Optymalizacja zużycia energii w instalacjach fotowoltaicznych: porównanie systemów z magazynem energii i bez.

W kontekście dynamicznie rosnących cen energii oraz coraz większej potrzeby zwiększenia niezależności energetycznej, instalacje fotowoltaiczne stają się jednym z kluczowych elementów nowoczesnych gospodarstw domowych i przedsiębiorstw. Aby jednak w pełni wykorzystać potencjał tej technologii, niezbędne jest zastosowanie magazynów energii, które pozwalają na optymalizację bilansu energetycznego. Na podstawie dwóch wykresów przedstawiających zużycie energii w gospodarstwie domowym z i bez magazynu energii, przedstawimy kluczowe różnice w funkcjonowaniu tych systemów.

1. Instalacja fotowoltaiczna bez magazynu energii

W przypadku instalacji bez magazynu energii, system PV pracuje jedynie w godzinach nasłonecznienia, kiedy produkcja energii jest największa. W takim układzie widać następujące zjawiska

• Bieżące zużycie energii w ciągu dnia (kolor żółty) jest w pełni zaspokajane przez produkcję z paneli fotowoltaicznych. W praktyce oznacza to, że w godzinach południowych gospodarstwo domowe korzysta niemal wyłącznie z darmowej energii słonecznej.
• Nadwyżki produkcji energii w szczytowych momentach (około południa) są oddawane do sieci (żółta linia). O ile polski system rozliczeń prosumenckich pozwala na pewien odzysk tej energii, to jednak zazwyczaj odbywa się to w formie bilansowania, co oznacza, że dostarczoną energię odbieramy po niższych stawkach lub z opłatami, co obniża opłacalność tego rozwiązania.
• Wieczorem i w nocy, kiedy zapotrzebowanie na energię wzrasta (szczególnie w godzinach 18:00–22:00), instalacja PV nie produkuje już energii, a gospodarstwo jest zmuszone do pobierania energii z sieci (pomarańczowy obszar). Zwiększa to koszty operacyjne i zmniejsza efektywność inwestycji w fotowoltaikę, ponieważ korzystamy z energii pochodzącej od zewnętrznych dostawców, często w czasie wyższych stawek.

2. Instalacja fotowoltaiczna z magazynem energii

Włączenie magazynu energii do systemu PV znacząco poprawia jego efektywność i zwiększa poziom autokonsumpcji. W takim rozwiązaniu zachodzą następujące kluczowe zmiany:

• Bieżąca produkcja energii w ciągu dnia nadal pokrywa potrzeby energetyczne gospodarstwa, jednak nadwyżka produkcji nie jest oddawana do sieci, lecz ładowana do magazynu energii (zielony obszar na wykresie). W ten sposób nadmiar wyprodukowanej energii jest gromadzony i może być później efektywnie wykorzystany.
• Wieczorem i w nocy, gdy zapotrzebowanie na energię rośnie, gospodarstwo domowe korzysta z energii zgromadzonej w magazynie (jasnozielony obszar), zamiast pobierać ją z sieci. To rozwiązanie minimalizuje koszty związane z zakupem energii od dostawców, zwiększa autokonsumpcję i poprawia bilans ekonomiczny całej instalacji.
• Magazyn energii umożliwia również większą elastyczność w zarządzaniu produkcją i zużyciem energii. W kontekście coraz częstszych zmian w taryfach energii, magazyny pozwalają unikać pobierania prądu w okresach szczytowych, kiedy ceny są najwyższe, co dodatkowo poprawia rentowność całego systemu.

3. Korzyści z zastosowania magazynu energii

Fotowoltaika w połączeniu z magazynem energii staje się bardziej efektywnym i niezależnym systemem z punktu widzenia użytkownika. Poniżej przedstawiamy kluczowe zalety wynikające z integracji tych dwóch technologii:

• Zwiększenie autokonsumpcji: W przypadku instalacji PV bez magazynu, przeciętna autokonsumpcja wynosi około 20–30%. Z magazynem energii można zwiększyć ten wskaźnik do 70–90%, co bezpośrednio przekłada się na oszczędności.
• Ograniczenie oddawania energii do sieci: Oddawanie nadwyżek do sieci jest mało korzystne z finansowego punktu widzenia. Magazyn pozwala na pełne wykorzystanie wyprodukowanej energii w ramach własnych potrzeb.
• Uniezależnienie się od sieci energetycznej: Magazyn energii umożliwia zminimalizowanie zakupów energii z sieci, co nie tylko redukuje koszty, ale również zwiększa odporność na wahania cen energii i potencjalne awarie.
• Ochrona przed wzrostem cen energii: Rosnące koszty energii stanowią jedno z głównych wyzwań współczesnych systemów elektroenergetycznych. Magazyny energii, w połączeniu z fotowoltaiką, dają użytkownikom większą kontrolę nad zużyciem i kosztami energii.
• Efektywność ekonomiczna: Choć inwestycja w magazyn energii wymaga początkowych nakładów finansowych, korzyści wynikające z redukcji kosztów zakupu energii oraz wzrostu autokonsumpcji sprawiają, że systemy z magazynami zwracają się znacznie szybciej niż te, które opierają się wyłącznie na fotowoltaice.

4. Czy magazyn energii to przyszłość efektywnych systemów PV?

Wprowadzenie magazynów energii do instalacji fotowoltaicznych to krok w kierunku nowoczesnej, efektywnej i zrównoważonej energetyki. Umożliwiają one pełne wykorzystanie potencjału odnawialnych źródeł energii oraz zwiększają niezależność energetyczną użytkowników. W erze zmiennych taryf energetycznych, rosnących cen prądu oraz potrzeby zwiększenia bezpieczeństwa energetycznego, inwestycja w magazyn energii staje się nie tylko korzystna, ale wręcz niezbędna.

Podsumowanie:

Integracja fotowoltaiki z magazynem energii to najbardziej efektywne rozwiązanie dla nowoczesnych gospodarstw domowych i firm, które chcą zoptymalizować zużycie energii, zredukować koszty i zyskać większą niezależność od dostawców energii. Wraz z rozwojem technologii magazynowania energii, te systemy stają się coraz bardziej przystępne cenowo i opłacalne, co czyni je nieodzownym elementem przyszłościowych rozwiązań energetycznych.

Urządzenia na podstawie których stworzono wizualizację wykresów: