Magazynowanie energii słonecznej: systemy pozamacierzowe vs. systemy przyłączane do sieci

W dzisiejszym świecie energia słoneczna pozostanie nadal najpopularniejszym rozwiązaniem w zakresie odnawialnych źródeł energii, do którego większość ludzi sięgnie. Zrozumienie podstawowych typów systemów jest istotne. W tym kontekście skupimy się na systemach magazynowania energii słonecznej, a mianowicie na systemach off-grid (poza siecią) oraz systemach połączonych z siecią (grid-tied). Systemy off-grid nie są podłączone do publicznej sieci energetycznej, podczas gdy systemy grid-tied są z nią połączone. Systemy off-grid zapewniają niezależność energetyczną i składają się z paneli fotowoltaicznych, akumulatorów oraz falowników, które pokrywają potrzeby energetyczne użytkownika. Systemy grid-tied zależą od publicznej sieci energetycznej i mają możliwość pobierania energii ze sieci, gdy wydajność paneli słonecznych jest niska, oraz przesyłania nadmiaru energii z powrotem do sieci, gdy produkcja energii jest wysoka. Systemy off-grid są idealne dla obszarów oddalonych, gdzie brak dostępu do sieci energetycznej; wymagają jednak banków akumulatorów do przechowywania energii na noc i w okresach zachmurzenia. W środowisku podmiejskim i miejskim najlepsze działanie zapewniają systemy grid-tied, ponieważ w tych obszarach dostępna jest infrastruktura magazynowania energii, a użytkownicy nie muszą się martwić o dostęp do sieci.

Zalety techniczne systemów magazynowania energii słonecznej pozamacierzowych

Gdy chodzi o niezależne wykorzystanie energii, systemy magazynowania energii słonecznej pozamacierzowych oferują unikalne zalety techniczne. Najważniejszą z tych zalet jest pełna niezależność energetyczna, która chroni użytkowników przed rosnącymi rachunkami za energię, przerwami w dostawie prądu oraz niestabilnymi opłatami za energię. Systemy te wykorzystują akumulatory typu LiFePO4, które zapewniają ponad 6000 cykli ładowania/rozładowania oraz odporność na ekstremalne temperatury. Inteligentne systemy zarządzania baterią (BMS) wbudowane w akumulatory obejmują najbardziej typowe przypadki uszkodzeń baterii, takie jak przeladowanie, nadmierna temperatura oraz zwarcia.

Innym głównym zaletą są skalowalne systemy fotowoltaiczne pozamacierzowe. Wspólnoty oddalone, domy wiejskie oraz komercyjne działania prowadzone w miejscach odległych mogą początkowo zainstalować system fotowoltaiczny pozamacierzowy, a następnie stopniowo rozbudować go o dodatkowe akumulatory lub panele, aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną. Systemy pozamacierzowe charakteryzują się również korzystną cichością działania. Jest to szczególnie istotne w przypadku lokalizacji o wysokiej wydajności słonecznej, które jednocześnie są obszarami zamieszkania lub wymagają ograniczenia poziomu hałasu — takie systemy składają się bowiem z wysokiej klasy komponentów, wydajnych ogniw litowo-jonowych oraz sprawnych elektroniki mocy, co minimalizuje potrzebę konserwacji.

Zalety systemów magazynowania energii słonecznej przyłączonych do sieci

Przy rozważaniu systemów magazynowania energii słonecznej, sieciowe systemy fotowoltaiczne oferują użytkownikom korzyści o charakterze technicznym, związane z ich połączeniem z siecią energetyczną. Z punktu widzenia technicznego głównym bodźcem jest oszczędność kosztów lub skuteczność ekonomiczna: ponieważ użytkownicy decydują się wykorzystywać sieć jako „wirtualny akumulator”, mogą zrezygnować z dużych, lokalnych systemów magazynowania energii, co przekłada się na obniżenie kosztów. Użytkownicy mogą uczestniczyć w tzw. bilansowaniu netto (net metering), czyli sprzedawać nadmiar wygenerowanej energii z powrotem do sieci. Skutkuje to obniżeniem kosztów energii oraz skróceniem ogólnego czasu zwrotu początkowych inwestycji. Ogólnie rzecz biorąc, prostota instalacji wynika z braku konieczności stosowania agregatów prądotwórczych rezerwowych lub dużych systemów akumulatorów.

Współczesne systemy przyłączone do sieci wykorzystują technologię inteligentną, która umożliwia użytkownikom obserwację w czasie rzeczywistym całej energii wytwarzanej, zużywanej oraz przekazywanej do sieci. Ta możliwość pozwala użytkownikowi zoptymalizować zużycie energii tak, aby korzystać w większym stopniu z energii słonecznej i w mniejszym stopniu z energii pobieranej z sieci. Dzięki temu zmniejsza się obciążenie sieci i zwiększa się udział źródeł odnawialnych, co stanowi formę wsparcia dla sieci. Takie systemy można integrować z istniejącymi systemami sieciowymi. Posiadają one certyfikaty UL, CE oraz RoHS.

W codziennym użytkowaniu systemy pozamacierzowe odgrywają kluczową rolę w funkcjonowaniu odległych obiektów. Długa żywotność cyklu oraz odporność na warunki pogodowe zapewniają nieprzerwaną dostawę energii, zastępując drogie generatory diesla i eliminując emisję dwutlenku węgla. Użytkownicy zaznaczyli poprawę spójności działania systemu oraz znaczne oszczędności w długim okresie, co potwierdza skuteczne rozwiązywanie przez ten system problemów związanych z użytkowaniem pozamacierzowym.

Systemy przyłączane do sieci stały się popularne wśród właścicieli firm miejskich i gospodarstw domowych. Mały sklep detaliczny zainstalował system przyłączany do sieci i zastosował pomiar dwukierunkowy, dzięki czemu zmniejszył swoje rachunki za energię elektryczną o 75%. Wykorzystywał system monitorowania w czasie rzeczywistym przeznaczony dla firm, aby przesunąć działalność operacyjną na godziny szczytowej produkcji energii słonecznej. Właściciele domów oraz przedsiębiorstw cenią sobie automatyczne przełączanie się między zasilaniem z paneli fotowoltaicznych a z sieci energetycznej. Wielu zauważyło, że dodatkowa funkcja magazynowania energii słonecznej zwiększyła wartość ich nieruchomości.

Zrozumienie wydajności i efektywności

Istnieją różnice projektowe i związane z konkretnym zastosowaniem między tymi dwoma systemami. Systemy pozasieciowe zależą od wydajności paneli oraz pojemności akumulatora pod względem przechowywania energii i liczby cykli ładowania/rozładowania. Preferowane są akumulatory typu LiFePO4 ze względu na lepszą gęstość energii oraz dłuższą żywotność w zakresie liczby cykli. Wydajność paneli fotowoltaicznych – czyli ich zdolność do bezpośredniej konwersji światła słonecznego na energię elektryczną – ma bezpośredni wpływ na uzyskiwaną moc wyjściową. Połączenie lepszej technologii magazynowania energii oraz mniejszych strat przy konwersji prowadzi do bardziej efektywnego systemu.

Systemy podłączone do sieci nie obciążają się dodatkową logiką magazynowania ze względu na współpracę z siecią. Ich sprawność zależy od kompatybilności paneli i falownika ze siecią. Falownik wyższej klasy powoduje mniejsze straty energii podczas konwersji prądu stałego (DC) na prąd przemienny (AC) dostarczany przez sieć. Net-metering (licznik dwukierunkowy) zapewnia lepszy wynik sprawności w zależności od obowiązującej polityki. Dostosowanie systemu do wzorca zużycia energii przez użytkownika poprawia wydajność magazynowania.

Podział długoterminowej wartości i porównanie kosztów

Przy ocenie obu systemów przejrzystość kosztów jest kluczowa. Systemy pozasieciowe wymagają większych początkowych inwestycji ze względu na banki akumulatorów oraz elementy rezerwowe. Koszty te jednak są rekompensowane dzięki brakowi opłat za korzystanie z sieci, ochronie przed rosnącymi taryfami dostawców energii oraz niskim całkowitym kosztom w czasie – przy założeniu, że żywotność akumulatorów wyniesie ponad 6000 cykli ładowania/rozładowania. Te systemy zapewniają bezcenną wartość w lokalizacjach pozbawionych dostępu do sieci.

Systemy podłączone do sieci mają niższe koszty uruchomienia. Zaczynają się one zwracać od razu dzięki oszczędnościom wynikającym z bilansowania netto. Okres zwrotu inwestycji jest krótszy niż w przypadku systemów pozasieciowych, ponieważ prowadzi on do obniżenia rachunków za energię. Opierają się one na dostępności sieci oraz na przepisach dotyczących bilansowania netto ustalanych przez organy administracji publicznej. Dlatego też badanie lokalnych przepisów i regulacji operatorów sieci energetycznych jest kluczowe dla długoterminowej opłacalności takich rozwiązań. Technologie związane z energią słoneczną będą się rozwijać i zrekompensują rosnące koszty energii zarówno dla systemów podłączonych do sieci, jak i dla systemów pozasieciowych.

Podsumowanie

Z punktu widzenia niezależności energetycznej systemy pozamacierzowe są doskonałe. Są również niezawodne w odległych lokalizacjach, a ochrona przed awariami sieci czyni je idealnym rozwiązaniem dla obszarów wiejskich, oddalonych firm lub osiągania samowystarczalności. Oszczędności finansowe oraz uproszczone montaż sprawiają, że są one świetnym wyborem dla obszarów wiejskich i podmiejskich. Przy wyborze należy wziąć pod uwagę lokalizację, zapotrzebowanie na energię, aspekty finansowe oraz cele, jakie stawia się przed danym systemem. Współpraca z renomowanymi producentami oraz konsultantami z zakresu energii odnawialnej pozwoli dokonać świadomego wyboru. Oba typy systemów rozwijają się wraz z postępem technologii akumulatorów oraz rosnącą niezawodnością źródeł energii odnawialnej.