Možnosti skladovania fotovoltickej energie

V súčasnosti asi ani neexistuje človek, ktorý by si vedel predstaviť čo i  len hodinu bez elektrickej energie. Elektrická energia sa stala neoddeliteľnou súčasťou bežného života ľudí. Vyrobiť ju môžeme rôznymi spôsobmi, no najväčší rozmach v  poslednom čase zaznamenáva práve výroba z  obnoviteľných zdrojov, a  to hlavne zo slnečnej energie  v  tzv. fotovoltických elektrárňach. Slnečná energia patrí k najväčším zdrojom obnoviteľnej energie na našej planéte.

Základným stavebným prvkom fotovolitckej elektrárne je fotovoltický článok, ktorý zabezpečuje premenu slnečnej (resp. svetelnej) energie na elektrickú. Tieto články   sa podľa požadovaného napätia a odoberaného prúdu zoskupujú do väčších celkov, a tak vytvárajú tzv.  fotovoltické moduly (panely).  Spojením viacerých panelov vznikajú  fotovoltické systémy  s  požadovaným výstupným elektrickým výkonom a napätím.

Fotovoltické systémy je možné použiť rôznym spôsobom, avšak medzi najrozšírenejšie patria systémy autonómne (tzv. off-grid), bez potreby napojenia na verejnú elektrickú sieť a  systémy spojené s  elektrickou sieťou (tzv. on-grid). Existuje tiež tzv.  HYBRID-systém, ktorý podľa potreby pracuje ako  ON-GRID  alebo  OFF-GRID. Ak verejná elektrická sieť funguje (nie je porucha, výpadok a pod.), systém pracuje ako ON-GRID, avšak prebytky energie z fotovoltických panelov nekončia vo verejnej elektrickej sieti, ale sú uskladnené v  akumulátorovej batérii. Ak verejná sieť nefunguje, potom systém pracuje ako OFF-GRID, kedy (pri nedostatku slnečnej energie) sa využíva elektrická energia naakumulovaná v batériách. Ked je dlhodobý výpadok elektrickej siete a nepostačuje ani dodávka elektrickej energie z batérie, vtedy je dodávka elektrickej energie zabezpečovaná z  tzv.  náhradného zdroja (napr. benzínovej elektrocentrály).

Ak sme sa rozhodli zainvestovať do fotovoltickej elektrárne, našim hlavným cieľom je, aby bolo použité čo najväčšie množstvo vyrobenej energie na pokrytie vlastnej spotreby. Tak, aby sme si čo najviac znížili svoje účty za elektrickú energiu. Ak by sme chceli,  aby fotovoltický systém fungoval čo najefektívnejšie, tak by sme sa mali vždy snažiť spotrebovať len také množstvo elektrickej energie, aké sa v  danom okamihu vo  fotovoltickej elektrárni vyrobí. Čo je však sotva realizovateľné, nakoľko spotreba domácnosti kolíše, rovnako ako nepredvídateľne kolíše aj výroba elektrickej energie v  závislosti od intenzity slnečného svitu. Vtedy sa naskytá otázka:  Čo s  prebytkom energie z fotovoltických panelov, resp. naopak, čo v  prípade, ak fotovoltická elektráreň nevyrobí dostatok elektrickej energie na pokrytie spotreby domácnosti? V  prípade systému (on-grid alebo hybrid) môže prebytočná elektrická energia končiť vo verejnej sieti, resp. si nedostatok elektrickej energie odčerpáme priamo zo siete. Ďalšou možnosťou v  prípade prebytku elektrickej energie z fotovoltického systému je  priama akumulácia elektrickej energie v  akumulátorových batériách, prípadne nepriamo premenou elektrickej energie na tepelnú v  zásobníku teplej úžitkovej vody.

Takže  uskladnenie elektrickej energie  nám napomáha zefektívniť výrobu a tým využitie vyrobenej elektrickej energie v  čo najväčšom rozsahu pre vlastnú spotrebu, a to bez toho, aby sme museli prebytky bezodplatne odovzdávať do siete, resp. v  prípade nedostatku čerpať elektrickú energiu zo siete.  Naakumulovaná elektrická energia v čase prebytku nám dáva možnosť jej vyžitia v  čase jej nedostatku  (nízka intenzita slnečného žiarenia alebo v  nočnom čase).

V  prípade inštalácie domácej fotovoltickej elektrárne máme teda k  dispozícii reálne dva spôsoby uskladnenia elektrickej energie, a to uskladnenie v  akumulátorových batériách alebo v zásobníku teplej úžitkovej vody. Nižšie si uvedené dva spôsoby akumulácie trošku popíšeme.

Akumulátorové batérie

Ak vyrobená elektrická energia vo fotovoltickej elektrárni prevyšuje aktuálnu spotrebu, je vhodné v  takomto prípade elektrickú energiu akumulovať. Jeden zo spôsobov priameho uskladnenia elektrickej energie je uskladnenie energie v elektrickej akumulátorovej batérii, tzv.  akumulátore.  Kapacita akumulátora  je hlavný ukazovateľ toho, aké veľké množstvo je možné v  prípade potreby v  akumulátore uložiť. Ako to funguje? Fotovoltické panely nie sú nikdy spojené priamo s  akumulátormi, ale cez tzv.  polovodičové nabíjače  (regulátor nabíjania). Tie vždy zabezpečia  optimálne nabitie akumulátora  so  všetkými požadovanými parametrami tak, aby sa zabezpečila maximálna životnosť akumulátorov. Na trhu je dnes dostupné veľké množstvo akumulátorov a  regulátorov nabíjania s  rôznymi parametrami a rôznej kvality. Pri výbere, ako aj správnom dimenzovaní, je potrebné v  každom prípade poradiť sa s  odborníkmi v  danej oblasti. Správny výber zariadení vám umožní optimalizovať životnosť všetkých zariadení a  znižuje náklady na údržbu.

Popis akumulácie energie v  prípade prebytku vyrobenej elektrickej energie sme si priblížili vyššie. Teraz si priblížime opačný proces, a  to čerpanie elektrickej energie z  akumulátorov v  prípade jej nedostatku (v  čase zníženia intenzity slnečného žiarenia či v  nočných hodinách). Akumulátory sú zdrojom jednosmerného elektrického napätia, prevažne s  výstupným napätím na úrovni 12, resp. 24 voltov. V  prípade, že máme v  domácnosti inštalovaný samostatný rozvod 12, resp. 24 voltov, je možné napájanie spotrebičov priamo z  batérie. V  prípade, že takýto rozvod v  dome nemáme, je možné toto jednosmerné napätie transformovať na štandardné striedavé napätie 230 V (400 V) pomocou tzv.  meničov napätia, ktoré nám umožnia napájanie všetkých štandardných spotrebičov v  domácnosti cez  existujúcu elektrickú inštaláciu. Rovnako ako pri akumulátorových batériách a  regulátoroch nabíjania, tak isto aj v  prípade striedačov máme v  súčasnosti na trhu v  ponuke veľké množstvo rôznych zariadení.

Nižšie si už len v  krátkosti zhrnieme hlavne  výhody a  nevýhody priameho uskladnenia elektrickej energie  v  akumulátorových batériách.

Výhody

• Maximálne využitie vyrobenej elektrickej energie – prebytky   energie z fotovoltických panelov nekončia vo verejnej el. sieti, ale sú uskladnené v  akumulátorovej batériách.

Nevýhody

• Obmedzená životnosť akumulátorov (od 5 do 15 rokov) – životnosť   je daná hlavne typom použitého akumulátora, druhom regulátora nabíjania a  klimatickými podmienkami, v akých sa akumulátor nachádza – vysoké   okolité teploty životnosť skracujú.

• Pokles kapacity akumulátorov v  závislosti od ich veku.

Tepelné zásobníky

Ďalšou možnosťou akumulácie je  nepriame uskladnene elektrickej energie  vo forme tepelnej energie v  tzv.  tepelných zásobníkoch. Prebytočná elektrická energia, ktorá sa nemôže spotrebovať v  rámci okamžitej spotreby doma, sa automaticky presmeruje do zásobníka, kde sa prostredníctvom elektrickej odporovej špirály premieňa na tepelnú energiu a  akumuluje sa vo forme teplej vody v  samotnom zásobníku. Naopak, v  prípade nedostatku elektrickej energie pre domácnosť sa ohrev vody automaticky odpojí a  prioritne sa zabezpečuje zásobovanie domácnosti elektrickou energiou. Prioritu na ohrev vody alebo dodávku elektrickej energie pre domácnosť je možné nastaviť tak, aby za každých okolností bolo zabezpečené čo najefektívnejšie využitie vyrobenej elektrickej energie. Premenu elektrickej energie na tepelnú zabezpečuje  odporová elektrická špirála, ktorá môže byť konštruovaná na napájanie priamo jednosmerným napätím alebo štandardne striedavým elektrický napätím (v  tom prípade je však potrebné použiť menič napätia). V  prípade kombinácie dostatočne veľkej fotovoltickej elektrárne a zásobníka s  dostatočným objemom vody je možné prechodne zabezpečovať aj vykurovanie objektov. V  zásobníku je totiž navinutá špirála so vstupom a  výstupom pre ohrev teplej úžitkovej vody a ďalšia špirála pre ohrev vykurovacej vody. Teda ak je v  zásobníku naakumulované dostatočné teplo, tak je možné ohriatu vodu využívať nielen ako úžitkovú, ale aj ako vodu na vykurovanie.

Výhody

• Maximálne využitie vyrobenej elektrickej energie.
• Prebytky energie z fotovoltických panelov nekončia vo verejnej el. sieti, ale sú nepriamo uskladnené v  tepelnom zásobníku.

Nevýhody

• Nie je možná spätná premena tepelnej energie na elektrickú energiu.
• Väčšie priestorové nároky v  závislosti od veľkosti tepelného zásobníka.

Inštalácia fotovoltickej elektrárne  si vyžaduje komplexný pohľad odborníka, ktorý pri návrhu musí zohľadniť veľké množstvo kritérií, akými sú spotreba domácnosti a rozloženie spotreby v priebehu dňa a roka (odberové špičky a odberové minimá), priestorové možnosti, možnosti rozšírenia existujúcej elektroinštalácie, zváženie možnosti kombinácie s tepelnými čerpadlami a  klimatizáciou a  množstvo iných technických parametrov. Preto je v  každom prípade potrebné, aby ste sa o  inštalácii fotovoltickej   elektrárne poradili s  odborníkmi v  danej oblasti. Tí vám pomôžu vybrať a navrhnúť systém tak, aby pracoval čo najefektívnejšie a  spoľahlivo počas celej doby jeho životnosti.