Baterie pro FVE: co jsou mýty, co marketing a na co si při výběru dávat skutečný pozor?

Nejdůležitější informace o bateriích k FVE jsme probrali s jednatelem naší firmy Petrem Peškem a zakladatelem Českého soběstačného domu Pavlem Podruhem v dalším díle seriálu Posviťme si na soláry.

Otázka první: potřebujete k fotovoltaice vůbec baterii?

V rodinném domě nebo menší firmě jednoznačně ano. Někteří zákazníci se na baterii dívají jen jako na „skladiště” elektrické energie a věří, že když budou mít největší spotřebu přes den, baterii nepotřebují. Tento předpoklad je ale mylný.

FVE je (ve srovnání s jinými) mimořádně nestabilní zdroj energie, jehož výrobní křivka se mění v rámci sekund. I když budete mít největší spotřebu v domácnosti přes den, kdykoliv se může stát, že zapnete náročný spotřebič (například rychlovarnou konvici) a slunce v tu chvíli zajde za mrak. Fotovoltaika na střeše najednou nevyrobí dostatek energie a vy okamžitě začnete odebírat ze sítě.
Podobně naopak – pokud venku intenzivně svítí a vy zrovna nemáte zapnutý dostatek spotřebičů, abyste všechnu energii využili, „vyhazujete“ ji z okna.

Baterie tedy neslouží jen jako úložiště energie, ale také jako „vyrovnávač“ mezi nestabilní výrobou a vaší spotřebou. I když se jako uživatel fotovoltaiky budete snažit sebevíc, bez akumulace se výrobě FVE nikdy 100% nepřizpůsobíte. Navíc je nepohodlné, když musíte svoje fungování tak silně podřizovat fotovoltaické elektrárně a slunečnímu svitu. Částečná flexibilita spotřeby je samozřejmě v pořádku, pokud například praní prádla nebo mytí nádobí naplánujete na popolední hodiny, kdy slunce svítí nejvíce, je to rozumné. Díky baterii ale není vůbec potřeba fotovoltaice kompletně podřizovat svůj život.

Dále je třeba si uvědomit, že například 10kilowatthodinová baterie vám dokáže během 24 hodin dodat klidně i 16 kWh energie. Přes dopoledne se může nabíjet, v poledne ji využijete například k nárazovému dobití elektromobilu vysokým celkovým výkonem, a během odpoledne se vám opět nabije pro večerní a ranní využití.

Nebo jiný příklad: když si po obědě zapnete kávovar a slunce zajde za mrak, ve vteřině dodávku energie do kávovaru supluje baterie. V polojasných dnech, kdy se častěji střídá intenzita výroby fotovoltaické elektrárny – typicky v období aprílového počasí – má baterie pro maximální využití energie z fotovoltaiky obrovský přínos a může mít na svědomí i přes 50 % pokryté spotřeby.

S baterií jste také více v klidu, když dojde k výpadku proudu, jelikož naprostou většinu času ji máte alespoň zčásti nabitou. Nemusíte tak při blackoutu chodit doma se svíčkami a strachovat se o jídlo v lednici. Máte zkrátka zajištěný i ostrovní režim.

Jaké typy baterií pro fotovoltaiku na trhu existují?

Fotovoltaické elektrárny první generace využívaly olověné baterie, které jsou sice levné, ale zároveň také

• velké,
• těžké,
• s krátkou životností (cca 10 let)
• a s nízkou kapacitou, jelikož reálně lze využít jen asi 50 % jejich nominální kapacity.

„Od olověných baterií už se proto dnes upouští, hodí se spíše na chaty nebo zahradní domky, kde se setkáváme s hobby instalacemi pro využití minimálního množství energie,“ říká Petr Pešek.

Naprostá většina prodejců vám dnes k FVE dodá lithiové baterie, obvykle pak v jedné z variant:

• lithium – mangan oxid (LMO),
• lithium – nikl – kobalt – hliník oxid (NCA),
• lithium – nikl – mangan – kobalt oxid (NMC),
• lithium – železo – fosfát (LFP nebo LiFePO4).

LMO mají v porovnání s ostatními mírně kratší životnost, kobalt je zase ekologicky problematický kov. Proto zákazníkům doporučujeme baterie lithium-železo-fosfátové, v našem případě od značky Pylontech. Mají:

• vynikající životnost (15–20 let),
• jsou bezpečné (nehoří ani při přebití, vybití, propíchnutí nebo zkratu)
• a zůstávají stabilní i při teplotních výkyvech.

„Lithium-železo-fosfátové baterie z chemické podstaty samovolně nehoří ani neexplodují, jsou proto bezpečné a právem se dnes používají nejčastěji,“ doplňuje Pavel Podruh, zakladatel Českého soběstačného domu a expert na bateriová úložiště.

Jak by měla vypadat bezpečná instalace fotovoltaiky se dozvíte v odborném článku na blogu. >>

TIP: Jedinou objektivní nevýhodou lithiových baterií je, že se musí pravidelně balancovat, aby se některé články zbytečně nepřetěžovaly na úkor jiných. Balancování je však řešeno zcela automaticky pomocí systému BMS (battery management system), stačí jen baterii alespoň jednou za 2–3 týdny plně nabít.

Jaká je optimální kapacita baterie u FVE?

Kapacitu baterie pro rodinný dům zvolte na úrovni 1,2–2násobku výkonu fotovoltaické elektrárny. To znamená, že pro fotovoltaiku o výkonu 5 kWp pořiďte 6–10kilowatthodinovou baterku. Horní strop sice teoreticky neexistuje, ale nedává ekonomický smysl kupovat příliš velkou baterku, kterou pak nevyužijete. Výjimkou jsou energeticky náročné nonstop provozy, například serverovny, těžby kryptoměn atp. V těch se relativně vyplatí baterku naddimenzovat.

„Baterii s větší kapacitou budete nabíjet přirozeně pomaleji (což jí vyhovuje) a nebudete ji tak často a hluboko vybíjet, což prodlužuje její životnost. Dobrá zpráva je, že v našich instalacích kapacitu baterie můžete v případě potřeby kdykoliv rozšířit, protože využíváme nízkonapěťové měniče od Victron Energy. Pokud vám tedy kapacita nebude stačit, dokoupíte si další moduly,“ říká náš jednatel Petr Pešek.

Proč si stojíme za výběrem měničů od Victron Energy se dočtete v našem dalším článku na blogu. >>

Že potřebujete větší baterii poznáte podle toho, že se vám baterie dopoledne velmi rychle nabije, celý den zůstává nabitá a večer ji zase rychle vybijete a musíte během noci a rána odebírat ze sítě.

TIP: Pokud nechcete investovat do dalšího modulu baterie, můžete to vyřešit tím, že část vyrobené energie z FVE využijete k ohřevu vody a uložíte ji jako tepelnou energii do akumulační nádrže. Při správné optimalizaci budete mít neustále k dispozici dostatek teplé vody, aniž by bojler pořád spínal, odebíral elektřinu z baterky a zbytečně ji tím zatěžoval. Více o tomto tématu jsme napsali v článku: Jak na solární ohřev pomocí fotovoltaiky u rodinného domu. >>

Životnost baterie k fotovoltaice a počet nabíjecích cyklů

Hned na úvod této kapitoly se sluší říct, že téměř všechny baterie dodávané instalačními firmami jsou dnes na bázi LiFePO4, tudíž není možné, aby jedna měla poloviční životnost než druhá. Baterie mají stejnou chemicko-fyzikální bázi a jsou téměř identické.

Přesto se v některých marketingových materiálech dočtete opak, což lze jednoduše demonstrovat na parametru maximální počet nabíjecích cyklů. Při běžném provozu v domácnosti baterie za rok projde maximálně 200 úplnými cykly (vycházíme z dat našich klientů), čili pokud někdo slibuje, že jeho baterie vydrží až 10 000 nabíjecích cyklů, říká tím, že vydrží až 50 let. S jistotou ale víme, že to je nemožné.

Baterie pro fotovoltaiku takto dlouho na trhu ani neexistují, takže to nikdo nemohl ověřit. Neexistuje ani žádná evropská norma nebo oficiální metodika pro měření cyklů, dokonce ani definice, co přesně jeden cyklus je.

Každý cyklus je navíc jiný – někdy nabíjíte z 20 do 80 %, jindy ze 70 na 90 %. A každý tento nabíjecí cyklus znamená jiné proudy, jiné napětí a tím pádem jiné opotřebení baterie. Spočítat takto exaktně maximální počet nabíjecích cyklů je zavádějící, protože záleží na velkém množství proměnných i metodice výpočtu.

„Snad při každém prvním telefonátu s potenciálními zákazníky se mě lidé ptají, proč využíváme baterie Pylontech, které mají dle prospektů zaručenou životnost 4 000 cyklů, přitom jiné značky mají třeba 12 000 cyklů. Vždy reaguji tím, že obě baterie jsou postavené na totožných článcích a možná vyjely i z totožné čínské výrobní linky, například jednoho z největších světových výrobců CATL. Z komunikace s těmito lidmi je zřejmé, že bizarní záruky na životnost baterií, jako například 12 000 cyklů, veřejnost zbytečně matou. Je pak náročné zákazníky vrátit nohama na zem a vysvětlit realitu,“ doplňuje náš obchodně-technický zástupce Jan Sobotka.

Hloubka vybití baterií: jaké je optimum?

Další populární parametr baterií je DoD (Depth of Discharge), tedy hloubka vybití. Teoreticky člověka může napadnout, že čím více lze baterii vybít, tím lépe, protože více využijete její kapacitu.

Vybíjení baterie do hraničních hodnot se nicméně nedoporučuje, jelikož se tím baterie extrémně namáhá a markantně se zkracuje její životnost. Jakési optimum, ve kterém by baterie měla většinu času pracovat, je 20–90 % celkové úrovně nabití.

I když budete mít baterii s DoD 90 % (což znamená, že ji lze vybít až na 10 % kapacity), každý elektrikář vám doporučí, ať to neděláte. Hodnota DoD 80 % je naprosto dostačující a jakékoliv vyšší číslo je jen marketing. Jestliže vám 80 % kapacity baterie dlouhodobě nestačí, není řešením ji každý den „šťavit“, ale pořídit si větší bateriové úložiště nebo lépe optimalizovat provoz (například pomocí výše zmíněné akumulace do vody).

17. května jsme v domě Vokáčových instalovali chytré řízení ohřevu vody pomocí PLC regulátoru. Od této chvíle se baterie nevybily pod 70 % jejich kapacity.

Procentuální vyjádření stavu nabití baterie je navíc relativní. Počítá ho řídící jednotka baterie, která měří přesný objem vstupující a vystupující energie a do výpočtu bere v úvahu i další parametry.

„Rozhodující parametr pro určení úplného vybití či nabití je napětí článku v klidovém stavu. Pro LiFePO4 články je maximální rozsah napětí 2,5–3,65 V. V takovém rozsahu se ale baterie nepoužívá, protože by se takto rychle opotřebovávala. Například řídící jednotka baterií Pylontech cíleně udržuje hraniční napětí článků striktně mezi 3,1–3,45 V. Každopádně v čím menším rozsahu napětí se články nabíjí a vybíjí, tím se prodlužuje jejich životnost. Pokud baterie tvrdí, že je vybitá na 0 % nebo nabitá na 100 %, zpravidla má na obě strany ještě malou rezervu a doopravdy se na absolutní hranici vybití nebo nabití z hlediska jejího napětí nenachází,“ vysvětluje Petr Pešek.

TIP: Baterie k FVE nejvíce trpí v zimě, kdy bývají hodně vybité a nemají možnost se plně nabít. V Pešek & Mudra pro tyto účely na dálku pomocí BMS (battery management system) aktivujeme zákazníkům zimní režim, kdy softwarově zvýšíme hranici minimálního vybití z letních 20 na 55 %. Baterie se pak většinu zimy pohybuje ve vyšším rozmezí nabití, například 55–75 %. To je vůči ní šetrnější, navíc se díky tomu může i v zimě občas zcela nabít a automaticky vybalancovat.

Jak se na životnost baterie díváme v Pešek & Mudra

Mnohem důležitější parametr než maximální počty cyklů nebo DoD je za nás SoH (State of Health), který říká, v jaké kondici se baterie po určité době nachází vzhledem k jejímu počátečnímu stavu kapacity po úvodní kalibraci. A to už lze objektivně změřit.

V Pešek & Mudra jsme doposud nainstalovali více než 1 200 baterií. Na základě této zkušenosti dnes klientům můžeme garantovat, že úbytek kapacity (a tedy relativní životnosti) bude průměrně 1,5 % ročně. Nejstarší baterie, kterou jsme instalovali, má k dnešnímu dni přes čtyři roky, a její SoH je aktuálně 95 %. Po čtyřech letech používání tedy ztratila 5 % svojí původní energetické kapacity.

„Jelikož baterie nejvíce kapacity ztrácí v prvních letech a následně se rychlost degradace snižuje, mohli bychom na základě těchto dat říci, že naše baterie budou mít po 20 letech provozu SoH nejméně 75 % a mohou bez problémů dále fungovat. Přesto si nic takového netroufáme tvrdit a klientům narovinu říkáme, že životnost baterií je přibližně 15–20 let. Mimo jiné proto, že stárnutím se u baterie zvyšuje vnitřní odpor, kvůli kterému pak baterie pracuje s nižší účinností a hůře dosahuje plné kapacity nabití. Navíc za 20 let technologie zřejmě tolik pokročí, že baterie bude zralá na výměnu z důvodu morálního zastarání, byť třeba fyzicky bude stále ještě v pořádku,“ říká Petr Pešek.

TIP: Baterie je jedna z nejdražších součástek FVE, a proto je třeba, aby dodavatel vždy navrhoval řešení s cílem co nejvíce ji šetřit a prodlužovat její životnost. V Pešek & Mudra proto kromě baterie navrhujeme i akumulaci energie do vody, nastavujeme šetrný zimní režim, používáme špičkové a široce rozšířené baterie Pylontech a vybíráme optimální kapacitu vzhledem k potřebám klienta, kterou umíme v případě potřeby snadno navyšovat. Výsledek je ten, že naše nejstarší baterie má po 4 letech jen 5% úbytek kapacity.

Jedna z našich instalovaných baterií po čtyřech letech provozu.

Na životnost baterie má vliv i umístění

Ačkoliv existuje mýtus, že bateriím vadí chlad, ve skutečnosti jsou nejspokojenější v zámecké teplotě kolem 12 °C a v suchém prostředí. Naše baterie Pylontech zvládají i teplotu -10 °C. Naprosto ideální jsou pro ně například garáže nebo suché sklepy.

Ve vyšší teplotě mají baterie sice vyšší výkon, ale zároveň se nepatrně rychleji zkracuje jejich životnost. Proto je nedoporučujeme umisťovat například do technické místnosti s pračkou a sušičkou nebo do půdních a podkrovních prostor, kde bývá často velmi teplo.

„Některé baterie mají krytí IP68, jsou tedy voděodolné a teoreticky mohou být i venku. Zima by nevadila, ale venku bývá vlhko a ráno rosa, toto řešení proto není ideální. Pokud má klient malý dům a dovnitř se mu baterie nevejde, lze pro ni postavit alespoň technický domek. Dnešní baterie ale nejsou větší než hotelová lednička, takže pokud to jde, doporučujeme umístění uvnitř,“ doplňuje Petr Pešek.

Od koho baterie k fotovoltaice nakoupit?

Dávejte si pozor také na to, od koho baterie kupujete. V souvislosti s boomem fotovoltaických elektráren v posledních třech letech se řada obchodníků zavázala nakoupit obrovské množství baterií – a teď se jich snaží všemožnými způsoby zbavit. Často je prodávají pod nákupní cenou, negarantují žádnou záruku a jakmile nastane problém, nedomůžete se servisu, protože pro většinu z nich byla solární baterka jen dobrou investicí k přeprodeji bez dalších technických služeb.

Doporučujeme baterie a všechny ostatní součásti elektrárny zakoupit vždy od vybraného dodavatele, se kterým uzavíráte smlouvu na fotovoltaiku, abyste měli na baterii zajištěný plnohodnotný servis i za cenu relativně vyšších nákladů.

„Co je pro nás jako realizátora nejhorší, když si zákazník v dobré víře, že ušetří, nakoupí dodatečné baterie od nějaké neznámé třetí strany. Vzniká pak riziko, že tyto baterie budou se systémem v různých ohledech nekompatibilní. Pokud řešíme reklamaci, zkoušíme nejdříve tyto baterie pochybného původu odpojit a problém mnohdy okamžitě zmizí. Proto doporučuji, ať si koupíte baterii přes nás a máte zajištěný doživotní servis i management baterie a vyřízení reklamací v produktové záruční době. Servisovat a zaručit se za cizí baterky pochybného původu je bohužel z naší strany nemožné,“ uzavírá Petr Pešek.

V případě zájmu o FVE včetně baterie a managementu se nám kdykoliv ozvěte. Pokud byste chtěli vidět jednu z našich realizací, napište na info@pesekmudra.cz nebo rovnou zavolejte našemu obchodně-technickému zástupci Janu Sobotkovi na číslo +420 775 086 588. Rádi domluvíme obhlídku co nejblíže od vás.

Chci nezávaznou nabídku