Strefa wiedzy

Wprowadzenie

Celem Bazy Wiedzy Scavolt jest przybliżenie Wam jak działa i z czego składa się instalacja fotowoltaiczna z magazynem energii. Dodatkowo w czytelny sposób przedstawiamy tu główne pojęcia, które warto znać, aby skutecznie poruszać się w tym obszarze.
Zachęcamy również do kontaktu z nami. Nasi specjaliści odpowiedzą na Państwa pytania.
Formularz kontaktu jest w zakładce „Gdzie jesteśmy”, pytania można również kierować na nasz adres Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

Żarówka

Na wstępie zobaczmy jakie są główne elementy instalacji fotowoltaicznej:

  • Panele fotowoltaiczne (PV) - wytwarzają energię elektryczną ze słońca w postaci prądu stałego (DC).
  • Inwerter (inaczej zwany falownikiem) – zmienia prąd ze stałego (DC) na zmienny (AC) czyli na taki jaki jest w naszej sieci elektrycznej. Inwerter zawiaduje też całym systemem i optymalizuje jego prace.
  • Oprogramowanie poszczególnych elementów – steruje pracą instalacji.
  • Magazyn energii (ESS) – przechowuje wyprodukowaną energię elektryczną.
  • Sieć odbiorcza – sieć elektryczna do której podłączone są urządzenia.

 

Instalacja fotowoltaiczna z magazynem energii

Instalacja fotowoltaiczna (PV) z magazynem energii (ESS) to nowoczesny sposób na zwiększenie autokonsumpcji wytwarzanej energii i znaczące obniżenie rachunków za prąd. Magazyn pozwala na przechowywanie energii w okresach jej nadmiaru i zużycie jej na własne potrzeby wtedy, kiedy instalacja nie produkuje prądu lub kiedy zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrasta ponad możliwości instalacji fotowoltaicznej. Innym zastosowaniem magazynu jest przechowywanie energii, kiedy jest ona tańsza i używanie lub sprzedaż wtedy, gdy cena jest dużo wyższa.
Sercem takiej instalacji jest specjalny rodzaj inwertera (IV) tzw. falownik hybrydowy. Dlatego jeśli dopiero planujecie Państwo zainstalować u siebie fotowoltaikę to przyszłościowym rozwiązaniem jest wyposażenie jej w falownik hybrydowy, który umożliwia bezproblemowe podłączenie magazynu energii.
Jeśli macie już falownik hybrydowy, a nie macie magazynu energii to należy dobrać odpowiednią wielkość takiego magazynu w zależności od marki falownika, mocy instalacji, zużycia energii i innych parametrów. Rysunek 1 obrazuje schemat takiej instalacji.

Schemat

Rys.1 Instalacja fotowoltaiczna z hybrydowym falownikiem

 

Jeśli Wasza instalacja jest wyposażona w standardowy falownik (niehybrydowy) i nie planujecie wymiany go na hybrydowy to nadal możecie dodać do swojego systemu magazyn energii. Należy wtedy dołożyć dodatkowy falownik magazynu energii. Istnieją magazyny, który taki falownik (tzw. PCS) mają wbudowany. Rysunek 2 przedstawia schemat takiego połączenia.

Schemat

Rys.2. Magazyn energii dołożony do tradycyjnego systemu fotowoltaicznego

Magazyn energii

Magazyn energii (ang. ESS – Energy Storage System) to nowoczesne urządzenie, którego funkcją jest przechowywanie zgromadzonej energii elektrycznej w postaci prądu stałego (DC), gdyż technicznie nie ma możliwości, aby magazynować prąd zmienny (AC), czyli taki jaki jest w naszej domowej sieci elektrycznej.

Magazyn energii

Magazyn energii współpracujący z odnawialnym źródłami energii (OZE) zależnymi od warunków pogodowych takich jak np. fotowoltaika, skutecznie i wyraźnie zwiększa utylizację takich instalacji. W czasie wysokiej produkcji prądu i niskiego zużycia, nadmiarowa ilość wyprodukowanej energii trafia do magazynu, aby można było użyć jej w momencie, kiedy zapotrzebowanie na prąd będzie wyższe niż dostępna produkcja. Sytuacja taka ma często miejsce w instalacjach fotowoltaicznych, gdy domownicy są nieobecni (praca, szkoła etc.), a warunki pogodowe pozwalają na dużą produkcję energii elektrycznej
W zależności od potrzeby, magazyn energii może być podłączony do instalacji produkującą energię elektryczną np. fotowoltaiki (w tym przypadku magazyn będzie podłączony do prądu stałego tzw. DC coupling – zob. Rysunek 1) lub do sieci energetycznej (podłączenie do prądu zmiennego tzw. AC coupling – zob. Rysunek 2).

Falownik

Falownik odpowiada za zamianę prądu stałego (DC) wytworzonego przez panele fotowoltaiczne, na prąd zmienny (AC). Jednocześnie jest to system sterujący całą instalacją, zapewniający jej bezpieczną i zrównoważoną pracę.
Inwerter hybrydowy to specjalny rodzaj inwertera używany w instalacjach z magazynem energii.
Inwerter ten podobnie jak zwykły inwerter zamienia wytwarzany przez fotowoltaikę prąd stały na zmienny i przekazuje go do sieci. Jednocześnie posiada także funkcję dwukierunkowego przesyłu prądu stałego do magazynu energii i z powrotem – ilustruje to Rysunek 1.
Istnieje jeszcze trzeci rodzaj inwertera występujący w systemach wykorzystujących magazyny energii, które podłączone są bezpośrednio do sieci prądu zmiennego – jest to tak zwany PCS (z ang. Power Conversion System). PCS konwertuje prąd zmienny (AC) na prąd stały (DC) w momencie ładowania magazynu, a w chwili oddawania prądu z magazynu do sieci zamienia go ze stałego (DC) w zmienny (AC).

Scenariusze – czyli jak wybrać i podłączyć magazyn energii

Magazyn energii elektrycznej przechowuje energię elektryczną w formie prądu stałego (DC) czyli takiego jaki wytwarzają panele słoneczne. Jednak w zależności od potrzeby lub możliwości można podłączyć go zarówno do prądu stałego (DC) jak i zmiennego (AC). Zależy to od odpowiedzi na kilka pytań, które prezentujemy poniżej.
Z kolei pojemność magazynu energii zależeć będzie od wielu indywidualnych czynników związanych zarówno z technicznymi aspektami istniejącej lub planowanej instalacji jak i potrzebami użytkowników.

Znaki zapytania

Wyliczenia takiego należy dokonać najlepiej z naszymi specjalistami. Do celów szacunkowych można przyjąć ~1.5x mocy zainstalowanej w panelach fotowoltaicznych.

  • Moc instalacji PV: 4kWp
  • Magazyn energii: 1.5 x 4k = 6kWh

Podstawowym pytaniem, które należy zadać to czy magazyn będzie podłączony do istniejącej instalacji fotowoltaicznej czy będzie elementem nowej instalacji, która dopiero powstanie?

1. Nowa instalacja

W zdecydowanej większości przypadków najlepszym rozwiązaniem będzie wyposażenie nowej instalacji w inwerter hybrydowy, który zapewni możliwość podłączenia magazynu przez prąd stały (DC). Rysunek 1 ilustruje takie rozwiązanie.

2. Istniejąca instalacja

     a) Wyposażona w inwerter hybrydowy

W przypadku istniejącej instalacji należy w pierwszej kolejności sprawdzić jaki inwerter został w niej zamontowany. Jeśli jest to inwerter hybrydowy wtedy magazyn podłączamy bezpośrednio do tego inwertera tak jak w przypadku nowej instalacji (zob. 1 Nowa instalacja oraz rys. 1).

     b) Wyposażona w standardowy inwerter

Jeśli istniejąca instalacja wyposażona jest w standardowy inwerter to pozostają do rozważanie dwie opcje. Pierwsza to wymiana inwertera na hybrydowy (rys. 1), a druga to podłączenie magazynu energii do prądu zmiennego (AC) czyli tzw. AC coupling (rys 2). W przypadku drugiej opcji należy dołożyć do magazynu energii specjalny rodzaj inwertera zwany PCS

Przydatne terminy i skróty

BMS
BMS to z angielskiego Battery Management System, a więc system zarządzania magazynem energii. To nowoczesna technologia, która monitoruje działanie każdego z ogniw magazynu, zapewniając jego optymalne naładowanie, bezpieczeństwo użytkowania i zapewnia komunikacje z pozostałymi elementami systemu, do którego podłączony jest magazyn.
DoD
Z angielskiego to Depth of Discharge czyli głębokość na jaką może rozładować się magazyn energii. Wartość ta podawana jest w procentach. Pozwala to wyliczyć (jeśli nie jest podana) wartość użytecznej energii zmagazynowanej. Jeśli nasz magazyn ma całkowitą pojemność 12 kWh i DoD 90% to jego użyteczna pojemność wynosi około 11 kWh. Wynik ten otrzymujemy mnożąc całkowitą pojemność magazynu przez wartość DoD.