Magazyn energii i fotowoltaika – to się opłaca!
Fotowoltaika jest niewyczerpalnym źródłem zielonej energii, dzięki której nasze rachunki za prąd są znacznie niższe. Jednak choć sama instalacja fotowoltaiczna pozwala na samodzielne wytwarzanie energii elektrycznej, zwykle robi to latem i w okolicach popołudnia, co najczęściej zupełnie nie pokrywa się czasowo z oczekiwaniami jej użytkowników. Bowiem najwięcej energii potrzeba zazwyczaj wieczorami i zimą. Idealnym rozwiązaniem może być wówczas dopasowanie do fotowoltaiki magazynu energii, dzięki któremu możliwe będzie przechowywanie prądu, kiedy jego produkcja przeważa nad zużyciem. Dla kogo magazyn energii z fotowoltaiką będzie najlepszym rozwiązaniem?
Spis treści – Czego dowiesz się z artykułu?
Polacy pokochali darmową energię ze Słońca
Na przestrzeni ostatnich lat ma miejsce transformacja energetyczna, która polega na zastąpieniu technologii opartych głównie na spalaniu paliw kopalnych, takich jak węgiel, gaz, czy ropa odnawialnymi źródłami energii (OZE). Rządy wielu krajów ustanowiły prawa i regulacje, dzięki którym możliwe będzie wdrożenie tych zmian. Również przywódcy krajów europejskich porozumieli się ws. osiągnięcia przez UE neutralności klimatycznej do 2050 roku. Polska na ten moment nie zadeklarowała wdrożenia tego celu, jednak zgodnie z zaleceniami UE, tylko do końca tego roku udział produkcji energii odnawialnej w pełnym bilansie energetycznym kraju powinien wynosić 15 proc.
Szczególnie dużą popularnością w naszym kraju cieszy się zwłaszcza fotowoltaika, dzięki której można uniezależnić się od rosnących cen prądu. Według Urzędu Regulacji Energetyki, w latach 2014 – 2020, moc fotowoltaiczna w sieci wzrosła aż o 9.000 proc., co pod względem jej przyrostu plasuje Polskę na piątym miejscu w UE. Obecnie funkcjonuje u nas przeszło 262.300 instalacji prosumenckich o łącznej mocy wynoszącej 1.724,9 MW. Do tak dużego zainteresowania montażem paneli fotowoltaicznych przyczyniło się zarówno wejście w życie nowelizacji ustawy o odnawialnych źródłach energii (wprowadzającej szereg zmian w systemie wsparcia dla energii elektrycznej wytwarzanej z instalacji PV), jak i ulgi termomodernizacyjnej dla właścicieli lub współwłaścicieli domów jednorodzinnych (maksymalna kwota odliczenia nie może przekroczyć 53.000 zł).
Co ważne, w związku z tym, że inwestycje w OZE podlegają dofinansowaniu ze środków unijnych, to wszyscy zainteresowani mogą ubiegać się o wsparcie finansowe na zakup i montaż paneli fotowoltaicznych, w ramach takich programów jak Mój Prąd, Czyste Powietrze, Agroenergia, czy Energia Plus. Boom na fotowoltaikę był spowodowany przede wszystkim uruchomieniem programu “Mój Prąd”, którego celem było wspieranie budowy domowych instalacji fotowoltaicznych o mocy od 2 do 10 kilowatów (kW). Dofinansowanie to mogło wynieść do 50 proc. kosztów zakupu i montażu mikroinstalacji, ale nie więcej niż 3.000 złotych. Przeznaczone na dotacje 1 mld złotych, rozdysponowano w bardzo krótkim czasie, bo tylko w niecałe 1,5 roku. Jednak zgodnie z zapowiedziami wiceministra klimatu i środowiska, w 2021 roku program Mój prąd ma być kontynuowany. Ponadto instalację fotowoltaiczną można również sfinansować, korzystając z kredytu na fotowoltaikę, który w ofercie ma wiele banków.
Wytworzona przez instalację fotowoltaiczną energia nie zawsze zostaje wykorzystana
Branża fotowoltaiczna, to najszybciej rozwijający się sektor rozproszonej energetyki odnawialnej, który jako jeden z nielicznych nie ucierpiał znacząco podczas pandemii. Wręcz przeciwnie, zwiększył on zatrudnienie, a wiele osób, które dotychczas tylko rozważały możliwość montażu paneli PV, miało więcej czasu na przeanalizowanie korzyści, płynących z tejże inwestycji. Ponieważ dzięki niej można nie tylko uniezależnić się od wzrostu cen prądu (tylko w stosunku do 2019 roku, opłata za 1 kWh wzrosła o 11 proc, z 55 do 61 gr), ale i przyczyniać się do poprawy stanu środowiska naturalnego i zmniejszenia emisji dwutlenku węgla. Instalacja PV w odróżnieniu od węgla, gazu, czy ropy naftowej, wytwarza jedynie czystą energię, która nie przyczynia się do globalnego ocieplenia. Ponadto system licznych ulg i dofinansowanie na panele fotowoltaiczne sprawia, że inwestycja w przydomową instalację szybko się zwraca, a wartość nieruchomość wśród potencjalnych nabywców wzrasta.
Decydując się jednak na fotowoltaikę do domu, trzeba wziąć pod uwagę to, że wytworzona w ten sposób energia nie zawsze zostaje wykorzystana w całości, ponieważ zapotrzebowanie na nią, zarówno o różnych porach roku, jak i dnia jest zmienne. Warto tutaj podkreślić, że największe natężenie promieniowania słonecznego występuje w Polsce w okresie wiosenno – letnim (może osiągać wówczas wartość nawet 1.000 W/m² powierzchni). Najmniejsze natomiast podczas miesięcy jesiennych i zimowych (w słoneczny dzień wynosi wtedy maksymalnie 500 W/m², a w pochmurny jedynie ok. 150 W/m²). Oznacza to więc, że instalacja fotowoltaiczna najwięcej prądu (bo nawet do 70 proc.) produkuje od kwietnia do września. Niestety w większości przypadków nie pokrywa się to z największym zapotrzebowaniem gospodarstwa na energię elektryczną.
Magazynowanie prądu z fotowoltaiki
Najwięcej prądu bowiem, potrzeba w godzinach porannych i wieczornych, zwłaszcza w porze zimowej. Oczywiście podczas prac związanych z planowaniem instalacji PV, stosuje się z reguły niewiele większą moc niż ta wynikająca z potrzeb gospodarstwa domowego. Nie da się jednak zużyć w całości, wyprodukowanej w ten sposób energii. Udział zużycia własnego, bez magazynu energii, wynosi bowiem w gospodarstwie domowym tylko ok. 30 proc. Nawet przy dostosowaniu poboru do profilu wytwarzania prądu w instalacji PV, np. poprzez używanie w tym czasie urządzeń o dużym poborze mocy, wartość ta nie przekracza z reguły 40 – 45 proc. W jaki sposób zatem użytkownik instalacji PV ma poradzić z powstałymi nadwyżkami? Otóż obecnie prosumenci, a więc podmioty produkujące energię i wykorzystującą ją na własne potrzeby (mogą to być zarówno osoby prowadzące gospodarstwo domowe, jak i przedsiębiorcy) radzą sobie z tym na trzy sposoby.
Pierwszą i najpopularniejszą formą jej magazynowania jest tzw. net-metering. Dzięki korzystnym przepisom prosumenckim można bowiem przekazać nadmiar wyprodukowanej przez instalację PV energii do operatora (gdzie może być magazynowana przez okres 365 dni), a później odebrać ją w momentach niedoboru produkcji z systemu PV, w stosunku:
- 1 do 0,8 – w przypadku energii elektrycznej wytworzonej w mikroinstalacji o łącznej mocy nie większej niż 10 kW;
- 1 do 0,7 – w przypadku energii elektrycznej wytworzonej w instalacji o łącznej mocy większej niż 10 kW (nie większej jednak niż 50 kW).
Magazynowanie wyprodukowanej przez prosumenta energii elektrycznej nie jest jednak darmowe. Dlaczego? Ponieważ za tę usługę może on bezpłatnie odebrać jedynie 70 – 80 proc. wysyłanej energii. Co gorsza, jak wynika z zapowiedzi rządu już niebawem system opustów nie będzie dostępny dla nowo powstających instalacji. Istnieje ryzyko, że fotowoltaika w 2022 roku będzie musiała sobie radzić bez tego rozwiązania. Dlatego konieczne są alternatywy.
Kolejny sposób, który umożliwia magazynowanie nadwyżek energii elektrycznej polega na maksymalnym zwiększeniu zużycia prądu w okresie, kiedy nasłonecznienie jest największe. W jaki sposób? Przede wszystkim poprzez:
- dostosowanie domowego zużycia energii do jej produkcji dzięki zaprogramowaniu na określony czas działania urządzeń elektrycznych (takich jak zmywarka, czy pralka);
- montaż pompy ciepła, która zwiększy bieżącą konsumpcję energii elektrycznej z instalacji PV. Dzięki bowiem połączeniu paneli fotowoltaicznych z pompą ciepła inwestor nie tylko będzie mógł w znaczny sposób obniżyć rachunki za prąd, ale również w pełni zrealizować zapotrzebowanie na ciepło. Warto podkreślić, że posiadanie pompy ciepła jest o wiele korzystniejsze niż system opustów, gdyż wytworzony w ten sposób prąd można wykorzystać w stosunku 1 do 1, a nie 1 do 0,7, czy 1 do 0,8 (wybór najlepszego urządzenia ułatwi Wam nasz ranking pomp ciepła 2022).
Magazyn energii, fotowoltaika – zalety
Trzeci natomiast sposób polega na magazynowaniu energii elektrycznej z paneli fotowoltaicznych za pomocą coraz wydajniejszych i dostępnych dla każdego magazynów energii. Urządzenia te dają ich użytkownikom jeszcze większą niezależność od sieci publicznej, ponieważ zarówno gospodarstwa domowe, jak i firmy mogą osiągnąć w ten sposób nawet 90 proc. samowystarczalność energetyczną (układ instalacji PV podłączony do sieci energetycznej nazywa się on-grid). Bowiem w przeciwieństwie do net-meteringu, magazyny energii pozwalają na wykorzystania całkowitej nadwyżki, a nie tylko 70 bądź 80 proc. przy mocy instalacji 10 – 50kW.
Idealnie sprawdzą się one zwłaszcza w przypadku tych osób, które nie zużywają dużo energii w ciągu dnia (wówczas gdy instalacja PV produkuje najwięcej energii) oraz gdy zamieszkują tereny, na których występuje duża awaryjność sieci i częste przerwy w dostawie energii. Połączenie magazynu energii z fotowoltaiką powoduje bowiem, że ich właściciel odporny jest zarówno na wszelkiego rodzaju awarie zasilania, anomalie pogodowe, jak i inne niespodziewane wydarzenia (wybór najlepszego akumulatora do fotowoltaiki ułatwi Wam nasz ranking magazynów energii). Co ważne, z własną instalacją fotowoltaiczną możliwe jest funkcjonowanie niezależnie, bez podłączenia do sieci. Wówczas, taki układ nazywa się off-grid i ma on zastosowanie wszędzie tam, gdzie nie sięga energetyka. Wykorzystywany on jest szczególnie w krajach z dużymi, niezagospodarowanymi przestrzeniami (takich jak Australia czy Kanada),w Polsce natomiast fotowoltaika off-grid sprawdza się przede wszystkim w domkach letniskowych, czy na łodziach.
Jaki magazyn energii do fotowoltaiki?
W zależności od budowy elektrod i składu elektrolitu wyróżnić można kilka rodzajów akumulatorów. Przy czym najpopularniejsze z nich są akumulatory kwasowo-ołowiowe, (które na rynku zadebiutowały przeszło sto lat temu) oraz jedne z najlżejszych – akumulatory litowo-jonowe, które dzięki tej właściwości zastosowanie znalazły m.in. w sprzęcie elektronicznym (takim jak: laptopy, telefony komórkowe) i samochodach elektrycznych. Jednak poprawa parametrów baterii litowo-jonowych wraz z obniżeniem kosztów produkcji sprawiły, że są one bardziej dostępne zarówno dla osób fizycznych, jak i przedsiębiorstw (w tym bardzo dobrze nadają się do instalacji fotowoltaicznych). Według Bloomberg New Energy Finance, tendencja spadkowa będzie utrzymywać się przez najbliższe lata, co sprawi, że więcej osób będzie mogło sobie na nie pozwolić. Jeszcze w 2010 roku średnia cena baterii litowo-jonowych wynosiła około 1.000 dolarów/kWh, obecnie natomiast pojawiają się pogłoski, że producenci zdołali zejść do poziomu 100 – 120 dolarów za kilowatogodzinę ogniw Li-ion:
(opracowanie: enerad.pl, źródło: Bloomberg NEF)
Technologia litowo-jonowa ma również największy udział w globalnym wykorzystaniu i wynosi niemal 90 proc. Ten rodzaj baterii popularność zyskał za sprawą największej gęstości energii w porównaniu do ogniw kwasowo-ołowiowych lub niklowo-kadmowych. Dzięki czemu urządzenie o mniejszej pojemności oraz wadze może być ładowane i rozładowywane dużymi prądami (jest to szczególnie ważne zwłaszcza dla zastosowań domowych, gdy pojawiają się duże, lecz krótkie pobory mocy). Firmy, które wykorzystują w swoich magazynach energii ogniwa litowo-jonowe to m.in. Tesla, Sonnen, czy Enphase. W ostatnim czasie na uwagę zasługują również baterie przepływowe i sodowe, które pomimo pewnych wad (wynikających przede wszystkim z gabarytów i charakterystyki pracy) są obecnie intensywnie rozwijane jako zamienniki technologii litowo-jonowej:
(opracowanie: enerad.pl, źródło: CNESA Global Energy Storage Market Analysis, 2020 r.)
Niemcy europejskim liderem sprzedaży domowych magazynów energii
Najwięcej magazynów energii na świecie nadal instaluje się w Stanach Zjednoczonych i w Australii (łączna moc i pojemność bateryjnych magazynów energii zainstalowanych w USA w całym 2019 roku wyniosła 522,7 MW i 1,113 GWh). Jak wynika z tegorocznego podsumowania inwestycji na rynku bateryjnych magazynów energii w USA, autorstwa firmy Wood Mackenzie, w 2020 roku, już jedna na cztery instalacje fotowoltaiczne w Kalifornii montowana jest z magazynem energii (natomiast na Hawajach już w 2019 roku niemal każdy nowy prosument decydował się od razu na zakup magazynu energii).
Natomiast z danych stowarzyszenia SolarPower Europe wynika, że w Europie liderem, jeśli chodzi o sprzedaż domowych magazynów energii, są nasi zachodni sąsiedzi. Tylko w 2019 roku niemiecki rynek odpowiadał za 2/3 sprzedaży tych urządzeń w Europie, a u tamtejszych prosumentów, pod koniec ubiegłego roku działały już magazyny energii o łącznej pojemności 1,328 GWh. Największym zainteresowaniem wśród niemieckich klientów w pierwszej połowie 2020 roku cieszyły się domowe magazyny energii następujących producentów: Sonnen (21 proc.), BYD (19 proc.), E3/DC (15 proc.) i Senec (15 proc.):
(opracowanie: enerad.pl, źródło: EUPD Research)
Niemieckie stowarzyszenie branży solarnej Bundesverband Solar Wirtschaft (BSW Solar), podało natomiast, że tylko w latach 2018 – 2019 liczba magazynów energii w domach naszych zachodnich sąsiadów rosła co roku o 50 procent. Obecnie zaś niemieccy prosumenci, eksploatujący domowe instalacje fotowoltaiczne, posiadają ponad 200 tys. magazynów energii. Przy czym, urządzeń tych montowano by znacznie więcej, gdyby nie blokujący ich rozwój tzw. podatek słoneczny, który jest naliczany dla określonej kategorii systemów fotowoltaicznych eksploatowanych w modelu autokonsumpcji.
Fotowoltaika, magazyn energii – wady
Pomimo wielu zalet i ciągłej redukcji kosztów, ten sposób magazynowania prądu z fotowoltaiki cały czas wykracza poza możliwości wielu polskich gospodarstw domowych. Nadal również instalacja pozwalająca na magazynowanie energii z fotowoltaiki jest zdecydowanie bardziej kosztowna, niż instalacja podłączona do sieci. Oczywiście, producenci magazynów energii wychodzą naprzeciw potrzebom klientów, proponując coraz bardziej zróżnicowane rozwiązania (takie jak chociażby rodzaj wykorzystywanej technologii, czy pojemność akumulatorów). Jednak inwestor, który zdecyduje się na zakup tego urządzenia musi liczyć się z kosztami zaczynającym się od ok. 10.000 zł. za urządzenie. Przy instalacji fotowoltaiczna 6 kW (której cena całkowita brutto wynosi ok. 31.600 – 33.800 zł), koszt dopasowanego do niej magazynu energii wyniesie ok. 30.000 – 38.000 zł. Warto tu jednak podkreślić, że jego żywotność to obecnie od 5 do 20 lat przy ok. 10.000 cykli ładowania.
Kolejną wadą jest również mało rozbudowana oferta magazynów energii, które można kupić w Polsce. Przykładowo, na rynku niemieckim dostępne są rozwiązania od kilkudziesięciu producentów, co daje dużą różnorodność, zarówno po stronie wyglądu (niektóre urządzenia pod względem estetycznym pasują nawet do salonu), jak i cech funkcjonalnych. Część bowiem oferowanych systemów:
- pracuje po stronie AC inwertera, inne DC (dostępne są także takie, które mogą być stosowane w obu konfiguracjach);
- ma wbudowany inwerter lub trzeba go dokupić;
- umożliwia łączenie wielu jednostek w magazyn wirtualny.
Ponadto, technologia litowo-jonowa ma również swoje ograniczenia, ponieważ ten rodzaj akumulatorów musi być precyzyjnie ładowany. Zaburzenia tego procesu lub uszkodzenie baterii grozi samozapłonem ogniwa. Dlatego też niemieckie stowarzyszenia solarne i elektrotechniczne przy współpracy z instytucjami certyfikującymi, opracowały zalecenia w zakresie bezpieczeństwa, dotyczące parametrów domowych magazynów energii, które oparte są na akumulatorach Li-ion. Stały się one następnie podstawą do wprowadzenia w 2016 roku normy VDE-AR-E 2510-50.
Domowe magazyny energii – bez ich wsparcia dynamika rozwoju fotowoltaiki zostanie zahamowana
Domowe magazyny energii coraz częściej pojawiają się w ofercie handlowej wielu firm. Nadal jednak brakuje w Polsce odpowiednich regulacji, rząd bowiem bardzo powoli zabiera się za ten obszar. Za przykład może posłużyć choćby opracowany kilka lat temu projekt nowelizacji Prawa energetycznego, w którym zostały zawarte regulacje, mające doprecyzować zasady funkcjonowania magazynów energii w krajowym systemie elektroenergetycznym. Otóż projekt ten nie doczekał się nawet przyjęcia przez rząd, a jedyne co udało zrobić się w tym czasie, to wprowadzić do polskiego prawa trzy definicje magazynu energii. Polacy nie doczekali się również pilotaży jeśli chodzi o udział magazynów energii w świadczeniu usług sieciowych. Mogłyby je pełnić domowe magazyny energii (w tym agregowane w ramach wirtualnych elektrowni), stanowiąc tym samym dla prosumentów dodatkowe źródło dochodu.
Obecnie jednak system upustów dla prosumentów powoduje, że to właśnie sieć jest magazynem energii. Jest ona najczęściej wybierana, mimo tego że jej sprawność na poziomie 70 – 80 proc. to nie jest imponujący wynik (dostępne obecnie magazyny energii oferują znacznie więcej). Za wyższością tego pierwszego rozwiązania przemawia jednak również to, że w systemie upustów, prosument otrzymuje taki rodzaj magazynu energii za darmo na 15 lat, a ponadto nie musi przejmować się jego naprawami, kosztami eksploatacyjnymi, gwarancją producenta, czy też tym, że jego sprawność zacznie w tym czasie maleć.
Należy jednak podkreślić, że sieć nie jest magazynem, a utrzymanie jej bezpieczeństwa, w sytuacji gdy lawinowo rośnie w Polsce montaż instalacji prosumenckich jest coraz większym wyzwaniem. Bez wsparcia domowych magazynów energii natomiast rozwój fotowoltaiki może zostać skutecznie wyhamowany. Ponieważ tak duży przyrost liczby paneli fotowoltaicznych może zakończyć się tym, że będziemy mieć systemowy problem z odbiorem tej energii. Podczas odbywającej się w czerwcu prezentacji raportu Instytutu Energetyki Odnawialnej „Rynek fotowoltaiki w Polsce 2020” wiceminister rozwoju Krzysztof Mazur zaznaczył, że:
Potrzebujemy takich inwestycji, aby w bardziej słonecznych okresach zmagazynować energię, nie oddawać jej do sieci i potem wykorzystywać przez osoby fizyczne.
To między innymi dlatego system opustów ma zostać zamieniony na system sprzedaży nadwyżek energii z fotowoltaiki. Wiceminister zasygnalizował również prace nad wdrożeniem systemu dopłat do domowych magazynów energii, o co już zresztą od dawna postuluje Polskie Stowarzyszenie Magazynowania Energii, tylko one bowiem mogą stać się impulsem do rozwoju rynku.
W ostatnich miesiącach głośno było o poszerzeniu zakresu rządowego programu “Mój Prąd”, który miałby również wspierać prosumentów instalujących domowe magazyny energii. Według doniesień “Mój Prąd” miał być rozszerzony o kolejne ekorozwiązania, kompatybilne z fotowoltaiką, takie jak: domowe magazyny energii i przydomowe ładowarki do samochodów elektrycznych, które mogą stać się bodźcem do rozwoju elektromobilności w Polsce. Teraz wiadomo, że Mój Prąd 2023 będzie obejmował wspominany zakres inwestycyjny, a zmiany będą bezpośrednio powiązane ze zmianą systemu opustów.
