Był rok 2008, kiedy sprzedałem pierwszy moduł fotowoltaiczny w życiu. Z tego co pamiętam, był to moduł firmy IBC o mocy 125-130W i napięciu rozwarcia około 36V – skąd i po co moduły w tamtych czasach miały takie parametry? Otóż moduły te były zaprojektowane do budowania instalacji wyspowych. Instalacja taka składała się z modułu fotowoltaicznego (w tamtych czasach najczęściej jednego), regulatora ładowania i właśnie akumulatora. Przy czym były to zazwyczaj akumulator typu AGM (takie jak w UPS) lub żelowe. Niektórzy klienci kupowali wtedy sam moduł fotowoltaiczny z regulatorem ładowania i podłączali do akumulatorów samochodowych. Czym różniły się te typy akumulatorów? Każdy z nich miał nieco inne parametry pracy, sprawność i żywotność. Wynikało to z faktu, że każdy z nich był zaprojektowany do czego innego. Akumulatory cieczowe kwasowo ołowiowe, czyli samochodowe to jednostki typu „starting battery” czyli akumulatory rozruchowe; mają one za zadanie wydatkować silny prąd rozruchowy przez kilka sekund, a następnie przechodzą w stan ładowania. Akumulatory AGM to akumulatory buforowe, których zadaniem jest utrzymywanie energii w magazynie i jej oddanie w ciągu określonego czasu zapotrzebowania. W stosunku do akumulatorów samochodowych charakteryzowały się dłuższą żywotnością i bezobsługowością. Najlepszym rozwiązaniem w tamtych czasach stosowanym w instalacjach fotowoltaicznych wyspowych były akumulatory z zżelowanym elektrolitem. Były one zaprojektowane do długotrwałych ciągłych prądów ładowania i rozładowania oraz przeżycia około 300 cykli ładowania i rozładowania do 20% pojemności. Niestety w tamtych czasach było to jedno z najlepszych dostępnych rozwiązań jakie były w akceptowalnym zakresie cenowym dla małych instalacji offgrid. Wadą jaką od razu widać, była krótka żywotność takich akumulatorów – 300-400 pełnych cyki oznaczało, że przy intensywnej eksploatacji akumulator mógł zostać wyczerpany w ciągu roku. Radziliśmy sobie z tym w ten sposób, że zwiększaliśmy kilkukrotnie pojemność żelowego magazynu energii i dzięki temu spadała głębokość rozładowania, przez co zwiększała się liczba cykli. Kolejną kwestią w takich akumulatorach była relatywnie przeciętna sprawność. Akumulatory takie w realnych warunkach pracy osiągały około 80% sprawności – z czego wynikało, że z wpuszczonej do niego energii można było odzyskać jedynie 80% energii pierwotnej. Oznaczało to, że prawidłowo dobrana moc modułów fotowoltaicznych musiała być powiększona o dodatkowe 25%, aby zrekompensować straty akumulatora.
Kiedy na rynku zaczęły się pojawiać pierwsze akumulatory litowo-jonowe, tym co odróżniało je od akumulatorów kwasowych był fakt dużo dłuższej żywotności. Akumulatory te mają możliwość przeżycia 6000 cykli pełnego rozładowania i naładowania, co sprawia, że mogą być eksploatowane przez okres 10-15 lat. W odróżnieniu od akumulatorów kwasowych mają też dużo dłuższą gwarancję – zazwyczaj 10 lat. Dodatkowo ich sprawność wynosi często ponad 90%, czyli znowu pozytywnie odróżniają się do akumulatorów kwasowych. Tym, co utrudniało początkowy start akumulatorów litowo-jonowych była wręcz zaporowa cena. Akumulatory te w początkowej fazie sprzedaży były 8-10 krotnie droższe od akumulatorów kwasowo-ołowiowych, w związku z tym nie znajdowały wielu chętnych.
Obecnie ceny akumulatorów litowo-jonowych spadły na tyle, że są „zaledwie” trzykrotnie droższe w zakupie od akumulatorów żelowych, co sprawia, że uwzględniając ich trwałość i sprawność oraz długość gwarancji są obecnie najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem, które można zastosować do magazynowania energii z fotowoltaiki.
Świetnie! Udało nam się dobrnąć do miejsca, w którym możemy ustalić, że tak zwane obecnie „magazyny energii”, czyli zespoły akumulatorów litowo-jonowych lub pokrewnych są sensownym rozwiązaniem, które na pewno zasługuje na naszą uwagę. Ale czy jest to właściwy kierunek rozwoju? Czy może powinniśmy opierać się na innych rozwiązaniach, a obecna popularność magazynów energii to wynik mody i magii słowa „dotacja”?
Aby odpowiedzieć na to pytanie warto chwilę zastanowić się nad tym, po co w ogóle stosować magazyny energii? Od czasów Thomasa Edisona i pierwszej elektrowni uruchomionej do publicznego użytku w 1882 roku, podstawowym problemem było zapewnienie określonego napięcia zasilania doprowadzonego do odbiorców. Włączając w domu światło lub inny odbiornik nie zastanawiamy się nad tym, gdzie ta energia jest generowana i jak to jest, że praktycznie zawsze kiedy włączymy pstryczek mamy dostępną pożądaną ilość energii. No skąd ona się bierze? Czy jest zmagazynowana w kablach przesyłowych? A może w elektrowni jest taki inteligentny generator, który gdy tylko włączymy w domu odbiornik automatycznie doprodukuje brakującą ilość energii? Otóż nie. W elektrowniach konwencjonalnych pracują generatory energii, które w określonym zakresie generują mniej więcej taka samą ilość energii. Kiedy użytkownicy włączają więcej odbiorników, wtedy tak naprawdę spada nieco napięcie w sieci i w tym samym czasie otrzymujemy nieco mniejszą moc przy odbiornikach o stałym oporze. Tak więc upraszczając — gdy generatory generują więcej energii, to napięcie w sieci rośnie, a gdy mniej — napięcie w sieci spada. Stąd wynikają dobowe wahania napięcia w sieci.
Gdy teraz spojrzymy na aktualną sytuację i zwiększającą się liczbę instalacji fotowoltaicznych w kraju, łatwo zauważyć, że nie możemy zwiększać ilości instalacji fotowoltaicznych bez zagwarantowania odbioru tej energii. Nadmiar energii możemy najprościej ujmując zmarnować (np. ogrzać powietrze na dworze – co jest pomysłem raczej niepoważnym, zważywszy na to, ile nas ta energia kosztuje) lub przekierować do późniejszego wykorzystania podgrzewając przykładowo wodę w zbiorniku buforowym. I jeśli już nagrzejemy wodę w zbiorniku i nie mamy co zrobić z energią wszyscy użytkownicy energetyki zaczynają wpuszczać nadmiar energii do sieci. Sieć energetyczna może przyjmować energię tylko w ograniczonej ilości, później napięcie rośnie i falowniki fotowoltaiczne zaczynają się wyłączać, a w ujęciu godzinowym cena energii maleje aż do osiągnięcia ujemnych wartości. W tym miejscu można już powiedzieć, że magazyny energii mogą pomóc uratować tę sytuację. Zamiast sprzedawać po niskiej stawce energię do sieci dużo bardziej opłacalnym jest zmagazynowanie jej w magazynie energii i wykorzystanie nocą, kiedy nie mamy energii z fotowoltaiki. Patrząc w ten sposób magazyny energii nie tylko wydają się realnym kierunkiem rozwoju, ale praktycznie koniecznym kierunkiem rozwoju całej cywilizacji i przede wszystkim dzięki nim możliwe będzie zrównoważone, ekologicznie i ekonomiczne wytwarzanie energii elektrycznej w bliższej i dalszej przyszłości.