazyn może ją przyjmować lub oddawać.
Duży magazyn o ograniczonej mocy rozładowania może nie być w stanie zasilić jednocześnie urządzeń o wysokim poborze. Dotyczy to między innymi płyt indukcyjnych, przepływowych podgrzewaczy wody, pomp ciepła czy ładowarek samochodów elektrycznych.
Analogiczny problem występuje podczas ładowania. Jeżeli fotowoltaika generuje dużą chwilową nadwyżkę, a system może ładować akumulator jedynie z ograniczoną mocą, część energii może zostać skierowana do sieci mimo dostępnej wolnej pojemności.
Dlatego porównując magazyny, trzeba analizować jednocześnie pojemność użytkową, moc ładowania i rozładowania oraz sposób współpracy urządzenia z falownikiem.
Jak cena energii wpływa na opłacalność większego magazynu?
Wartość energii przechowywanej w akumulatorze zależy również od sposobu rozliczania energii elektrycznej. Jeżeli energia pobierana z sieci w określonych godzinach jest znacznie droższa niż energia dostępna w okresie ładowania magazynu, możliwość przeniesienia zużycia w czasie staje się bardziej wartościowa.
Magazyn może być więc wykorzystywany nie tylko do przechowywania nadwyżek z fotowoltaiki. W odpowiednio skonfigurowanych systemach może również ładować się w okresach niższych cen energii i oddawać ją wtedy, gdy energia z sieci jest droższa.
Nie oznacza to jednak, że większy magazyn automatycznie zapewnia większy zysk na różnicach cenowych. Trzeba uwzględnić sprawność, degradację baterii, koszt każdej dodatkowej jednostki pojemności oraz rzeczywistą liczbę cykli, w których można wykorzystać różnicę cen.
Dlaczego liczba cykli ma znaczenie dla ekonomii magazynu?
Akumulatory elektrochemiczne stopniowo tracą swoją początkową pojemność. Tempo tego procesu zależy od technologii, temperatury, głębokości cykli, sposobu eksploatacji oraz czasu.
Magazyn bardzo duży w stosunku do zapotrzebowania może wykonywać płytsze cykle i teoretycznie wolniej zużywać się w przeliczeniu na pojedynczy dzień pracy. Jednocześnie jednak właściciel ponosi wyższy koszt początkowy za pojemność, której nie wykorzystuje w pełni.
Z perspektywy ekonomicznej znaczenie ma więc nie tylko trwałość urządzenia, lecz także ilość energii, jaka zostanie przez nie rzeczywiście przetransferowana przez cały okres użytkowania. Pojemność, która przez lata pozostaje niewykorzystana, może nie odzyskać kosztu zakupu nawet wtedy, gdy sama bateria zachowa dobrą kondycję.
Kiedy większy magazyn energii może mieć uzasadnienie?
Przewymiarowanie z punktu widzenia bieżącej autokonsumpcji nie zawsze oznacza, że większy magazyn jest pozbawiony sensu. Inwestor może mieć również inne cele niż maksymalne skrócenie okresu zwrotu.
Większa pojemność może być uzasadniona, gdy w najbliższej przyszłości planowane jest zwiększenie zużycia energii, na przykład poprzez montaż pompy ciepła, zakup samochodu elektrycznego, rozbudowę fotowoltaiki lub elektryfikację przygotowania ciepłej wody.
Dodatkowa pojemność może mieć znaczenie także w systemach wyposażonych w funkcję zasilania awaryjnego. Jeżeli celem użytkownika jest utrzymanie pracy najważniejszych odbiorników podczas długiej przerwy w dostawie energii z sieci, większy magazyn zwiększa czas możliwego podtrzymania zasilania.
W takim przypadku część wartości inwestycji wynika jednak z większego bezpieczeństwa energetycznego, a nie bezpośrednio z oszczędności na rachunkach.
Czy magazyn energii można przewymiarować?
Tak. O przewymiarowaniu można mówić wtedy, gdy dodatkowa pojemność jest wykorzystywana na tyle rzadko, że generowane przez nią korzyści są niewspółmierne do kosztu zakupu.
Nie istnieje jednak jedna granica pojemności, powyżej której każdy magazyn staje się zbyt duży. System 15 kWh może być zdecydowanie przewymiarowany w jednym gospodarstwie, a w innym stanowić racjonalne minimum.
Decyzja powinna wynikać z danych dotyczących konkretnego budynku. Najbardziej wartościowe są profile godzinowe, a jeszcze dokładniejsze wyniki można uzyskać na podstawie danych rejestrowanych w krótszych interwałach. Roczne zużycie energii samo w sobie nie pokazuje bowiem, kiedy energia jest potrzebna.
Jak ocenić, czy większa pojemność faktycznie się opłaci?
Najbardziej wiarygodna metoda polega na porównaniu kilku wariantów pojemności na podstawie tego samego profilu produkcji i zużycia. Dla każdego wariantu należy ustalić, ile energii magazyn przyjmie w ciągu roku, ile z niej odda do odbiorników oraz o ile zmniejszy pobór energii z sieci.
Następnie dodatkową korzyść finansową należy porównać z dodatkowym kosztem pojemności. Jeżeli zwiększenie magazynu z 10 do 15 kWh kosztuje znaczącą kwotę, a pozwala ograniczyć zakup energii jedynie w niewielkim stopniu, dodatkowe 5 kWh może być ekonomicznie nieuzasadnione.
Kluczowe pytanie nie brzmi więc: „Jaki największy magazyn mogę zainstalować?”, lecz: „Ile dodatkowych oszczędności przyniesie każda kolejna kilowatogodzina pojemności?”.
Warto również przeanalizować kilka scenariuszy przyszłych cen energii, zmian zużycia oraz degradacji baterii. Pozwala to uniknąć sytuacji, w której opłacalność całej inwestycji zależy od jednego, nadmiernie optymistycznego założenia.
Większy magazyn a większe oszczędności – jaka jest zależność?
Większa pojemność magazynu może zwiększać oszczędności, ale tylko do momentu, w którym znajduje realne zastosowanie w konkretnym profilu energetycznym budynku. Początkowe zwiększanie pojemności często daje wyraźny efekt, ponieważ pozwala przejąć nadwyżki, które wcześniej trafiały do sieci. Po przekroczeniu określonego poziomu każda kolejna kilowatogodzina pojemności może jednak pracować coraz rzadziej.
Najbardziej opłacalny magazyn energii nie musi być zatem największym urządzeniem dostępnym dla danej instalacji. Powinien być przede wszystkim dopasowany do ilości nadwyżek z fotowoltaiki, zużycia energii po godzinach produkcji, parametrów technicznych całego systemu i sposobu rozliczania energii.
W praktyce większy akumulator może poprawić autokonsumpcję, zwiększyć niezależność od sieci i zapewnić dłuższe zasilanie awaryjne, ale nie każda z tych korzyści jest bezpośrednią oszczędnością finansową. Dlatego przed zakupem warto oddzielnie ocenić opłacalność ekonomiczną, bezpieczeństwo energetyczne oraz planowane przyszłe potrzeby gospodarstwa domowego.