Akumulace energie

Solární elektrárna i větrná elektrárna vyrábějí energii v závislosti na dostupnosti daného zdroje energie, tedy pokud svítí slunce nebo pokud fouká. Pokud není v objektu taková konstantní spotřeba, která okamžitě spotřebuje veškerou vyrobenou energii (například fabriky a výrobní haly s velkou konstantní spotřebou), pak je nutné použít nějakou verzi akumulace energie, aby nebyla zbytečně plýtvána anebo nevýhodně prodávána či dokonce zadarmo přepouštěna do distribuční sítě.

Akumulací energie je možné zvýšit účinnost systému i o více jak 60 %, proto je vhodné do správného bateriového uložiště investovat.

Akumulaci energie lze provádět dvěma základními typy:

První a nejlevnější, ale také limitovaný ve využití je akumulace do teplé vody (bojler, akumulační nádrže).

Druhá varianta je akumulace přímo elektrické energie pro pozdější využití. Tato varianta je nákladnější, ale energie může být využita pro cokoliv. Akumulace většinou probíhá pomocí chemické přeměny (baterie/akumulátory) ale existují i systémy s akumulací do kinetické energie (přečerpávací nádrže, kinetická kola) anebo přímo s akumulací čistě elektrické energie (kapacitory).

Baterie

V současné době se používají dvě hlavní technologie baterií, a to baterie na bázi lithia a na bázi olova.

Baterie na bázi lithia

Dnes stále častěji používaná technologie je technologie LiFePO (lithium – železo – fosfátové baterie). Tyto baterie mají dlouhou životnost standardně přesahující 5000 cyklů (přes 20 let) při standardním vybíjení o 80 % a záruka na baterii bývá okolo 10 let. LiFePO baterie s BMS (battery management systém) se dají vybíjet maximálně o 90 %, při vybití o více jak 90 % dochází k velmi rychlé degradaci baterie a elektronika (BMS) to nedovolí. Velká výhoda těchto baterií je nízká váha a malá náročnost na prostor, další výhodou je dobrá vybíjecí a nabíjecí charakteristika, která však úzce souvisí s okolní elektronikou baterie (BMS), která řídí vybíjení a nabíjení. Pokud například výrobce deklaruje u LiFePO článků cykličnost přes 7000 cyklů, pak je to velmi pravděpodobně dáno omezením výkonu, který je baterie schopna během vybíjení poskytnout, akumulátor tak není tolik namáhán a je tak zaručena delší životnost, která je však vykoupena nutností přiživení na distribuční soustavě. Cena baterie LiFePO s dobrým poměrem cena/výkon je okolo 14 kč za využitelnou Wh.

Pylontech Phantom 2x2,4 kWh
BYD B-Box 10kWh

Li – Ion baterie většinou LiNiMnCo (NMC) je technologie, kterou například používá Tesla u svých elektromobilů, či která se běžně používá v osobních počítačích či mobilech. Velká výhoda technologie je lehkost článků a malá váha baterie (technologie má vysokou energetickou hustotu). Další výhodou baterie jsou velké výkony, které je schopna poskytnout a dlouhá životnost i přes 6000 cyklů. Toto je však vykoupené vyšší cenou, která je zapříčiněna vysokými nároky na bezpečnost (drahá elektronika, která hlídá teplotu jednotlivých článků, přebití a případně i jejich odpojení). S ohledem na bezpečnost, vysoké výkony a cenu je tato technologie vhodná spíše pro instalace v komerčních objektech.

BMZ Li-Ion baterie pro komerční využití

HE3DA tato revoluční baterie české výroby prozatím není v běžném prodeji a pravděpodobně ani dlouho nebude, jelikož výrobní kapacita je na dlouhou dobu vyprodána. baterie dosahuje až 10000 cyklů a její výroba je až 8krát levnější než u dnes běžně používaných lithiových baterií.

Olověné baterie

Klasická a velmi dobře zaběhnutá technologie, která byla vyvinuta již v roce 1859. Ve stacionárních instalacích (ostrovní a hybridní systémy) je stále velmi hojně používaná a v poslední době prošla i mírnou inovací. Do ostrovních a hybridních systému jsou nejvíce vhodné dva typy olověných akumulátorů, a to zaplavené trakční baterie velmi podobné bateriím použitým například ve vysokozdvižných vozících. Tyto baterie jsou koncipované pro cyklické namáhání, kde dosahují až 1800 cyklů při 80 % vybití, a to při velmi nepříznivých podmínkách (vysoké teplotní rozdíly, vysoké vybíjecí proudy, nárazové vybíjení). V domácích uložištích se tak má tato baterie jako v bavlnce, je vybíjena cyklicky o 50 % za konstantní teploty a dosáhne tak až 3000 cyklů (přes 10 let).

Druhou vhodnou baterií na bázi olova je inovace zaplavené trakční, a to technologie Lead – Carbon. Tyto baterie mají olověnou elektrodu protkanou karbonovými nano-trubicemi a spojuje v sobě tak vlastnosti superkapacitoru a akumulátoru. Tyto baterie dosahují lepších vybíjecích a nabíjecích charakteristik, než klasické trakční baterie a dosahují také lepší životnosti. U 2 V článků můžeme při zapojení do 48 V systému dosáhnout až 5000 cyklů (až 20 let) při vybíjení o 50 %.

Výhoda olověných baterií, je možnost občasného vybití až o 100 % (při výpadku DS) a jejich cena (okolo 9 kč za využitelnou Wh). Další výhoda je v možnosti v nenáročnosti baterie na chování uživatele. Tyto baterie jsou velice bezpečné při prakticky jakémkoliv zacházení (v mezích selského rozumu). Nevýhodou baterie je velká váha, náročnost na prostor a také nižší životnost.

Lead - Carbon baterie NARADA 2V
Lead - Carbon baterie JPC 12V

Průtočné baterie

Tyto baterie mají skvělé vlastnost jak z hlediska vybíjecích a nabíjecích charakteristik, tak v kapacitě a životnost baterie velmi převyšuje dokonce životnost baterie HE3DA (až 20000 cyklů, či 25 let, následně se vymění elektrolyt a baterie funguje nadále bez omezení dalších 25 let). Tyto baterie jsou řešeny jinak než běžně používané akumulátory. Výkon baterie je řešen počtem elektrod, přes které protéká elektrolyt, jehož objem udává kapacitu baterie. Baterie průtočné technologie je možné vybíjet o 100 % a jejích kapacita se během životnosti nemění.

Je mnoho chemických řešení průtočných baterií, každé řešení se liší cenou a potřebnou velikostí (energetickou hustotou).

Bohužel, prozatím tyto baterie nejsou hromadně produkovány, a tak je jejich cena pro běžné domovní instalace neúnosná. Pro velké komerční instalace (200 kWh a více) se však investice do této technologie vyplatí.

Akumulační nádrže

Využití akumulace energie do teplé vody je vhodné běžně vhodné pro instalace v kombinaci s tepelným čerpadlem, nebo elektrokotlem. Při využití kombinace větrné a fotovoltaické elektrárny může dojít k výrobě přebytků dokonce i v zimě, pak je vhodné využít přebytečné energie pro vytápění objektu. V této situace je tak vhodné mít možnost druhotné akumulace do teplé vody, kterou je možná následně využít ke snížení nákladů na vytápění.

Při kombinaci fotovoltaické elektrárny a tepelného čerpadla je vhodné mít možnost alespoň malé akumulace do teplé vody. adlo má skvělou výkonnost a vzhledem k přibývajícím slunečních dnů během zimy je možné využít potenciálního přebytku k podpoření vytápění.

Superkapacitory

Použití kapacitorů pro ukládání dlouhodobější ukládání energie je poměrně nová myšlenka. Tato technologie je velice výhodná s ohledem na životnost. Princip uložení energie není založen na chemické reakci, ale na fyzikálním principu. Kapacitory jsou bezkonkurenční v nabíjecí a vybíjecí charakteristice (nabíjení a vybíjení v jednotkách vteřin). Možná životnost je až 1 000 000 cyklů. Charakteristická je pro kapacitory nízká měrná energie Wh/kg, a vysoký výkon.

V současné době jsou kapacitory příliš drahé dokonce i oproti průtočným bateriím a jejich cena není výhodnější ani při využití ve velké instalaci.

Měniče

Měnič je základní středem všech instalací. Je to mozek celého řešení, který prakticky udává celou účinnost systému. Měnič musí být přítomen ve všech instalcích, až se jedná o fotovoltaickou elektárnu, větrnou elektrárnu vodní elektránu, či jejich kombinace. Teoretické zapojení bez měniče by bylo možné v případě, že by domovní instalace byla koncipována pro stejnosměrný proud. Většina objektů by tak však musela mít dva elektrické okruhy, jeden pro střídavý a druhý pro stejnosměrný proud. Daleko elegantnější a smysluplnější řešení je tak využití měniče, který většinou přináší i výhodu možnosti sledování spotřeby a výroby.

Vzhledem k důležitosti této části je vhodné pečlivě dbát na výběr měniče.

Existují hlavní tři technická řešení měničů, kopírující systém jejich použití.