Magazyn energii czy agregat prądotwórczy – co wybrać?

System awaryjnego zasilania – kiedy i dlaczego jest potrzebny?

Coraz więcej urządzeń i strategicznych dla funkcjonowania domu i firmy systemów opiera swoje zasilanie na ciągłości dostaw energii elektrycznej z sieci. Oznacza to, że efektywne i nieprzerwane działanie takich aspektów jak oświetlenie, ogrzewanie, monitoring, instalacja alarmowa, czy choćby serwer i modem, są uzależnione od niezawodności systemu zasilania. Jak wiadomo stan infrastruktury energetycznej w Polsce pozostawia wiele do życzenia, a jej przeglądy i modernizacja potrzebują większej częstotliwości i szerszego zakresu działań. To między innymi przestarzałe sieci energetyczne i brak ich elastyczności stały się powodem, dla którego polski ustawodawca zdecydował się na podjęcie w ramach kolejnej edycji programu Mój Prąd działań zmierzających do zintensyfikowania dynamiki rozwoju rynku magazynów energii i zwiększenia zainteresowania tymi urządzeniami wśród prosumentów.

Główną zasadą działania systemu awaryjnego zasilania jest dostarczenie energii elektrycznej w momentach zaniku napięcia w podstawowym źródle dostaw. W jakich zatem przypadkach warto zainwestować w system zasilania awaryjnego? Przede wszystkim wówczas, kiedy praca konkretnych urządzeń lub maszyn ma strategiczne znaczenie dla ciągłości funkcjonowania ważnych systemów i instalacji. Sytuacje, przed którymi może ochronić sprawnie działający system zasilania awaryjnego zarówno w przedsiębiorstwie, jak i w domu, to między innymi:

• utrata danych oraz niezapisanych informacji w wyniku przepięcia w sieci;
• uszkodzenie komponentów urządzeń elektrycznych i elektronicznych;
• przestoje w pracy linii produkcyjnych i urządzeń biurowych;
• brak możliwości wykonania zaplanowanych prac;
• brak możliwości naładowania urządzeń akumulatorowych;
• wszelkie konsekwencje braku oświetlenia, ogrzewania, klimatyzacji, monitoringu itp.

Oczywiście podane wyżej sytuacje to tylko niewielki procent strat będących konsekwencją zaniku dostaw prądu z sieci. W skali makro następstwa takich epizodów mogą być zdecydowanie bardziej poważne i w określonych przypadkach zagrażać nawet bezpieczeństwu, zdrowiu i życiu ludzi.

Agregat prądotwórczy – co to za urządzenie?

Dobór systemu lub urządzenia zasilania awaryjnego zależy od kilku czynników, do których należą między innymi: moc zasilanych urządzeń i struktura instalacji, wymagany poziom jej zabezpieczenia, szacowany czas podtrzymania zasilania, ewentualne dodatkowe możliwości systemu oraz budżet inwestora. Od lat jednym z najpopularniejszych urządzeń na rynku oferujących funkcję awaryjnego źródła zasilania, jest agregat prądotwórczy (nie mylić z alternatorem). Urządzenie to działa na zasadzie przekształcania energii mechanicznej w energię elektryczną. Kluczowe jest tu fakt, że agregat prądotwórczy wyposażony jest w silnik spalinowy, który z kolei w wyniku spalania paliwa (benzyny, ropy naftowej, oleju napędowego lub gazu ziemnego) wprawia wirnik prądnicy w ruch. Zmienia się wówczas jego strumień magnetyczny, a w obwodzie prądnicy (stojana), na którą nawinięte jest uzwojenie powstaje prąd elektryczny.

Jak wybrać agregat prądotwórczy?

Pomimo tego, że schemat budowy i działania agregatu prądotwórczego może się wydawać nieco skomplikowany dla niezorientowanej w tym obszarze osoby, to tak naprawdę wybór właściwego urządzenia zależy jedynie od kilku podstawowych aspektów:

• planowane przeznaczenie – w decyzji o wyborze konkretnego agregatu prądotwórczego bardzo istotnym będzie fakt ustalenia, jakie ma być docelowe zastosowanie tego urządzenia. Chodzi mianowicie o to, czy agregat będzie miał za zadanie generować energię elektryczną w trybie zasilania awaryjnego, czy inwestor planuje przeznaczyć go do pracy ciągłej (firmy budowlane, eventy itp.). Aspekt ten jest kluczowy w optymalizacji kosztów eksploatacji urządzenia;
• rodzaj napięcia – agregaty prądotwórcze dzielą się z zasady na te o napięciu jednofazowym i trójfazowym. To, który rodzaj agregatu wybrać zależy przede wszystkim od napięcia urządzeń, jakie ma on zasilać. Większość sprzętów AGD to urządzenia jednofazowe, lecz jeżeli przeznaczeniem generatora będzie zasilanie trójfazowych systemów, to wybór będzie prosty. Należy bowiem zadbać o równomierne obciążanie faz;
• prognozowane obciążenie – celem dobrania odpowiedniego agregatu prądotwórczego należy oszacować, jakiemu zapotrzebowaniu na moc będzie musiał on sprostać. Zakup agregatu o zbyt małej mocy nie pozwoli w trybie awaryjnym podtrzymać pracy wszystkich najważniejszych urządzeń i systemów, natomiast generator o zbyt dużej mocy może się okazać niepotrzebną inwestycją;
• dodatkowe funkcje – agregaty prądotwórcze obciążone są istotnymi ograniczeniami, które mogą utrudniać, a nawet wykluczać korzystanie z nich w określonych sytuacjach. Producenci, wychodząc naprzeciw potrzebom klientów oferują obecnie agregaty o wodoszczelnych obudowach, wygłuszających ich pracę. Dodatkowo coraz więcej urządzeń posiada funkcję automatycznego rozruchu w chwili zarejestrowania braku zasilania ze źródła pierwotnego.

Magazyn energii – czym się wyróżnia?

Do rozpatrzenia magazynu energii w kontekście alternatywy dla agregatu prądotwórczego przyjmujemy magazyny energii o konstrukcji bateryjnej, na którą składają się ogniwa litowo-jonowe lub na przykład litowo-żelazowo-fosforanowe. Takie urządzenie działa na zasadzie akumulatora o wybranej przez inwestora pojemności i mocy, które muszą być dostosowane do zapotrzebowania energetycznego gospodarstwa domowego lub przedsiębiorstwa. Kluczowym w użytkowaniu akumulatora bateryjnego jest takie zaplanowanie go w systemie energetycznym, aby mógł być sukcesywnie ładowany i rozładowywany. Energia może być zatem pobrana bezpośrednio z sieci lub na przykład z odnawialnego źródła energii. Naładowany magazyn energii będzie zasilał sprzęty i systemy przez czas uzależniony od jego mocy i pojemności w stosunku zaplanowanego obciążenia.

Tym, co wyróżnia magazyn energii jako źródło awaryjnego zasilania jest fakt, że jego użytkowanie może być w pełni ekologiczne i oparte o współpracę z OZE bez konieczności zapewnienia dodatkowego źródła zasilania w postaci na przykład silnika spalinowego. Zasada działania bateryjnego magazynu energii opiera się na konwersji energii elektrycznej (pozyskanej na przykład z fotowoltaiki) w związki chemiczne. W momencie wystąpienia zapotrzebowania na prąd, na przykład podczas braku dostaw z sieci, akumulator oddaje zgromadzony wcześniej prąd zasilając kluczowe sprzęty i systemy. Nowoczesne magazyny energii wyróżniają się wysoką wydajnością, sprawnością, żywotnością, bezgłośną pracą, estetycznym designem, niską awaryjnością oraz modułową konstrukcją umożliwiającą rozbudowę pojemności magazynu w razie potrzeby.

Magazyn energii i agregat prądotwórczy – porównanie cech

Bateryjny magazyn energii oraz agregat prądotwórczy to konstrukcyjnie zupełnie różne urządzenia, które porównywać można właściwie jedynie pod kątem ich zastosowania w charakterze awaryjnego źródła zasilania. Już samo przeznaczenie konstrukcyjne tych urządzeń jest zgoła inne. Magazyn energii ma za zadanie kumulować i w razie potrzeby oddawać prąd, natomiast agregat prądotwórczy – jak sama nazwa wskazuje – generuje energię elektryczną. W poniższej tabeli znajduje się porównanie cech obu tych urządzeń, które mogą być istotne z perspektywy inwestora planującego zakup systemy awaryjnego zasilania.

W odniesieniu do powyższego zestawienia należy się kilka wyjaśnień. Zarówno bateryjny magazyn energii, jak i agregat prądotwórczy, co już zostało ustalone, mogą pracować w charakterze awaryjnego źródła zasilania. Różnicą jest tu fakt, że raz naładowany magazyn energii oddaje prąd do czasu rozładowania bez konieczności dodatkowego zasilania w trakcie trwania tego procesu, silnik agregatu natomiast musi być sukcesywnie zaopatrzany w paliwo. Magazyny energii charakteryzują się także ważną cechą pozwalającą rozbudowywać ich pojemność, przez co są w stanie podtrzymać działanie rosnącej ilości urządzeń, natomiast możliwości agregatu prądotwórczego są w tym zakresie względnie stałe. Prosta konstrukcja magazynu sprawia, że urządzenie jest bardzo mało awaryjne, natomiast intensywne użytkowanie agregatora w połączeniu ze sporą ilością eksploatowanych komponentów zdecydowanie zwiększa ryzyko awarii tego urządzenia.

[info]Główną różnicą pomiędzy użytkowaniem bateryjnego magazynu energii i agregatu prądotwórczego, jest ekologiczny aspekt tej inwestycji. Magazyn energii do ładowania może wykorzystywać bowiem energię pozyskaną z odnawialnych źródeł, a jego praca nie emituje szkodliwych substancji. Baterie po zużyciu mogą ponadto zostać zrecyklingowane. Agregat natomiast jest napędzany w wyniku spalania paliw kopalnych, co nie wpisuje się w działania proekologiczne. Inwestycja początkowa w magazyn energii wiąże się oczywiście z dużo wyższymi nakładami finansowymi, jednak nie wymaga następnie choćby sukcesywnego zakupu paliwa.[end]

Akumulator bateryjny i agregat – współpraca z fotowoltaiką

Biorąc pod uwagę fakt popularności fotowoltaiki w Polsce, co doskonale obrazuje nasz raport podsumowujący PV w 2022 roku, nie sposób w porównaniu magazynu energii i agregatu prądotwórczego pominąć aspektu współpracy tych urządzeń z instalacją PV. Okazuje się bowiem, że nie tylko bateryjne akumulatory, które często projektowane są pod funkcjonowanie w takim systemie, ale także agregaty mają swoje zastosowanie we wsparciu działania fotowoltaiki. Jak ta współpraca wygląda w przypadku obu tych urządzeń?

Bateryjny magazyn energii w systemie z instalacją fotowoltaiczną działa na bardzo prostej zasadzie. W okresie, w którym panele fotowoltaiczne pracują, pozyskiwany przez nie prąd stały konwertowany jest za pomocą falownika na prąd zmienny. Ten z kolei trafia do magazynu energii, zasila na bieżąco systemy jak i urządzenia, a nadwyżki energii, których nie jest w stanie zgromadzić akumulator wysyłane są do sieci. Nocą, lub w okresach ograniczonej produkcji prądu przez instalację PV, energia zgromadzona w akumulatorze zasila sprzęty i urządzenia. Aby magazyn energii mógł być efektywnie wykorzystywany w charakterze awaryjnego źródła zasilania, ważne aby pamiętać o tym jak dobrać magazyn energii do fotowoltaiki i zapotrzebowania energetycznego gospodarstwa domowego lub firmy. Pojemność i moc urządzenia muszą być tak oszacowane, aby w przypadku wystąpienia awarii zasilania z pierwotnego źródła np. nad ranem, magazyn mógł nadal przez określony czas oddawać zgromadzoną energię.

Zupełnie inaczej wygląda natomiast współpraca agregatu prądotwórczego z instalacją PV i można ją omówić na przykładzie rozwiązania od firmy Fronius o nazwie “PV-Genset Easy Solution”. W skład takiego zestawu wchodzą panele fotowoltaiczne w określonej ilości, inwertery Fronius, sterownik PV-GENSET Fronius, kontroler i licznik inteligentny oraz wreszcie agregat prądotwórczy napędzany silnikiem diesla. W standardowym trybie pracy system działa, jak każda instalacja PV on-grid, a więc panele produkują prąd, który zasila sprzęty, a nadwyżki energii oddawane są w całości do sieci, gdyż nie ma ich gdzie zamagazynować.

W momencie zaniku zasilania ze źródła pierwotnego, następuje samoczynne uruchomienie agregatu prądotwórczego i odłączenie całego systemu od sieci. Agregat dostosowuje prędkość swojej pracy do wolumenu energii pozyskiwanej przez instalację PV. W momencie, w którym nie jest ona w stanie produkować prądu, agregat intensyfikuje swoje działanie. W takiej sytuacji powstałe nadwyżki prądu nie mogą zostać zmagazynowane ani odesłane od sieci, więc są niwelowane za pomocą technologii MPPT (regulowanie ładowania). W momencie, w którym zasilanie ze źródła pierwotnego powróci, system ponownie podłącza się do sieci elektroenergetycznej, a agregat prądotwórczy wyłącza się. Takie rozwiązanie jest najczęściej wykorzystywane przez przedsiębiorstwa, hale i zakłady produkcyjne, które nie mogą pozwolić sobie na choćby kilkuminutowe przestoje w pracy.

Agregat prądotwórczy bardziej opłacalny od magazynu energii?

Pomimo wdrożenia systemowego dofinansowania do magazynów energii inwestycja w zakup takiego urządzenia, nadal stanowi większe wyzwanie finansowe od nabycia podstawowego agregatu prądotwórczego. Ceny tych urządzeń zaczynają się już na poziomie 1500 zł, a kończą na kilkudziesięciu tysiącach złotych. W zależności od rodzaju paliwa agregat spala go średnio od 1,5 litra do 5 litrów na godzinę. W kontekście kosztów eksploatacji generatora trzeba więc oczywiście brać pod uwagę rosnące ceny paliw (benzyna, olej napędowy, a nawet LPG), a także aspekt zużywania się podzespołów takiego urządzenia. Naprawy i wymiany komponentów w perspektywie czasu mogą się okazać kosztowne i niejednokrotnie nieopłacalne. Warto także pamiętać, że eksploatując agregat prądotwórczy oprócz kosztu zakupu, na bieżąco musimy w ten system zasilania awaryjnego inwestować. Podwyższenie górnego limitu dopłat w 2022 roku sprawi, że ceny magazynów energii staną się zdecydowanie bardziej przystępne dla inwestorów i wówczas dysproporcje w opłacalności tych urządzeń w porównaniu do agregatów mogą ulec istotnym zmianom.

Analizując opłacalność agregatów prądotwórczych warto wziąć także pod uwagę aspekt ekologiczny. Choć producenci tych urządzeń starają się zminimalizować emisję spalin w tych urządzeniach, to nadal trzeba mieć na uwadze, że napędzane są one paliwami kopalnymi, od których w każdym możliwym aspekcie warto sukcesywnie odchodzić. Czy agregat prądotwórczy jest obecnie bardziej opłacalnym rozwiązaniem w zakresie awaryjnego systemu zasilania niż magazyny energii? W wielu przypadkach z pewnością tak. Czy jednak biorąc pod uwagę wszystkie aspekty, wybór agregatu jest zawsze korzystniejszy niż inwestycja w system magazynujący energię? Zdecydowanie nie.

Awaryjne zasilanie – jak zapewnić sobie energetyczną niezależność?

Rozważając wybór rozwiązania w zakresie awaryjnego źródła zasilania każdy inwestor powinien indywidualnie przeanalizować swoją sytuację i określić aspekty, na których w ramach tego przedsięwzięcia mu zależy. Choć obecnie z ekonomicznego punktu widzenia zakup agregatu prądotwórczego może być bardziej opłacalny od inwestycji w magazyn energii, to już niedługo wiele w tym obszarze ulegnie zapewne zmianie. Wciąż warto mieć na uwadze funkcje obu urządzeń i dopasować je do własnych potrzeb. Chcąc zmierzać w kierunku stopniowego uniezależnienia się od dostaw prądu z sieci, zdecydowanie lepszym rozwiązaniem będzie system magazynowania energii. Jeżeli priorytetem ma być jedynie doraźna produkcja prądu, być może warto rozważyć zakup agregatu. Aspekt ekologiczny i komfort użytkowania obu tych rozwiązań również należy do indywidualnego rozpatrzenia przez każdego inwestora.