Instalacja on-grid i off-grid, czyli dwa sposoby na domową energię
Jeśli interesują Was odnawialne źródła energii z pewnością natrafiliście na określenie instalacja on-grid (instalacja podłączona do sieci) i off-grid (instalacja niepodłączona do sieci). Są to opcje pracy możliwe do wykorzystania w przypadku dowolnej instalacji produkującej energię elektryczną, np. małej elektrowni wiatrowej (MEWi), paneli fotowoltaicznych (fotowoltaika) czy małej elektrowni wodnej.
Off-grid – system wyspowy
Instalacja off-grid nie jest podłączona do sieci elektrycznej, stanowiąc samodzielny system energetyczny. Potocznie taki system nazywa się „systemem wyspowym”. Zwykle taka instalacja nie generuje mocy wystarczającej, by zapewnić gospodarstwu domowemu energetyczną samowystarczalność. Może natomiast znakomicie sprawdzić się w sytuacjach, w której musimy dostarczyć prąd do jakiegoś niewielkiego, odizolowanego obiektu (np. domek letniskowy, działka, zasilenie znaku drogowego, czy systemów pomiaru prędkości).
Zapomnij o przerwach w dostawie prądu
Taka instalacja off-grid może być bardzo cenna, jeśli mieszkamy na obszarze zagrożonym z różnych powodów przerwami w dostawach prądu. Posiadając ją w swoim gospodarstwie, nie musimy być już zdani wyłącznie na „kapryśną” sieć - sami dla siebie jesteśmy bowiem producentem i dystrybutorem energii elektrycznej. W skład instalacji off-grid, oprócz generatora energii (np. turbiny, modułów fotowoltaicznych), inwertera (przemieniającego prąd stały na prąd zmienny), wchodzi jeszcze jeden istotny element - magazyn energii.
Off-grid i chemiczne magazynowanie energii – na czym polega?
Trzeba jednak od razu zaznaczyć – instalacja off-grid jest zdecydowanie bardziej kosztowna, niż taka podłączana do sieci. Powodem tego jest prozaiczny fakt, że wyprodukowanej energii raczej nie zużyjemy od razu. Należy ją gdzieś magazynować. Off-grid wymaga więc zainstalowania specjalnych akumulatorów energii, znanych też jako magazyny energii.
Akumulator to urządzenie gromadzące energię elektryczną, dzięki odwracalnym reakcjom chemicznym zachodzącym w elektrolicie. W uproszczeniu można powiedzieć, że energia elektryczna zamieniana jest na tak zwaną energię chemiczną, którą następnie w dowolnym momencie można z powrotem przekształcić.
Instalacja off-grid z akumulatorem – cena za niezależność
Akumulator jest zwykle jedną z najbardziej kosztownych elementów instalacji odnawialnego źródła energii. W przypadku elektrowni wiatrowej jego koszt może wynosić nawet ¼ całości. Dodatkowo konieczne będzie zakupienie kontrolera ładowania akumulatorów wraz z przekształtnikiem prądu stałego na zmienny. Pamiętać trzeba też o tym, że akumulatory zużywają się i to względnie szybko. Wymienia się je zwykle po około 10 tysiącach cyklów ładowania, co przeciętnie przypada na okres od 5 do 8 lat. To dodatkowy koszt, ukryty w instalacji off-grid.
On-grid – podłączeni do sieci
Z kolei instalacja on-grid przyłączona jest do standardowej sieci energetycznej. Ona także zawiera inwerter z prądu stałego na prąd zmienny, ale dodatkowo w jej skład wchodzą okablowanie oraz zabezpieczenia. Zamontowanego przez dystrybutora specjalne, dwukierunkowe liczniki wskazują dokładną ilość prądu wyprodukowanego i odesłanego do sieci oraz z niej pobranego, dzięki czemu mamy pełną kontrolę nad produkcją energii w naszej prosumenckiej instalacji. Systemy on-grid są wykorzystywane znacznie powszechniej przez prosumentów, produkujących energię elektryczną.
Nadwyżek trudno będzie uniknąć
Produkując energię na własną rękę należy liczyć się z tym, że w pewnych okresach czasu, wytworzymy jej więcej, niż będziemy w stanie na bieżąco zużyć. Te nadwyżki, jak już powiedzieliśmy, można magazynować w formie chemicznej w akumulatorach. Wiemy już, że jest to inwestycja dość droga, ze względu na koszt akumulatorów i konieczność ich cyklicznej wymiany. Co więc zrobić z nadwyżkami? Można je na bieżąco oddawać do sieci energetycznej.
Instalacja on-grid i system opustów
Prosumenci, czyli podmioty produkujące energię z odnawialnego źródła energii, którego moc nie przekracza 50 kW mogą obecnie korzystać z tzw. systemu opustów. Polega on na tym, że wysłane do sieci nadwyżki energii można odebrać w późniejszym terminie, bez ponoszenia opłat.
Magazynowanie energii z instalacji on-grid nie jest jednak całkowicie darmowe. Przy odbiorze energii prosument traci bowiem na rzecz sprzedawcy energii:
- 20% nadwyżek energii - w przypadku instalacji o mocy do 10 kW,
- 30% nadwyżek energii z instalacji o mocy powyżej od 10 kW do 50 kW.
Z reszty wyprodukowanego prądu można już jednak wykorzystywać dowolnie, w okresach, gdy instalacja nie działa tak wydajnie (np. nocą w przypadku fotowoltaiki bądź przy bezwietrznej pogodzie w przypadku przydomowej elektrowni wiatrowej).
Zapomnij o niezależności - coś za coś
Dużą wadą systemu on-grid jest to, że choć sam produkuje energię elektryczną, to jest on jednak w dużym stopniu zależny od sieci elektrycznej, w którą jest wpięty. Jest wszakże zasilany przez pochodzący z niej prąd. Jeśli więc w okolicy zdarzy się awaria sieci, to dotknie także i prosumenta stosującego ten system, nawet jeśli dysponuje np. panelami fotowoltaicznymi. Bez prądu z sieci instalacja tak czy siak nie będzie pracować. System on-grid nie rozwiązuje więc zupełnie problemu naszego uzależnienia od dostawców energii elektrycznej. Dlaczego tak się dzieje? O tym pisaliśmy w naszym artykule "Fotowoltaika a brak prądu w sieci – co musisz wiedzieć?".
On-grid czy off-grid – który lepszy?
Który z tych dwóch systemów w takim razie bardziej się nam opłaci? Oczywiście odpowiedź na to pytanie zależy od naszej hierarchii priorytetów. Jeśli najbardziej cenimy niezależność od dostawców energii elektrycznej, powinniśmy zdecydować się na off-grid. To zresztą także chyba jedyny sensowny wybór, gdy chcemy naszą energię produkować w miejscu, w które trudno dotrzeć z siecią energetyczną, albo które narażone jest na notoryczne przerwy w zasilaniu – w takiej sytuacji instalacja on-grid właściwie nie ma racji bytu.
Jeśli jednak liczą się dla nas przede wszystkim koszty, to powinniśmy zdecydować się na instalację podłączoną do sieci. Koszt akumulatorów i ich wymiany to bardzo wysoka cena za niezależność. Wielkim plusem instalacji on-grid jest też, rzecz jasna, możliwość sprzedawania nadwyżek prądu do sieci. Jeden i drugi system ma swoje niewątpliwe zalety, choć nie da się ukryć, że off-grid to wybór dla znacznie bardziej pokaźnej kieszeni.
Nie musi być wcale drogo. 3/4 świata zasilane jest rozmaitymi instalacjami wyspowymi . Od momentu gdy pojawiły sie inwertery DC/AC typu „sinus” – uwolniono agregaty od pracy całodobowej a zatrudniono dodatkowo zestawy akumulatorów – najczęściej tradycyjnych kwasowych – w bardziej wypasionej wersji akumulatory stacyjne z elektrodą dodatnią pancerną oraz sporadycznie najdroższe rozmaite ogniwa litowe. W tej chwili instalacja wyspowa najczęsciej składa się z :
1) inwertera wyspowego ,
2) zestawu paneli fotowoltaicznych ewentualnie dodatkowo wiatraka
3) zestawu akumulatorów
4)dodatkowo pojawiają się jeszcze agregaty prądotwórcze – jako zasilanie uzupełniajace
do doładowania baterii jeżeli brakuje energii ze słońca.
Instalacje te wcale nie sa drogie albowiem składaja się z powszechnie dostępnych na rynku komponentów a istotą ich budowy jest efekt praktyczny w akceptowalnych kosztach a nie szpan.
I tak – inwerter off grid z AliExpres z funkcją paralel ( możliwą praca równoległą i do układu 3f) o mocy 5,5 kW z MPPT oraz ładowarką sieciową kosztuje około 2,5 – 4,0 tys zł w dostawie z magzynu w Europie
Panele do dostania bez problemu za ok. 700 zł/szt
Okablowanie (z metra) dostępne w każdej hurtowni elektrycznej
Akumulatory kwasowe- takie zwykłe z korkami do ciężarówki najlepiej 230 Ah/12V w cenie hurtowej około 800 zł za sztukę (czyli 290zł za 1 kWh !!!! a nie 6000zł/ KWh…….)
W wersji całkowicie „offgridowej” przydał by się jeszcze agregat z układem samostartu.
W wersji „light” rezerwę będziemy mieli z sieci jak braknie słońca a akumulatory zostana rozładowane inwerter przełączy się na sieć i uruchomi dodatkowo ładowarkę sieciową aby akumulatory nie uległy uszkodzeniu.
Dla trwałości akumulatorów kwasowych należy zachować zasadę aby prąd ładowania/rozładowania zawierał się w granicach nie większych niż tzw”dziesięciogodzinny prąd ładowania” – czyli dla akumulatora 230Ah /12V – prąd ten wyniesie 23A bo 23A x 10h = 230Ah…….
Dla spełnienia tego warunku przy inwerterze 5,5 kW potrzeba :
– prąd pobierany przez inwerter 5500 W/ 48V= 114,6 A – jest to wartość zbyt duża dla pojedynczego akumulatora więc trzeba stworzyć gałęzie równoległe i wychodzi że 114,6 A / 23A = 4,98 – czyli trzeba mieć praktycznie 5 gałęzi równoległych po 4 akumulatory na 48V – daje to 20 akumulatorów o wartości około 16 tys zł ale otrzymujemy pojemność magazynu 55,2 kWh co wystarczy dla przeciętnego gospodarstwa na zasilanie autonomiczne przez około 3-4 dni a w praktyce na ponad tydzień bo PV w pochmurne dni też działa tylko z mniejszą mocą i doładowuje częściowo akumulatory. Oczywiście z mniejszą ilością akumulatorów instalacja również zadziała tylko że ewentualne prądy ich obciążenia będą większe i skrócą żywotność baterii.
Jezeli wszystko zaprojektowane zgodnie ze sztuką to trwałość akumulatorów kwasowych powinna być podobna jak tych tzw „stacyjnych” które obliczone sa na około 20 lat eksploatacji. Wynika to z tego że akumulator stojąc na półce nie podlega drganiom, gwałtownym zmianom temperatury, a stanu jego naładowania i napięć pilnuje Inwerter. Obsługa wymagana jest tylko – ze 2 x do roku – nalezy sprawdzić poziom elektrolitu i ewentualnie uzupełnić koniecznie WODĄ – i koniecznie destylowaną ( nie kranówą ).
W takiej konfiguracji otrzymujemy całkiem zacną instalację zdolną również do doładowania nocą sporego samochodu elektrycznego.
” Magazyny energii” promowane obecnie to przerost formy nad treścią które sie nie zamortyzują w sensownym ekonomicznie okresie.