Dlaczego magazyn energii nie działa tak, jak oczekuje klient?

Błędy w doborze, montażu i eksploatacji

Zanim przejdziemy do „nudnych” zagadnień technicznych, przyjrzyjmy się dwóm scenariuszom, które pokazują, jak bardzo rzeczywistość potrafi odbiegać od oczekiwań klienta.

W budynku jednorodzinnym, w okresie wiosennym, oszacowano dobowe zapotrzebowanie na energię elektryczną na poziomie około 15 kWh. Aby ograniczyć koszty zakupu energii z sieci, właściciel zdecydował się zwiększyć autokonsumpcję. Zainstalowano instalację fotowoltaiczną o mocy 12 kWp, hybrydowy falownik o mocy 10 kW oraz magazyn energii o pojemności 10 kWh.

Na papierze wszystko wygląda dobrze. Ale jak taki system działa w praktyce?

Spójrzmy na dwa typowe scenariusze, które pokazują, gdzie najczęściej pojawiają się rozbieżności między oczekiwaniami klienta a rzeczywistym działaniem instalacji:

1. Piękny, słoneczny dzień. W budynku działa instalacja fotowoltaiczna oraz magazyn energii. Falownik hybrydowy o mocy 10 kW pracuje z pełną wydajnością. Magazyn energii o pojemności 10 kWh jest niemal pusty. Dlaczego więc przyjmuje tylko 5 kW, a pozostała energia jest za grosze oddawana do sieci?
2. Noc. W budynku zainstalowano falownik hybrydowy 10 kW i w pełni naładowany magazyn energii o pojemności 10 kWh. Załącza się pompa ciepła o mocy 8 kW. Dlaczego falownik (mimo zapasu energii i mocy) pozwala na pobór maksymalnie 5 kW, a pozostałe 3 kW są pobierane z sieci energetycznej? Przecież magazyn jest pełny, a hybrydowy falownik może przetworzyć nawet 10 kW!

Co stoi za tymi ograniczeniami? W tym artykule przyjrzymy się najczęstszym przyczynom, które sprawiają, że zakupiony magazyn energii i falownik nie działają tak, jak klient się spodziewa.

Krótko omówię zależność pomiędzy pojemnością magazynu energii a maksymalną mocą, z jaką można go ładować i rozładowywać, oraz kilka powiązanych z tym zagadnień.

W dokumentacji technicznej lub podczas spotkań handlowcy i producenci podają mnóstwo parametrów technicznych. Nic dziwnego, że nieświadomy inwestor nie wie, na czym się skupić i o co dopytać. Handlowiec lub instalator… chce sprzedać a w przypadku instalatora również zarobić na montażu, więc prowadzą rozmowę tak, by odpowiadać na pytania klienta, ale jednocześnie doprowadzić do finalizacji transakcji.

Z całego gąszcza danych technicznych, w kontekście omawianego zagadnienia, kluczowe jest oznaczenie np. 0,5C – parametr, który większość czytelników zignoruje, bo w tabeli wygląda jak nic nieznaczący skrót kojarzony również z błędem w „druku” dotyczącym temperatury podanej w ^oC.

Co oznacza „C”?

Parametr C, a właściwie C-rate (Charge/Discharge Rate), określa, z jaką mocą akumulator jest ładowany lub rozładowywany w odniesieniu do jego pojemności nominalnej.

W praktyce, jeśli magazyn energii ma pojemność 10 kWh, to:

• 2C pełne ładowanie lub rozładowanie w 30 minut,
  czyli w naszym przypadku z 10 kWh magazynu możemy go ładować i rozładowywać z mocą 20 kW,
• 1C pełne ładowanie lub rozładowanie w 1 godzinę,
  czyli w naszym przypadku z 10 kWh magazynu możemy go ładować i rozładowywać z mocą 10 kW,
• 0,5C pełne ładowanie lub rozładowanie w 2 godziny,
  czyli w naszym przypadku z 10 kWh magazynu możemy go ładować i rozładowywać z mocą 5 kW,

Większość domowych magazynów energii pracuje właśnie w zakresie 0,3 – 0,6C, z dominującą wartością około 0,5C. Są też modele z wyższym C-rate (nawet 0,7 – 1C), ale… tu często ograniczeniem staje się falownik.

Niestety, podanie konkretnych przykładów jest bardzo pracochłonne, ponieważ dane dotyczące wartości C-rate (czyli prędkości ładowania/rozładowania wyrażanej jako ułamek pojemności baterii na godzinę) dla większości magazynów energii nie są łatwo dostępne w publicznych dokumentacjach. Producenci w publicznie dostępnych dokumentach podają tę informację w różny sposób np. jako moc w kW, wartość prądu, lub samo oznaczenie np. 0,5C, bez bezpośredniego odniesienia do C-rate.

Teraz widzisz, dlaczego parametr oznaczony literą C, np. „0,5C”, jest tak istotny w późniejszej eksploatacji i dlaczego powinieneś o tym porozmawiać na etapie zakupu magazynu energii.

W dalszej części artykułu podpowiem co możesz zrobić, jeśli w swoim budynku już posiadasz magazyn energii i chciałbyś go ładować lub rozładowywać z większą mocą. Ale po kolei.

Jaki parametr C-rate wybrać do domowego lub biurowego użytku?

Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że najlepszym rozwiązaniem dla inwestora jest jak najwyższy parametr C. Ale to pułapka, bo zbyt wysoka wartość C-rate może prowadzić do:

• przegrzania ogniw,
• skrócenia żywotności magazynu energii,
• wyłączania wewnętrznego systemu BMS, a w skrajnych przypadkach nawet pożaru.

Z drugiej strony, zbyt niska wartość parametru C również nie jest korzystna, bo może ograniczać funkcjonalność magazynu, np. podnieść koszty rachunków za prąd poprzez zmniejszenie zakładanej wartości autokonsumpcji, lub w przypadku „braku prądu” uniemożliwić awaryjne zasilanie bardziej „prądożernych” odbiorników.

Z punktu widzenia użytkownika, magazyn energii o parametrze 0,5C to złoty środek, bo zapewnia wystarczającą moc i dobrą trwałość w relatywnie korzystnej cenie.

Kilka praktycznych rad

W omawianym przypadku, aby w pełni wykorzystać moc 10 kW falownika hybrydowego, należałoby zastosować magazyn energii o parametrze 0,5C i pojemności 20 kWh. Ale czy to jedyne rozwiązanie?

Studium przypadku

Zagadnienia najlepiej omawiać na konkretnych przykładach, dlatego do studium przypadku wybrałem falownik Sinexcel Isuna 10000T oraz współpracujące z nim magazyny energii Sunwoda SunESS, dostępne w pojemnościach: 5, 10, 15 i 20 kWh. Pamiętaj, że omawiane tu zagadnienia są uniwersalne i na ich przykładzie możesz sprawdzić parametry oraz możliwości zestawu który posiadasz lub który planujesz kupić.

Model magazynu energii	Sunwoda SunESS
	H-5H-	H-10H-	H-15H-	H-20H-
	Zestaw
Pojemność magazynu energii	5 kWh	10 kWh	15 kWh	20 kWh
Intensywność pracy akumulatora [C]	0,5C
Maksymalna moc ładowania i rozładowywania	2,5 kW	5 kW	7,5 kW	10 kW

Ponieważ falownik musi współpracować z magazynem energii (może wprowadzać własne ograniczenia), i nie można analizować możliwości samego magazynu w oderwaniu od reszty systemu. Należy sprawdzić:

• możliwości falownika,
• parametry magazynu energii,
• oraz to, jakie możliwości daje cały zestaw: falownik + magazyn energii.

Warto zadać pytanie:

Czy magazyny energii można łączyć równolegle?

To zależy od producenta i konkretnego modelu. Niektóre magazyny można ze sobą łączyć, a inne nie. Spotkałem się z seriami w których producent uzależniał możliwość ich równoległego łączenia od pojemności zestawu („wieży”). Konfiguracje o mniejszej pojemności można było łączyć, natomiast większe zestawy nie były przystosowane do pracy równoległej.

Podkreślam: każdy przypadek należy rozpatrywać indywidualnie.

Omawiane w tym artykule magazyny Sunwoda SunESS można łączyć równolegle, aż do trzech wież magazynowych, co oznacza, że możemy uzyskać maksymalną pojemność 60 kWh.

Ile magazynów energii można podłączyć do hybrydowego falownika?

Wszystko zależy od konkretnego modelu falownika. Omawiane w tym przykładzie hybrydowe falowniki serii Isuna posiadają dwa niezależne wejścia bateryjne, co oznacza, że można do nich podłączyć dwa zestawy magazynów energii.

Uwzględniając, że współpracujące z Isuną magazyny Sunwoda SunESS można łączyć równolegle aż do trzech wież, daje to możliwość podłączenia maksymalnie sześciu wież SunwodaESS o łącznej pojemności 120 kWh.

Czy można równolegle łączyć magazyny energii o różnej pojemności?

Chyba nikogo nie zaskoczy odpowiedź: to zależy. Niektórzy producenci dopuszczają łączenie wyłącznie magazynów o tej samej pojemności, inni pozwalają na dowolne kombinacje w ramach jednej serii produktowej z pewnymi ograniczeniami, a jeszcze inni dają pełną dowolność łączenia w ramach jednej serii.

Omawiane tu magazyny SunwodaESS można łączyć ze sobą dowolnie, bez obawy o przeciążenie mniejszych jednostek, bo nad równomiernym obciążeniem poszczególnych magazynów czuwa system BMS.

Tak szerokie możliwości pozwalają na podłączenie do falowników serii Isuna magazynów energii o łącznej pojemności od 5 do 120 kWh (w krokach co 5 kWh). Co ważne, dzięki tak elastycznej konfiguracji można uzyskać parametr C-rate w zakresie od 2,5 do 60 kW, przy czym ograniczeniem jest maksymalna moc największego falownika serii Isuna 20000T, która ogranicza maksymalną moc ładowania i rozładowania do wartości 20 kW.

W jaki sposób ekonomicznie skonfigurować największą pojemność magazynu energii?

Niezależnie od producenta, magazyn energii składa się z modułu sterującego i modułów bateryjnych. Dodatkowo, magazyny o konstrukcji modułowej (tzw. słupki lub wieże) wymagają jeszcze podstawy.

Załóżmy, że chcemy z magazynu uzyskać moc 10 kW, co przy parametrze 0,5C oznacza pojemność 20 kWh.

Tę pojemność można zrealizować na kilka sposobów:

• 1 magazyn o pojemności 20 kWh: jeden moduł sterujący, jedna podstawa, cztery moduły bateryjne
• 2 magazyny o pojemności 10 kWh: dwa moduły sterujące, dwie podstawy, cztery moduły bateryjne
• 1 magazyn o pojemności 10 kWh + 2 magazyny o pojemności 5 kWh: trzy moduły sterujące, trzy podstawy, cztery moduły bateryjne

Jak widać, liczba modułów bateryjnych odpowiedzialnych za łączną pojemność magazynu pozostaje bez zmian, ale rośnie liczba podstaw i modułów sterujących.

Podsumowując – uwzględniając wytyczne producenta dotyczące miejsca montażu (ze względów bezpieczeństwa wokół magazynu energii musi być zachowana odpowiednia przestrzeń, ale to temat na osobny artykuł) oraz aspekt ekonomiczny, najkorzystniej jest jednorazowo zakupić magazyn o pojemności 20 kWh.

Dlaczego?

Bo w tej konfiguracji potrzebujemy tylko jednego modułu sterującego i jednej podstawy. W każdej innej opcji (przy rozbudowie zestawu) konieczny jest zakup dodatkowych modułów sterujących i podstaw, co podnosi całkowity koszt inwestycji.

Czy magazyny energii mogą współpracować tylko z jednym modelem falownika?

To zależy zarówno od producenta magazynu energii, jak i od producenta falownika. Komunikacja między falownikiem a magazynem odbywa się za pośrednictwem systemu BMS (Battery Management System), który odpowiada za monitorowanie kluczowych parametrów pracy modułów bateryjnych i zapewnienie ich bezpiecznego działania.

Aby system działał poprawnie, falownik i magazyn muszą przesyłać dane w tym samym, zrozumiałym dla obu stron standardzie komunikacji. Jeśli producenci przewidzieli i przetestowali taką współpracę, zazwyczaj podają listę kompatybilnych urządzeń, czyli z jakimi falownikami współpracuje dany magazyn energii i odwrotnie.

Przykładowo, magazyny energii Sunwoda SunESS są kompatybilne z wieloma modelami falowników, m.in.:

• Solis modele: S6-EH3P(5-10)K-H-EU, S6-EH3P(12-20)K-H,
• Deye modele: SUN-5/6/8/10/12/15/20K/25K-SG01HP3-EU-AM2, SUN-30K-SG01HP3-US-BM, SUN-29.9/30/35/40/50K-SG01HP3-EU-BM, SUN-60K-SG01HP3-US-BM,
• SOLINTEG modele: MHS-3-8K-30, MHT-4-12K-25, MHT-10-20K-40,
• YINERGY model: HI-3P(5-12)K-H,
• Hoymiles modele: HYT-(5.0-12.0)HV-EUG1, HYT-(5.0-12.0)HV-AUG1, HAT-(5.0-10.0)HV-EUG1,
• Sinexcel modele: Isuna 5000-20000T, Isuna D5000-12K-SH, Isuna D5000-12K-TH,
• Afore model: AF(3K-30K)TH,
• Luxpower LU POWER model: TRIP 6-20K,
• Hypontech model: HHT-5000/6000/8000/10000/12000/15000

Ale musisz pamiętać, że każdy z wymienionych falowników może mieć własne ograniczenia dotyczące współpracy z magazynami energii. Dlatego w praktyce jedynym stałym punktem odniesienia pozostaje:

• możliwość łączenia magazynów Sunwoda SunESS w ramach jednej instalacji (maksymalnie trzy „wieże” dowolnej pojemności),
• oraz ich parametr C-rate na poziomie 0,5C, który pozostaje niezmienny niezależnie od konfiguracji.

To właśnie te dwa elementy (elastyczność konfiguracji i maksymalna moc ładowania i rozładowywania) są kluczowe w kontekście omawianego w tym artykule zagadnienia.

Na koniec

Od dłuższego czasu, analizując temat magazynów energii, przeglądam Internet, uczestniczę w spotkaniach branżowych i rozmawiam z instalatorami oraz inwestorami. Na tej podstawie wytypowałem 15 najczęściej pojawiających się pytań:

1. Czy inwestycja się zwróci?
2. Ile można zaoszczędzić na rachunkach?
3. Czy magazyn zwiększy autokonsumpcję i niezależność energetyczną?
4. Jaką technologię baterii wybrać – trwałość i bezpieczeństwo różnych rozwiązań?
5. Jakie są koszty zakupu i eksploatacji magazynu?
6. Jaka jest dostępność dotacji i obniżonego VAT-u?
7. Czy magazyn energii kwalifikuje się do programów wsparcia np. „Mój Prąd”?
8. Jakie warunki trzeba spełnić, by skorzystać z niższego VAT-u (np. montaż przez firmę)?
9. Czy istniejąca instalacja PV jest kompatybilna z magazynem energii?
10. Czy montując magazyn energii w istniejącej instalacji trzeba wymieniać falownik?
11. Jakie napięcie i pojemność magazynu dobrać do istniejącej instalacji PV?
12. Czy i jakie są ryzyka pożaru (szczególnie przy akumulatorach litowych)?
13. Czy pomieszczenie z magazynem energii musi mieć wentylację?
14. Jak duże jest zagrożenie wybuchem wodoru przy akumulatorach kwasowych?
15. Czy lepiej wybrać magazyn nisko- czy wysokonapięciowy?

Są to pytania ważne, ale nie jedyne które należy zadać przy tak poważnej inwestycji. Szkoda, że wiele z poniższych pytań pojawia się dopiero po czasie, gdy coś nie działa tak, jak powinno, albo gdy magazyn energii lub falownik ulegnie uszkodzeniu, a producent odmawia naprawy w ramach gwarancji.

Właśnie dlatego w kolejnych artykułach poruszę tematy, które często są pomijane, a mają kluczowe znaczenie dla poprawnego działania instalacji wyposażonej w magazyn energii:

• Wybór miejsca montażu magazynu energii.
• Jak zabezpieczyć magazyn energii?
• Czy magazyn energii i falownik PV podłączyć do Internetu przewodowo (LAN), czy przez Wi-Fi?
• Jak dobrać pojemność magazynu do indywidualnych potrzeb instalacji?
• Jak temperatura otoczenia wpływa na maksymalną moc ładowania i rozładowywania?
• Jakie zabezpieczenia powinno mieć pomieszczenie z magazynem energii?
• Czy magazyn działa jak UPS, czyli czy zapewnia bezprzerwowe zasilanie?
• Czy do magazynu energii potrzebna jest dodatkowa automatyka SZR?
• Czy magazyn energii można doładowywać z agregatu prądotwórczego?
• Jak magazyn energii wpływa na zużycie mocy biernej?

Jeśli jesteś inwestorem i chcesz, by Twoja instalacja działała nie tylko na papierze, ale też w praktyce, lub gdy jesteś instalatorem i chcesz w przyszłości uniknąć błędów w wykonywanych instalacjach – śledź kolejne publikacje. Bo jak pokazuje doświadczenie: diabeł tkwi w szczegółach.