Samodzielne wykonanie domowego magazynu energii

Możliwość wykorzystania praktycznie całej wyprodukowanej przez instalację fotowoltaiczną energii, praktycznie bez strat finansowych spowodowanych odsprzedażą i ponownym odkupem, oraz uniezależnienie się od chwilowych przerw w dostawach, to argumenty przemawiające za posiadaniem własnego magazynu energii, które szerzej opisujemy tutaj -> Magazyn energii – zalety posiadania własnego magazynu

Zakup wystarczającego do zasilania domu magazynu energii to spory wydatek , który musi być planowany na lata eksploatacji, aby w pełni wykorzystać zalety jego posiadania.

Decydując się na posiadanie magazynu energii warto rozważyć rozważyć jego samodzielna budowę. W takiej sytuacji sensownym rozwiązaniem dla osób posiadających podstawową wiedzę elektryczną (lub mogących skorzystać z pomocy takich osób) jest budowa własnego magazynu energii, w oparciu o ogniwa np. LiFePO4 lub Li-Ion.

Wbrew powszechnej opinii, przy dzisiejszej dostępności komponentów nie jest to zadanie skomplikowane.

Poniżej opisujemy na co zwrócić uwagę przy projekcie magazynu i przedstawiamy kilka przykładowych konfiguracji, które umożliwiają budowę pełnowartościowego magazynu, za  szacunkową wartości około 30-40% gotowego urządzenia o podobnych parametrach. Zestawiając takie koszty możemy zdecydować się na samodzielna budowę magazynu energii oszczędzając znaczną kwotę lub możemy zbudować magazyn o wyższych parametrach niż w przypadku zakupu gotowego urządzenia.

Oczywiście, to tylko przykłady. Możliwości jest znacznie więcej. Zapraszamy do kontaktu, jeśli chcielibyście Państwo zaplanować inny układ.

Poniżej opisane są parametry, na które należy zwrócić uwagę oraz przedstawione są przykładowe konfiguracje popularnych magazynów energii.

Wybór napięcia akumulatora
Najmniejsze straty energii uzyskamy przy jak najwyższym napięciu akumulatora. Z drugiej strony, zastosowanie układów wysokonapięciowych wymaga zakupu bardzo drogich i słabo dostępnych komponentów. Wiąże się też z realnym niebezpieczeństwem porażenia. Dlatego optymalnym napięciem dla instalacji budowanych samodzielnie, wydaje się być napięcie ok. 48V. Odpowiada to układowi ok. 14S dla Li-Ion lub 16S dla LiFePO4.

Oczywiście, można stosować, w zależności od posiadanych akumulatorów, inną ilość ogniw np. 12S Li-Ion lub 15SLiFePO4. Ważne jest jednak by upewnić się, że posiadany lub planowany inwerter zapewnia obsługę zakresu napięć z tego wynikających.

Np. dla ogniw LiFePO4 zakres napięć pracy to 2,8V – 3,6V na ogniwo, czyli dla 16S: 44,8V-57,6V, a dla Li-Ion 3,0-4,2V na ogniwo, czyli dla 14S: 42,0V-58,8V. Jeżeli inwerter nie będzie obsługiwał całego zakresu tych napięć, nie będzie możliwości wykorzystania pełnej pojemności posiadanych akumulatorów.

Wybór typu akumulatora Li-Ion lub LiFePO4
Oba typy akumulatorów doskonale się nadają do budowy magazynów, ale mają swoje wady i zalety. Oczywiście decydująca jest możliwość zakupu ogniw w atrakcyjnej cenie.

o LiFePO4
▪ Zalety: wyższa trwałość, większa pojemność pojedynczego ogniwa, mniejsza skłonność do zapłonu, prosty montaż, mniejsza awaryjność.
▪ Wady: większa waga, wyższa cena szczególnie w porównaniu z pakietami Li-Ion odzyskanymi z samochodów elektrycznych.

o Li-Ion
▪ Zalety: Mniejsza waga, niższa cena, szczególnie dla pakietów odzyskanych z samochodów elektrycznych.
▪ Wady: Mała pojemność pojedynczej celi, co wymusza stosowanie połączeń równoległych cel lub akumulatorów. Wiąże się to z dodatkowymi kosztami kolejnych BMS, oraz potencjalną możliwością awarii na skutek uszkodzenia choćby jednej z kilkuset cel. Bardziej skomplikowany montaż. Większa skłonność do zapłonu, szczególnie dla ogniw o nieznanej historii.

Wybór sposobu komunikacji z falownikiem

o Manualny
Najprostszy system. Polega na takim ustawieniu parametrów falownika (maksymalne napięcie ładowania, napięcie odłączenia akumulatora przy rozładowaniu i maksymalny prąd ładowania), żeby były one „węższe” niż ustawione na BMS. Wtedy falownik steruje cyklem pracy akumulatora na podstawie jego napięcia, a BMS pilnuje każdej celi osobno (może się przecież zdarzyć sytuacja, że suma napięć będzie właściwa, a jedna cela będzie miała napięcie znacznie przekroczone, przy pozostałych niedoładowanych). BMS tworzy też „drugą linię obrony” gdyby na skutek awarii falownik nie przerwał ładowania lub nie odłączył akumulatora po osiągnięciu minimalnego napięcia. System ten polecany jest szczególnie do prostych instalacji zjednym akumulatorem i tańszych falowników, których praca w systemie automatycznej wymiany danych nie zawsze jest zadowalająca. Wymaga jedynie upewnienia się, że falownik posiada tryb ustawień manualnych i żądany zakres napięć. Może też być stosowany w bardziej rozbudowanych układach z kilkoma akumulatorami połączonymi równolegle, ale wymaga to większej uwagi ze strony użytkownika.

o Automatyczny
Wymiana informacji BMS – falownik przebiega po łączu CAN/RS485. Ten system pozwala zautomatyzować proces dopasowania akumulatora do falownika, zapewnia też lepszy nadzór nad parametrami akumulatora. Jest jednak znacznie trudniejszy do wykonania i skalibrowania. Wymagany jest zakup dodatkowych elementów i ich kalibracja (system oparty jest o stan naładowania akumulatora SOC, a nie napięcie).
Konieczne jest też sprawdzenie czy BMS obsługuje protokół posiadanego falownika. System jest polecany do rozbudowanych układów w których można np. wykorzystać informację o awarii jednego akumulatora do wyłączenia całego systemu. Ma sens tylko z zaawansowanymi falownikami, których oprogramowanie pozwoli na wykorzystanie jego zalet. O ile używamy prostego falownika, użycie tego systemu może nie przynieść żadnych korzyści, bo falownik nie będzie potrafił wykorzystać danych lepiej niż to, co wynika z ustawień w prostszym i tańszym systemie manualnym.

Dobór miejsca zamontowania magazynu energii
Akumulatory litowe powinny pracować w suchym miejscu, w temperaturach nie spadających poniżej zera (możliwe jest rozładowywanie w niższych temperaturach, ale próby ładowania bez dodatkowej instalacji grzewczej doprowadzą do spadku żywotności lub uszkodzenia akumulatora). Powinno być to pomieszczenie wykonane z materiałów niepalnych, a akumulator nie może znajdować się w pobliżu czegokolwiek, co mogłoby się zapalić. Warto rozważyć zamknięcie akumulatora w niepalnej (metal lub ceramika) obudowie. Oczywiście, ryzyko zapalenia akumulatora wyposażonego w dobry BMS jest skrajnie małe, ale wykluczyć w 100% się go nie da. Należy też zwrócić uwagę, by akumulator nie był wystawiony bezpośrednio na działanie słońca, a przewody elektryczne do falownika były możliwie krótkie.