Energiatárolás és ennek lehetőségei napelemek esetén

Fókuszban az energiatárolás

Nem kellett megvárnunk a 2024-es fordulópontot a napelemes rendszerek bruttó-szaldó elszámolásával kapcsolatban, már most sokan válaszút előtt állnak: fektessék-e pénzüket háztartási méretű kiserőműbe, és ha igen, válasszanak-e energiatároló akkumulátorokkal kiegészített rendszert? Hiszen az akkumulátorokról most még nem sokat tudunk, mert nem volt fontos ismernünk mechanizmusát és legfontosabb jellemzőit. Cikkünk most a legfontosabb paraméterek megismerésében segít. 

Egy dologgal mindenki egyetérthet: a napelemes rendszerek energiatárolóval való kiegészítése most még nem olcsó technológia, pedig az elektromos autók térnyerésével egyre nagyobb és gyorsabb ütemben fejlődik az akkumulátorok piaca. Elég, ha csak a lítium akkumulátorok árváltozásait szemléljük az elmúlt tíz évben: alig egy évtizede egy kilowattóra tárolására képes egység ára meghaladta az ezer dollárt, ma pedig ugyanennek az egységnek az ára kevesebb mint 100-130 dollár.

Ráadásul a régebbi technológiákat egyre biztonságosabb, hosszabb élettartamú típusok váltják fel, és a gyártók legtöbbje már most azt tervezi, hogy alig két-három év múlva piacra dobja a szilárdtest akkumulátorait, ez pedig a háztartási energiatárolók, a lítium-ion, illetve lítium vasfoszfát akkumulátorok árának gyors ütemű esését hozza majd el. 

Összefoglaló

• Hol tart most az energiatárolás Magyarországon?
• Mi az a szilárdtest akkumlátor?
• Miből áll egy energiatárolás érdekében kialakított rendszer? 

Mi az a szilárdtest akkumulátor? 

A szilárdtest akkumulátort, más néven a Solid-State Batteriest az elektromos ipar Szent-Gráljaként emlegetik. Az új technológia ugyanis képes lesz arra, hogy az autóipar robbanómotoros technológiáját nyugdíjba küldje, hiszen a szilárdtest akkumulátorokból akár 1000 km hatótáv is kinyerhető, ráadásul alig 5 perc elég lesz újbóli feltöltésükhöz. Ráadásul nem kell hűteni őket, vagyis teljesen kizárható lesz a gyulladásveszély.

Sőt, a lítium-ion akkumulátorokhoz képest majdnem 30 százalékkal csökkentik az autók akkumulátorainak szén-dioxid kibocsátását. A folyékony elektrolit helyett szilárd kerámiaanyagot tartalmazó energiatárolók így egységenként több energia tárolására képesek, ami nemcsak az autóipar, de a fotovoltaikusok piacán is fontos szempont. A technológia mindenki számára kecsegtető lehetőségeket rejt, így a legtöbb autóipari vállalat arra készül, hogy már a jövő évben megkezdi a gyártást a tesztelések mellett. Ez pedig jelentős áresést hozhat majd a napelemes rendszerekben jól használható lítium-vasfoszfát akkumulátorok árában.

Milyen egységekre van szükségünk egy energiatárolós rendszer kiépítéséhez? 

A rendszer kiépítése előtt tudunk kell, milyen típusú rendszert szeretnénk saját otthonunkban kiépíteni, hiszen a kivitelezést kétféleképpen is megoldhatjuk, így:

• AC-típusú kivitelezés: ez a kiépítési típus az energiatárolókat köti a váltóáramú hálózatra, melyben a megtermelt energiát az inverter segítségével alakítjuk váltóárammá, majd egy úgynevezett egyenirányítóval az ismét egyenárammá alakítható, hogy az akkumulátorok töltése is megtörténhessen. Ez a kiépítési mód így arra is képessé teszi a rendszert, hogy a hálózatból vételezett áramot eltárolja, hogy azt a későbbiekben használhassuk fel. Ez a megoldás elvi síkon abban is segíthet, hogy a napszakonként változó áramárak ismertében akkor „töltsük fel” a rendszerünket, ha az áramot olcsóbban vételezhetjük a szolgáltatótól. A jelenlegi hazai szabályozás ezt azonban ma még korlátozza. A rendszer hátránya, hogy az egyenáram-váltóáram-egyenáram átalakítás során nagyobb energiamennyiség vész el. Előnye, hogy a rendszerben az inverter és az energiatároló rendszerelem nem egy egységként működik, így már meglévő napelemes rendszerek továbbfejlesztéséhez költséghatékonyabb lehet ez a megoldás. 

• DC-típusú kivitelezés: ennél a kiépítési módnál az akkumulátorokat a DC-áramkörre kötik, ez a klasszikus kiépítési mód, amelyben egy speciális inverter és egy töltésszabályzó segíti a megtermelt energia hálózatba történő visszatáplálását, illetve az energiatárolók feltöltését. Új rendszerek kiépítése során gyorsabb megtérülő kiépítési mód, amely kevesebb energiaveszteséggel jár, hatásfoka pedig jobb, mint egy AC-típusú kiépítés esetén. Ez az úgynevezett tartalékáram-rendszer, vagyis SMA-Backup rendszer így egy kompakt egységet jelent, amelyben minden rendszerelem kapcsolatban van egymással, amit egy speciális inverter felügyel. 

Mindkét kivitelezés esetén elengedhetetlen, hogy az akkumulátorok biztonságát védjük, valamint élettartamát minél tovább növeljük, ezt pedig az úgynevezett Battery Management System, vagyis a BMS szolgálja a rendszerben. Ez a felügyeleti rendszer szabályozza az akkumulátorcellák hűtését, a töltés-kisütés ciklusait, és felügyelet alatt tartja a cella áramköreit. Képes arra is, hogy a gyártási körülményekből adódóan máshogyan öregedő cellák töltését harmonizálja, egymáshoz igazítsa, így passzív vagy aktív módon csökkenti a kiegyenlítési veszteséget.

A BMS mellett elengedhetetlen, hogy ismerjük a DoD mozaikszót is, amely a Depth of Discharge kifejezésből ered, és a kisülési mélységet és cellák egészséges szintű cellamerítési szintet jelöli. Minél magasabb a DoD érték, annál több energiát használhatunk el az akkumulátorból anélkül, hogy az visszafordíthatatlanul károsodna. Így például egy 80 százalékos DoD érték esetén a cellákban tárolt energiamennyiség 80 százalékát fogyaszthatjuk el. Mivel az energiatárolóval kiegészített rendszerek esetén alapvető fontosságú a betárolt energia minél nagyobb arányú felhasználása, jó, ha tudjuk és ismerjük, mit is jelent a DoD érték. 

Plusz egy információ.. 

Ha energiatárolóval kiegészített napelemes rendszerünk van, a SOC, vagyis a State of Charge kifejezést is jó, ha ismerjük. Hiszen ez a mozaikszó az akkumulátor aktuális töltöttégi szintjét jelenti, vagyis teljes töltöttségi szint esetén 100, míg teljes merülés esetén 0 százalékos a SOC mutatót láthatunk az akkumulátorokon. A SOH vagyis a State of Health mutató is fontos visszajelzés lehet az energiatároló működéséről, hiszen az akkumulátor egészségi szintjét mutatja meg nekünk, vagyis azt jelöli, hogy az akkumulátor jelenlegi kapacitása hány százalékos a gyártás során mért kapacitáshoz képest.