Czym jest i jak działa magazyn energii?

LMVGroup

7 maja, 2025 0 Comment

W ostatnich latach dużą popularnością cieszą się magazyny energii, w których energia elektryczna ulega konwersji na energię chemiczną. Jak wygląda budowa magazynu energii i jak funkcjonuje to urządzenie w instalacji PV i poza nią. Dlaczego instalacja fotowoltaiczna z magazynem energii to dobre rozwiązanie i wreszcie – czy można budować magazyn energii bez fotowoltaiki? Na te i na wiele innych pytań odpowiemy w niniejszym artykule.

Czym jest magazyn energii?

Jak sama nazwa wskazuje, magazyn energii… przechowuje energię. To urządzenie, w skład którego wchodzą odpowiednio połączone ze sobą akumulatory, których zadaniem jest gromadzenie energii elektrycznej. W instalacjach powiązanych z fotowoltaiką, domowy magazyn energii pobiera ją z instalacji fotowoltaicznej i magazynuje po to, aby wykorzystać ją w przyszłości. Co ciekawe, w 2023 roku w Polsce zainstalowano ponad 100 tys. magazynów energii – dane IEO. Oznacza to, że coraz więcej osób docenia fakt, jak dużą rolę odgrywają one w optymalizacji zużycia energii i w budowie niezależności energetycznej.

Jak działają magazyny energii? Akumulatory i fotowoltaika w praktyce

Jak działa magazyn energii? W dużym uproszczeniu jest to po prostu bateria o znacznej pojemności. Sprawdźmy, jaką pełni ona funkcję w gospodarstwie domowym.

Jakie są podstawowe zasady działania instalacji magazynu energii?

Na czym polega zasada działania komponentu instalacji PV? Magazyn energii to urządzenie, które działa w połączeniu z falownikiem hybrydowym (inwerterem) i BMS-em. Gdy instalacja PV produkuje więcej prądu, magazyn energii dla domu jednorodzinnego ładowany jest tą nadwyżką. Z kolei ilość energii wytwarzanej przez panele jest mniejsza niż zapotrzebowanie gospodarstwa domowego, urządzenie – poprzez falownik – oddaje ją do otoczenia. Warto dodać, że sposób działania układu ma wpływ m.in. na żywotność baterii. Magazyn energii do domu jest (za pomocą inwertera i BMS-u) chroniony przed zbyt dużym rozładowaniem, które mogłoby doprowadzić do spadku jego wydajności.

Kluczowe komponenty systemu

Magazyn energii do fotowoltaiki nie działa w próżni. W skład instalacji odpowiedzialnej za jego poprawne działanie wchodzą:

• magazyn energii do przechowywania energii – najczęściej jest to magazyn energii litowo-jonowy,
• BMS, czyli system zarządzania baterią ( bms ), który chroni ją przed nadmiernym rozładowaniem i kontroluje jej pracę,
• falownik – jest odpowiedzialny za konwersję prądu stałego ( dc ) z baterii do prądu przemiennego ( ac ),
• zabezpieczenia, które chronią układ przed przeciążeniem, zwarciem itd.

Różnice między technologiami

Magazyn energii fotowoltaicznej to urządzenie, które występuje w różnych konfiguracjach, których właściwości zależą od składu chemicznego znajdujących się w nim ogniw.

• Magazyny Li-Ion – wyróżnia je bardzo wysoka sprawność (około 95 procent) oraz możliwość obsługi aż 6000 pełnych cykli ładowania i rozładowania.
• Magazyny LFP – to akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe, które wyróżnia możliwość obsługi nawet 8000 pełnych cykli oraz wysoki poziom bezpieczeństwa.
• Magazyny kwasowo-ołowiowe – żywotność magazynu energii wynosi zaledwie 1000 cykli, aczkolwiek jego zaletą jest niski koszt.

Zastosowanie magazynów energii – po co i jak magazynować energię w domu?

Magazyn prądu do fotowoltaiki to komponent, który pozwala lepiej zarządzać energią pozyskiwaną za pomocą paneli fotowoltaicznych. Co ciekawe, magazynowanie energii to proces, z którego coraz częściej korzystają również przedsiębiorstwa oraz sieci energetyczne.

1. Domy jednorodzinne – właściciele domów jednorodzinnych to największy beneficjent tych rozwiązań. Instalując w nich magazyny energii dla prosumentów obsługiwane przez inwertery hybrydowe, mogą oni przechowywać nadwyżki mocy, wykorzystać zmagazynowaną energię nocą, a także jako backup, gdy na danym obszarze mamy duże zaniki zasilania urządzeń elektrycznych. Warto w tym miejscu podkreślić modularność magazynu energii. Dzięki niej mając np. większą instalację PV, można wykorzystać nadwyżkę prądu z fotowoltaiki zgodnie ze swoimi potrzebami.
2. Przemysł. Nowoczesne magazyny energii mogą być tez wykorzystywane w zakładach przemysłowych, zapewniając niezależność energetyczną dla podstawowych urządzeń, systemów oświetlenia, a także systemów przeznaczonych do ich obsługi oraz sterowania. Przykładem są firmy produkcyjne, w przypadku których zmagazynowana energia w katodzie i elektrodzie pozwoli np. oświetlić halę (jako zasilanie awaryjne). Poza tym opłacalność magazynów energii wynika również stąd, że firmy, które je wdrażają, mogą ograniczać emisję dwutlenku węgla oraz obniżyć koszty energii w szczycie.
3. Sieci energetyczne. To kolejny przykład infrastruktury, w której zastosowanie magazynu energii jest szczególnie przydatne. Urządzenia te wykorzystuje się w celu m.in. równoważenia podaży i popytu. Tym samym przechowywanie nadwyżek energii pozwala ustabilizować popyt na nią zwłaszcza w godzinach szczytu, kiedy to prąd z sieci elektrycznej jest najdroższy. W podobny sposób działają m.in. elektrownie szczytowo-pompowe.

Jakie są korzyści z magazynu energii elektrycznej? Czy przechowywanie energii w taki sposób ma wady?

Optymalna pojemność magazynu energii to najważniejsza zaleta takich systemów. Dzięki niej możemy sobie pozwolić na optymalną autokonsumpcję mocy, a także uniknąć jej marnotrawienia. W ten sposób generujemy oszczędności, które pozwalają na uzyskanie szybkiego zwrotu z inwestycji. Zaletą jest też możliwość doboru rodzajów magazynów energii do własnych potrzeb. Możemy wybierać spośród ogniw, które zapewniają:

• wyższą sprawność,
• wyższą niezawodność,
• niską cenę.

Kolejną zaletą, jaką niesie ze sobą rozwój magazynowania energii, jest wyższa stabilność ogólnokrajowej sieci zasilającej, która nie jest tak obciążona w trakcie godzin szczytu.

Wreszcie, nowoczesne ogniwa charakteryzuje coraz wyższa gęstość energii. To oznacza, że użytkowanie energii elektrycznej zmagazynowanej w akumulatorze, nie wymaga już tak dużej ilości dostępnego miejsca. Mówiąc wprost – własny magazyn energii nie jest już potężnym blokiem, lecz kompaktowym urządzeniem, którego rozmiary ulegają zmniejszeniu, a pojemność – zwiększeniu.

Do zalet magazynów energii zaliczyć można również:

• modularność magazynu energii,
• inteligentne zarządzanie energią,
• redukcja emisji CO2,
• zrównoważony rozwój (dotyczy przede wszystkim przedsiębiorstw).

Wady i ograniczenia, jakie mają elektrochemiczne magazyny energii

Choć właściwości magazynów energii stale się poprawiają, to trzeba pamiętać, że rozwój magazynowania energii wciąż natrafia na pewne trudności.

Po pierwsze, opłacalność magazynów energii wciąż jest definiowana przez ich wysokie koszty. To oznacza, że znaczenie magazynów energii w skali makro jest relatywnie niewielkie. Stan ten powoli się zmienia, na co wpływ mają niektóre narzędzia, takie jak program Mój Prąd 6.0.

Po drugie, wybór magazynu energii nie jest prosty. Właściwości konkretnej anody, katody i elektrolitu mogą być nieznane wielu osobom, stąd też nadal liczy się tu opinia fachowca.

Po trzecie, autokonsumpcja energii wytworzonej w instalacji PV wymuszą dobór odpowiedniego falownika, który przetworzy prąd stały w prąd zmienny.

Jakie technologie magazynowania pojawią się w przyszłości? Ewolucja działania magazynów energii

Już dziś magazyny mają realny wpływ na spadek zużycia energii elektrycznej. Sprawdźmy zatem, co czeka je w przyszłości.

Trendy technologiczne, czyli większa żywotność magazynu energii, innowacyjna katoda, anoda oraz rozszerzalny elektrolit

• Rozwój LFP (litowo-żelazowo-fosforanowe ogniwa):
  Akumulatory LFP cieszą się rosnącą popularnością ze względu na stabilność termiczną, długą żywotność oraz bezpieczeństwo użytkowania. Używa się ich przede wszystkim do zastosowań stacjonarnych, w których wysoka trwałość i niska degradacja ogniw mają kluczowe znaczenie.
• Magazyny przepływowe:
  Przepływowe magazyny energii fotowoltaicznej wykorzystują innowacyjne elektrolity do przechowywania energii, co umożliwia skalowanie pojemności magazynu poprzez zmianę objętości elektrolitu. Ich zaletą jest możliwość długotrwałego przechowywania energii oraz niemal nieograniczona liczba cykli ładowania i rozładowania, która przewyższa akumulatory litowo-jonowe i poprawia efektywność wykorzystania energii.
• Integracja ze smart grid:
  Nowoczesne instalacje magazynów energii są coraz częściej integrowane ze smart grid, czyli inteligentnymi sieciami energetycznymi. Pozwala to na dynamiczne zarządzanie przepływem energii, optymalizację wykorzystania OZE oraz zwiększenie elastyczności systemu, co jest kluczowe w kontekście zmienności produkcji energii z odnawialnych źródeł. Smart Grid wspiera również takie rozwiązania jak zasilanie awaryjne i ogranicza koszty magazynu energii, a także poprawia autokonsumpcję i stabilizację sieci.

Podsumowanie

Magazyn energii z fotowoltaiką – opłacalność magazynu

Magazyn energii do przechowywania energii to urządzenie, dzięki któremu realnie oszczędzasz. Wzrasta Twoja autokonsumpcja, masz do dyspozycji zasilanie awaryjne, a także możesz w mniejszym stopniu wykorzystywać prąd z sieci elektrycznej. Dzięki falownikowi o odpowiedniej mocy zwiększa się też produkcja energii elektrycznej, a także lepiej wykorzystujesz prąd z paneli słonecznych.

Jakie są zasady działania magazynu energii?

Zasada działania systemu jest prosta: magazyn energii w instalacji fotowoltaicznej akumuluje energię z nadwyżek, a także oddaje ją np. w nocy lub w trakcie pochmurnego dnia. Duży, przydomowy magazyn energii może zapewnić Ci energię nawet na kilkadziesiąt godzin.

Stabilizacja sieci, autokonsumpcja i koszty magazynu energii – czyli zalety i wady tego rozwiązania

Magazyn energii współpracujący z systemem BMS oraz źródłami energii odnawialnej i falownikiem to instalacja, dzięki której znacznie ograniczysz wydatki na prąd. System ten będzie działać nawet jesienią i wiosną. Dzięki temu częściowo Twoje zapotrzebowanie energetyczne zostanie skompensowane przez zieloną energię. Niestety ograniczeniem jest wysoki koszt technologii magazynowania energii. Niestety, akumulatory kwasowo-ołowiowe, które są stosunkowo tanie, raczej nie sprawdzają się w takich systemach ze względu na niską żywotność.

Systemy magazynowania energii w przyszłości

Wszystko wskazuje na to, że wraz z upływem kolejnych lat magazyn energii do zasilania urządzeń elektrycznych stanie się komponentem o zwiększonej żywotności i pojemności. Z biegiem czasu coraz większą rolę będą też odgrywać mobilne magazyny energii.