Možnosti skladování energie u fotovoltaiky (baterie a TUV)

Základním stavebním prvkem fotovoltaické elektrárny je fotovoltaický článek, který zajišťuje přeměnu sluneční (resp.světelné) energie na elektrickou. Tyto články jsou podle požadovaného napětí a odebíraného proudu seskupeny do větších celků, a tak vytvářejí tzv. fotovoltaické panely (moduly). Spojením několika panelů vznikají fotovoltaické systémy s požadovaným výstupním elektrickým výkonem a napětím.


Fotovoltaické systémy je možné použít různým způsobem, avšak mezi nejrozšířenější patří systémy autonomní (tzv. off-grid), bez nutnosti napojení na veřejnou elektrickou síť a systémy spojené s elektrickou sítí (tzv. on-grid). Existuje také tzv. HYBRID-systém, který podle potřeby pracuje jako ON-GRID nebo OFF-GRID. Pokud veřejná elektrická síť funguje (není porucha, výpadek apod.), systém pracuje jako ON-GRID, avšak přebytky energie z fotovoltaických panelů nekončí ve veřejné elektrické síti, ale jsou uskladněny v kumulátorové baterii. Pokud veřejná síť nefunguje, pak systém pracuje jako OFF-GRID, kdy (při nedostatku sluneční energie) využívá elektrickou energii naakumulovanou v bateriích. Pokud je dlouhodobý výpadek elektrické sítě a nestačí ani dodávka elektrické energie z baterie, tak je dodávka elektřiny zajišťována z tzv. náhradního zdroje (např. benzínové elektrocentrály).

Pokud jsme se rozhodli investovat do fotovoltaické elektrárny, naším hlavním cílem je, aby bylo použito co největší množství vyrobené energie na pokrytí vlastní spotřeby. Tak, abychom si co nejvíce snížili své účty za elektřinu. Pokud bychom chtěli, aby fotovoltaický systém fungoval co nejefektivněji, tak bychom se měli vždycky snažit spotřebovat jen takové množství elektrické energie, jaké je v daném okamžiku ve fotovoltaického elektrárně vyrobeno. Stěží je to však realizovatelné, jelikož spotřeba domácností kolísá, stejně jako nepředvídatelně kolísá i výroba elektrické energie v závislosti na intenzitě slunečního svitu.
Proto se naskýtá otázka: co dělat s přebytkem energie z fotovoltaických panelů, resp. naopak, co dělat v případě, že fotovoltaická elektrárna nevyrobí dostatek elektrické energie na pokrytí spotřeby domácnosti? V případě systému (on-grid nebo hybrid) může přebytečná elektřina skončit ve veřejné síti, resp. při nedostatku elektrické energie si ji načerpáme přímo ze sítě. Další možností v případě přebytku elektrické energie z fotovoltaického systému je přímá akumulace elektrické energie v akumulátorových bateriích, případně nepřímá přeměna elektrické energie na tepelnou v zásobníku teplé užitkové vody.

Takže uskladnění elektrické energie nám napomáhá zefektivnit výrobu a tím využití vyrobené elektrické energie v co největším rozsahu pro vlastní spotřebu, a to, aniž bychom museli přebytky bezplatně předávat do sítě, resp. v případě nedostatku čerpat elektrickou energii ze sítě. Naakumulovaná elektrická energie v době přebytku nám dává možnost jejího vyžití v době jejího nedostatku (nízká intenzita slunečního záření nebo v noční době).

V případě instalace domácí fotovoltaické elektrárny máme tedy k dispozici reálně dva způsoby uskladnění elektrické energie, a to uskladnění v akumulátorových bateriích nebo v zásobníku teplé užitkové vody. Níže si uvedené dva způsoby akumulace blíže popíšeme.

Akumulátorové baterie

Pokud vyrobená elektrická energie ve fotovoltaické elektrárně převyšuje aktuální spotřebu, v takovém případě je vhodné elektrickou energii akumulovat. Jeden ze způsobů přímého skladování elektrické energie je uskladnění energie v elektrické akumulátorové baterii, tzv. akumulátoru. Kapacita akumulátoru je hlavní ukazatel toho, jak velké množství je možné v případě potřeby v akumulátoru uložit. Jak to funguje? Fotovoltaické panely nejsou nikdy spojeny přímo s akumulátory, ale přes tzv. polovodičové nabíječe (regulátor nabíjení). Tyto vždy zajistí optimální nabití akumulátoru se všemi požadovanými parametry tak, aby byla zajištěna maximální životnost akumulátorů. Dnes je na trhu dostupné velké množství akumulátorů a regulátorů nabíjení s různými parametry a v různé kvalitě. Při výběru, jakož i správném dimenzování, je třeba v každém případě se poradit s odborníky v dané oblasti. Správný výběr zařízení vám umožní optimalizovat životnost všech zařízení a snižuje náklady na údržbu.  

Popis akumulace energie v případě přebytku vyrobené elektrické energie jsme si přiblížili výše. Nyní si přiblížíme opačný proces, a to čerpání elektrické energie z akumulátorů v případě jejího nedostatku (v době snížení intenzity slunečního záření či v nočních hodinách).

Akumulátory jsou zdrojem stejnosměrného elektrického napětí, převážně s výstupním napětím na úrovni 12, resp. 24 voltů. V případě, že máme v domácnosti nainstalován samostatný rozvod 12, resp. 24 voltů, je možné napájet spotřebiče přímo z baterie. V případě, že takový rozvod v domě nemáme, je možné toto stejnosměrné napětí transformovat na standardní střídavé napětí 230 V (400 V) pomocí tzv. měničů napětí, které nám umožní napájení všech standardních spotřebičů v domácnosti přes existující elektrickou instalaci. Stejně jako u akumulátorových bateriích a regulátorech nabíjení, tak jistě i v případě střídačů máme v současnosti na trhu v nabídce velké množství různých zařízení.

Níže si už jen v krátkosti shrneme hlavně výhody a nevýhody přímého uskladnění elektrické energie v akumulátorových bateriích.

Výhody

Maximální využití vyrobené elektrické energie–přebytky energie z fotovoltaických panelů nekončí ve veřejné elektrické síti, ale jsou uskladněny v akumulátorových bateriích.

Nevýhody

Omezená životnost akumulátorů (od 5 do 15 let) – životnost je dána hlavně typem použitého akumulátoru, druhém regulátoru nabíjení a klimatickými podmínkami, v nichž se akumulátor nachází – vysoké okolní teploty životnost zkracují.Pokles kapacity akumulátorů v závislosti na jejich věku. 

Tepelné zásobníky

Další možností akumulace je nepřímé uskladněné elektrické energie ve formě tepelné energie v tzv. tepelných zásobnících. Přebytečná elektrická energie, kterou nelze spotřebovat v rámci okamžité spotřeby doma, je automaticky přesměrována do zásobníku, kde je prostřednictvím elektrické odporové spirály přeměněna na tepelnou energii a akumulována ve formě teplé vody v samotném zásobníku. Naopak v případě nedostatku elektrické energie pro domácnost je ohřev vody automaticky odpojen a prioritně je zajišťována zásobování domácnosti elektrickou energií. Prioritu na ohřev vody nebo dodávku elektrické energie pro domácnost je možné nastavit tak, aby za všech okolností bylo zajištěno co nejefektivnější využití vyrobené elektrické energie. Přeměnu elektrické energie na tepelnou zajišťuje odporová elektrická spirála, která může být konstruována na napájení přímo stejnosměrným napětím nebo standardně střídavým elektrický napětím (v takovém případě je však potřeba použít měnič napětí). V případě kombinace dostatečně velké fotovoltaické elektrárny a zásobníku s dostatečným objemem vody je možné přechodně zajišťovat i vytápění objektů. V zásobníku je totiž navinuta spirála se vstupem a výstupem pro ohřev teplé užitkové vody a další spirála pro ohřev vytápěcí vody. Pokud je tedy v zásobníku naakumulováno dostatečné teplo, je možné ohřátou vodu využívat nejen jako užitkovou, ale i jako vodu na vytápění.

Výhody

Maximální využití vyrobené elektrické energie. Přebytky energie z fotovoltaických panelů nekončí ve veřejné el. síti, ale jsou nepřímo uskladněny v tepelném zásobníku.

Nevýhody

Není možná zpětná přeměna tepelné energie na elektrickou energii. Větší prostorové nároky v závislosti na velikosti tepelného zásobníku.

Instalace fotovoltaické elektrárny vyžaduje komplexní pohled odborníka, který při návrhu musí zohlednit velké množství kritérií, jakými jsou spotřeba domácností a rozložení spotřeby v průběhu dne a roku (odběrové špičky a odběrová minima), prostorové možnosti, možnosti rozšíření stávající elektroinstalace, zvážení možnosti kombinace s tepelnými čerpadly a klimatizací a množství jiných technických parametrů. Proto je v každém případě nutné, abyste se o instalaci fotovoltaické elektrárny poradili s odborníky v dané oblasti. Ti vám pomohou vybrat a navrhnout systém tak, aby pracoval co nejefektivněji a spolehlivě po celou dobu jeho životnosti.