Fotowoltaika z magazynem energii - czy to się opłaca?

Instalacja fotowoltaiczna to inwestycja, która pozwala na znaczące obniżenie rachunków za energię elektryczną. Jednak jej podstawowe ograniczenie polega na tym, że produkuje energię tylko wtedy, gdy świeci słońce. W przypadku tradycyjnych systemów podłączonych do sieci (on-grid), nadwyżki energii są oddawane do sieci energetycznej, a następnie pobierane, gdy produkcja jest niewystarczająca. Rozwiązaniem, które może zwiększyć niezależność energetyczną i zmaksymalizować korzyści z fotowoltaiki, jest magazyn energii. W tym artykule przeanalizujemy, czy inwestycja w magazyn energii w połączeniu z instalacją fotowoltaiczną jest opłacalna, zwłaszcza w kontekście wprowadzenia w Polsce systemu rozliczeń net-billing.

Czym jest magazyn energii i jak działa?

Magazyn energii to urządzenie, które pozwala na przechowywanie nadwyżek energii wyprodukowanej przez instalację fotowoltaiczną, aby można było z niej korzystać później, np. w nocy lub w dni pochmurne. Dla gospodarstw domowych i małych firm najczęściej wykorzystywane są akumulatorowe magazyny energii.

Główne rodzaje magazynów energii dla fotowoltaiki

Na rynku dostępnych jest kilka typów magazynów energii, różniących się technologią, ceną i przeznaczeniem:

• Akumulatory litowo-jonowe - najpopularniejszy rodzaj ze względu na wysoki stosunek energii do wagi, długą żywotność (do 10-15 lat) i wysoką sprawność (90-95%). Mogą być droższe w zakupie, ale oferują najlepsze parametry eksploatacyjne.
• Akumulatory kwasowo-ołowiowe - tańsza alternatywa, ale o krótszej żywotności (3-7 lat), mniejszej gęstości energii i niższej sprawności (70-80%).
• Akumulatory przepływowe - nowa technologia oferująca bardzo długą żywotność (15-20 lat) i możliwość niezależnego skalowania mocy i pojemności, ale nadal dość kosztowna.
• Magazyny ciepła - zamieniają nadwyżki energii elektrycznej na ciepło, które jest wykorzystywane do ogrzewania wody użytkowej (np. w bojlerach).

Jak działa system fotowoltaiczny z magazynem energii?

Typowy system fotowoltaiczny z magazynem energii składa się z następujących elementów:

1. Panele fotowoltaiczne - wytwarzają energię elektryczną z promieniowania słonecznego
2. Falownik hybrydowy (lub zwykły falownik z dodatkowym kontrolerem ładowania) - zarządza przepływem energii między panelami, magazynem i domową siecią elektryczną
3. Magazyn energii - przechowuje nadwyżki energii
4. System zarządzania energią - optymalizuje wykorzystanie energii
5. Licznik dwukierunkowy - mierzy ilość energii pobranej z sieci i do niej oddanej

Przepływ energii w takim systemie odbywa się według następującej kolejności:

1. Energia z paneli jest wykorzystywana do zasilania bieżących potrzeb domu
2. Nadwyżki są kierowane do ładowania magazynu energii
3. Gdy magazyn jest pełny, pozostałe nadwyżki są oddawane do sieci
4. Gdy produkcja z paneli jest niewystarczająca, energia jest pobierana z magazynu
5. Gdy magazyn jest rozładowany, energia jest pobierana z sieci

Korzyści z posiadania magazynu energii

Dodanie magazynu energii do instalacji fotowoltaicznej przynosi szereg korzyści:

1. Zwiększenie autokonsumpcji

Standardowa instalacja fotowoltaiczna bez magazynu pozwala na bezpośrednie wykorzystanie tylko 20-40% wyprodukowanej energii. Reszta jest oddawana do sieci. Magazyn energii pozwala zwiększyć ten wskaźnik (tzw. współczynnik autokonsumpcji) nawet do 60-80%, co jest szczególnie istotne w systemie net-billing, gdzie sprzedaż energii do sieci jest mniej korzystna niż jej bezpośrednie zużycie.

2. Niezależność energetyczna

Magazyn energii zwiększa niezależność od zewnętrznych dostaw energii. Jest to szczególnie cenne w przypadku:

• Rosnących cen energii elektrycznej
• Niepewnej sytuacji na rynku energii
• Obszarów z niestabilnymi dostawami prądu

3. Zasilanie awaryjne

Niektóre magazyny energii oferują funkcję zasilania awaryjnego (UPS), która zapewnia dostawy prądu podczas awarii sieci. To istotna zaleta dla osób mieszkających w obszarach narażonych na częste przerwy w dostawie prądu lub dla przedsiębiorstw, dla których ciągłość zasilania jest krytyczna.

4. Optymalizacja wykorzystania energii

Zaawansowane systemy zarządzania energią mogą:

• Analizować wzorce zużycia energii w gospodarstwie domowym
• Przewidywać produkcję energii na podstawie prognoz pogody
• Optymalizować ładowanie i rozładowywanie magazynu dla maksymalnych oszczędności
• W przypadku taryf z różnymi cenami energii w zależności od pory dnia, ładować magazyn gdy energia jest tania i rozładowywać gdy jest droga

5. Stabilizacja sieci energetycznej

Magazyny energii mogą również przyczynić się do stabilizacji sieci energetycznej poprzez:

• Zmniejszenie obciążenia sieci w godzinach szczytu
• Ograniczenie wahań napięcia powodowanych przez zmienną produkcję energii z OZE
• Uczestnictwo w programach zarządzania popytem (DSR), które mogą przynosić dodatkowe korzyści finansowe

Magazyn energii to nie tylko sposób na zwiększenie niezależności energetycznej, ale także inwestycja w przyszłość. W miarę jak technologia się rozwija, a ceny magazynów spadają, stają się one coraz bardziej integralną częścią nowoczesnych systemów energetycznych.

Analiza opłacalności w polskich warunkach

Czy inwestycja w magazyn energii jest opłacalna w polskich warunkach? To zależy od wielu czynników, w tym przede wszystkim od wprowadzenia systemu net-billing, który radykalnie zmienił warunki funkcjonowania prosumentów w Polsce.

System net-billing a opłacalność magazynów energii

Od 1 kwietnia 2022 roku w Polsce obowiązuje system net-billing, który zastąpił wcześniejszy system opustów. W nowym systemie prosumenci sprzedają nadwyżki energii po cenie rynkowej (niższej) i kupują energię po cenie detalicznej (wyższej). Ta różnica cenowa powoduje, że maksymalizacja autokonsumpcji, czyli wykorzystanie jak największej ilości wyprodukowanej energii na własne potrzeby, staje się kluczowa dla opłacalności całej inwestycji.

W praktyce oznacza to, że:

• W systemie opustów (dla prosumentów przyłączonych przed 1 kwietnia 2022) magazyn energii najczęściej nie był ekonomicznie uzasadniony, ponieważ sieć energetyczna pełniła funkcję "wirtualnego magazynu" o wysokiej sprawności (80% dla instalacji do 10 kWp).
• W systemie net-billing różnica między ceną sprzedaży (niższą) a ceną zakupu (wyższą) może wynosić nawet 300-400%, co znacząco poprawia ekonomikę magazynów energii.

Analiza kosztów i zwrotu z inwestycji

Aby obliczyć opłacalność magazynu energii, należy wziąć pod uwagę szereg czynników:

Koszty inwestycyjne

• Koszt magazynu energii: od około 3000 zł/kWh dla prostych systemów do 5000-7000 zł/kWh dla zaawansowanych magazynów litowo-jonowych
• Koszt falownika hybrydowego (jeśli istniejący falownik nie jest kompatybilny): 5000-15000 zł
• Koszty instalacji: 1000-3000 zł

Dla przykładowej instalacji z magazynem o pojemności 10 kWh całkowity koszt może wynieść 40000-70000 zł.

Oszczędności roczne

Oszczędności zależą od:

• Różnicy między ceną zakupu a ceną sprzedaży energii: obecnie cena zakupu to około 0,70-0,90 zł/kWh, a cena sprzedaży około 0,20-0,30 zł/kWh
• Ilości energii przechowywanej w magazynie i wykorzystywanej zamiast oddawanej do sieci: przy magazynie 10 kWh może to być 2500-3000 kWh rocznie
• Profilu zużycia energii w gospodarstwie domowym: im większa część zużycia przypada na godziny bez produkcji z fotowoltaiki, tym większe potencjalne oszczędności z magazynu

Przykładowe roczne oszczędności dla gospodarstwa z rocznym zużyciem 5000 kWh i produkcją z fotowoltaiki 5500 kWh:

• Bez magazynu energii: autokonsumpcja 30% (1650 kWh), oszczędności około 1300 zł
• Z magazynem energii: autokonsumpcja 70% (3850 kWh), oszczędności około 3050 zł
• Dodatkowe roczne oszczędności dzięki magazynowi: około 1750 zł

Okres zwrotu

Przy dodatkowych oszczędnościach rzędu 1750 zł rocznie i koszcie magazynu wynoszącym 50000 zł, prosty okres zwrotu wynosi około 28-29 lat. Jest to znacznie dłużej niż typowa żywotność magazynu energii (10-15 lat dla systemów litowo-jonowych).

Przykład - opłacalność z uwzględnieniem dotacji

Rozważmy przykład instalacji fotowoltaicznej 6 kWp z magazynem energii 10 kWh, korzystającej z maksymalnego dofinansowania w programie "Mój Prąd" 5.0:

• Koszt magazynu energii z instalacją: 50000 zł
• Dofinansowanie z programu "Mój Prąd": 16000 zł
• Rzeczywisty koszt dla inwestora: 34000 zł
• Roczne dodatkowe oszczędności: 1750 zł
• Prosty okres zwrotu: około 19,5 roku

Taki okres zwrotu nadal przekracza typową żywotność magazynu, ale jest już bliższy rzeczywistej trwałości najlepszych systemów litowo-jonowych. Ponadto, nie uwzględnia on potencjalnych przyszłych wzrostów cen energii, które mogą dodatkowo skrócić okres zwrotu.

Kiedy warto zainwestować w magazyn energii?

Na podstawie powyższej analizy można określić, w jakich sytuacjach inwestycja w magazyn energii jest najbardziej uzasadniona:

1. Aspekty finansowe

• Dostępność dotacji: jeśli możesz skorzystać z maksymalnego dofinansowania w programie "Mój Prąd" lub innych programach wsparcia
• Wysokie ceny energii: obszary z wyjątkowo wysokimi stawkami za energię elektryczną
• Taryfy strefowe: możliwość korzystania z taryf z różnymi cenami energii w zależności od pory dnia

2. Profil zużycia energii

• Niska autokonsumpcja: gospodarstwa, które zużywają mało energii w ciągu dnia, gdy produkują panele (np. gdy domownicy są w pracy)
• Wysokie zużycie wieczorem: gospodarstwa zużywające dużo energii wieczorem i w nocy
• Zmienny profil obciążenia: firmy i domy z dużymi, ale krótkimi szczytami poboru mocy

3. Aspekty niefinansowe

• Niezawodność zasilania: obszary z częstymi przerwami w dostawie prądu
• Niezależność energetyczna: dla osób ceniących sobie maksymalną niezależność od sieci
• Względy ekologiczne: dla tych, którzy chcą maksymalizować wykorzystanie energii odnawialnej
• Pionierzy technologii: osoby zainteresowane nowymi technologiami i chcące testować innowacyjne rozwiązania

Alternatywy dla magazynów energii elektrycznej

Jeśli pełnowymiarowy magazyn energii elektrycznej jest zbyt kosztowny, istnieją alternatywne rozwiązania:

1. Magazyny ciepła

Przekierowanie nadwyżek energii elektrycznej do ogrzewania wody użytkowej jest często bardziej opłacalne niż jej magazynowanie w bateriach:

• Koszt bojlera elektrycznego: 1500-3500 zł
• Efektywność energetyczna: bliska 100% (niemal cała energia elektryczna zamieniana jest na ciepło)
• Możliwość dofinansowania do 5000 zł w programie "Mój Prąd" 5.0

2. Inteligentne zarządzanie energią

Systemy zarządzania energią (HEMS/EMS) mogą zwiększyć autokonsumpcję bez magazynu energii poprzez:

• Automatyczne włączanie urządzeń o wysokim poborze mocy (pralka, zmywarka, pompa ciepła) w czasie najwyższej produkcji z fotowoltaiki
• Monitorowanie produkcji i zużycia energii w czasie rzeczywistym
• Optymalizację pracy poszczególnych urządzeń

Koszt takich systemów to zwykle 2000-5000 zł, z możliwością dofinansowania w wysokości do 5000 zł w programie "Mój Prąd" 5.0.

3. Elektromobilność

Samochód elektryczny może służyć jako "mobilny magazyn energii":

• Ładowanie samochodu w godzinach najwyższej produkcji energii z fotowoltaiki
• W przyszłości, technologia V2H (Vehicle-to-Home) pozwoli na wykorzystanie baterii samochodu jako magazynu energii dla domu

Podsumowanie - czy warto inwestować w magazyn energii?

Podsumowując rozważania na temat opłacalności magazynów energii w połączeniu z fotowoltaiką:

• Aspekt ekonomiczny: Przy obecnych cenach, okres zwrotu inwestycji w magazyn energii wynosi od około 19 lat (z dotacją) do 29 lat (bez dotacji). To dłużej niż typowa żywotność takich urządzeń, co czyni inwestycję trudną do uzasadnienia wyłącznie względami ekonomicznymi.
• Aspekt praktyczny: Magazyn energii zwiększa niezależność energetyczną, zapewnia zasilanie podczas awarii sieci i pozwala na optymalne wykorzystanie wyprodukowanej energii.
• Perspektywy na przyszłość: Spodziewany dalszy spadek cen magazynów energii i potencjalny wzrost cen energii elektrycznej będą stopniowo poprawiać opłacalność tej technologii.

Obecnie magazyn energii to inwestycja, która jest uzasadniona głównie dla osób priorytetowo traktujących niezależność energetyczną, mieszkających w obszarach z niestabilnymi dostawami prądu lub mogących skorzystać z maksymalnego dofinansowania.

Dla większości prosumentów bardziej opłacalne mogą być:

• Magazyny ciepła (bojlery elektryczne)
• Systemy inteligentnego zarządzania energią
• Odpowiednie dopasowanie wielkości instalacji fotowoltaicznej do profilu zużycia energii

Natomiast biorąc pod uwagę spadające ceny technologii magazynowania energii, za kilka lat sytuacja może się zmienić na korzyść tych rozwiązań. Dlatego przy planowaniu instalacji fotowoltaicznej warto wybrać falownik z możliwością późniejszego dodania magazynu energii, aby zachować elastyczność na przyszłość.