Magazynowanie energii elektrycznej
W przypadku przydomowej produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, np. z energii
słonecznej lub wiatru, konieczne jest jej magazynowanie, bo okresy zapotrzebowania nie pokrywają
się (lub nie muszą się pokrywać) z okresami jej produkcji.
Typowe ogniwa fotowoltaiczne produkują energię przede wszystkim w środku dnia, niespecjalnie za to
w okresie gorszego nasłonecznienia. To zresztą zależy od tego, czy są one zamontowane w stałym
położeniu, czy też są one zamontowane na automatycznie obracanych uchwytach, śledzących
położenie (tzw. solartracki). Ich wykorzystanie pozwala na zwiększenie ilości produkowanej dziennie
energii o ok. 40%. W każdym przypadku, w nocy ogniwa fotowoltaiczne energii nie produkują a
właśnie w nocy jest ona najczęściej potrzebna do oświetlania. W typowym gospodarstwie domowym,
przy pracujących domownikach, większość prac domowych jest wykonywana właśnie wieczorami lub
w weekendy. Zresztą nie trzeba chyba tłumaczyć, jak nieprzewidywalna w dłuższym okresie jest
pogoda…
Jest kilka sposobów magazynowania energii elektrycznej, dla domowego użytkownika dostępnych jest
bardzo niewiele…
Akumulatory elektryczne
Najprostsza i w sumie najbardziej intuicyjna metoda. Energia elektryczna wykorzystywana jest do
ładowania akumulatorów. Następnie w okresie gdy zapotrzebowanie przewyższa produkcję energii,
prąd pobierany jest również z akumulatorów.
Na dzień dzisiejszy w zastosowaniach wymagających większych mocy (a więc nie telefony
komórkowe) wykorzystuje się głównie:
a.
akumulatory kwasowo-ołowiowe
b. akumulatory niklowo-kadmowe (NiCd)
c. akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe (NiMH)
d. akumulatory żelowe
Istotną sprawą jest fakt, że akumulatory magazynują prąd stały (najczęściej pod napięciem 12 lub 24
V) a w typowej instalacji domowej przesyłany jest prąd zmienny. Z tego względu jest konieczne
przetworzenie prądu stałego na prąd zmienny przy pomocy specjalnego urządzenia.
Warto wspomnieć, że ze 100 jednostek energii włożonej do akumulatora na skutek najróżniejszych
strat odbiera się jedynie około 60 jednostek. Dodatkowo, strata energii występuje w procesie zamiany
prądu stałego na zmienny. W związku z tym, jedynie nieco ponad połowa wyprodukowanej energii jest
dostępna po “wyjęciu” z akumulatora.
1
Bateria 88 akumulatorów. Niestety autor zdjęcia nie podaje pojemności ani napięcia, więc trudno powiedzieć, ile energii tu widać.
Autor:
andros_bound
.
Zagadnienia magazynowania energii w akumulatorach wymagają omówienia jeszcze kilku tematów,
np. kwestii maksymalnych i minimalnych napięć odbioru i dostarczania prądu do akumulatora,
przeładowania, etc. Tymi zagadnieniami w tym artykule się zajmować nie będę.
Magazynowanie w postaci sprężonego powietrza
Duże elektrownie z turbinami gazowymi korzystają ze sprężonego powietrza jako sposobu na
magazynowanie energii. W nocnej dolinie (tj. w ciągu nocy, gdy zapotrzebowanie na energię
elektryczną jest najniższe) generator turbozespołu gazowego (sprężarka, turbina, generator) pobiera z
sieci energię elektryczną i produkuje sprężone powietrze. W dzień, to sprężone powietrze jest
wykorzystywane w produkcji energii elektrycznej, dzięki czemu sprężarka pobiera mniej mocy i więcej
mocy idzie na napęd generatora.
W przypadku małych instalacji, sprawa jest trudniejsza. Po pierwsze, sprężarki małej mocy mają
niższą sprawnośc niż duże a więc więcej energii idzie na różne straty. Po drugie, w większości
przypadków, sprężone powietrze jest w domu bezużyteczne, bo nie ma co z nim zrobić. Pomijając
zastosowanie mikroturbin (pisałem o nich troszkę w artykule o
mikrogeneracji
), sprężone powietrze
może posłużyć najwyżej do napędu pistoletu lakierniczego.
2
Magazynowanie przez podnoszenie wody
Tu sprawa wygląda podobnie jak w przypadku sprężania powietrza. Istnieją tak zwane elektrownie
szczytowo-pompowe, wyposażone w tzw. pompoturbiny, które nocą pompują wodę do wyżej
położonego zbiornika. W okresie nagłego wzrostu zapotrzebowania woda jest z niego spuszczana,
służąc do produkcji prądu.
W przypadku zastosowania przydomowego małej mocy, znów sprawa jest trudna i wątpliwa. Bo
pomijając miejsca, gdzie zbudowana jest mała elektrownia wodna, trudno wyobrazić sobie małe
turbiny wodne, montowane w domu.
Koła zamachowe
Na krótką metę można magazynować energię w postaci energii kinetycznej wirującego koła
zamachowego. Stosowane są one często w silnikach spalinowych (o mniejszej niż 6 liczbie cylindrów)
do wyrównywania ich pracy, więc technologia ta jest w miarę dobrze opanowana. Ale poza nielicznymi
zastosowaniami (np. w samochodach hybrydowych) na większą skalę się one nie pojawiają.
Wodór
Jednym ze sposobów produkcji wodoru jest elektroliza a paliwo to nadawałoby się do spalania w
zwykłym silniku spalinowym, gdyby pominąć fakt, że jego liczba metanowa (odpowiednik
liczby
oktanowej
, stosowany w paliwach gazowych) jest bardzo niska. Wodór taki można byłoby więc
produkować gdy energii jest dużo a zużywać go samodzielnie lub w połączeniu np. z
gazem
drzewnym
do zasilania agregatu prądotwórczego.
W teorii wygląda to kolorowo, ale:
1. ze spalania wodoru otrzymamy bardzo mało energii w porównaniu do tej zużytej na jego
tworzenie, można śmiało powiedzieć że będzie to jedynie kilkanaście procent!
2. wodór ma niską liczbę metanową, co oznacza, że jest bardzo mało odporny na spalanie
stukowe i w zwykłych silnikach z zapłonem iskrowym spalać go jest bardzo trudno,
3. wodór ma tendencję do uciekania ze zbiorników, w których się znajduje i dlatego bardzo
ciężko jest go przechowywać pod ciśnieniem.
Podsumowanie
W ramach podsumowania jedno zdanie — typowy dom autonomiczny zbudowany za rozsądne
pieniądze w polskich warunkach będzie musiał magazynować energię elektryczną w akumulatorach.
3