Akumulatory w systemach energii odnawialnej

Rys. 5. Znaczenie poszczególnych czynników składających się na ofertę handlową. Na czołowych pozycjach uplasowały się jakość i trwałość, niska cena oraz wysokie parametry techniczne

Kolejnym "trudnym" elementem, którzy przydaje się w instalacjach OZE, są akumulatory. Ich trudność aplikacyjna polega głównie na dużej cenie za jednostkę mocy oraz na ograniczonej trwałości tych produktów. Niemniej akumulatory w wielu miejscach są potrzebne, gdyż ograniczają oddziaływanie największej wady źródeł OZE, czyli nieprzewidywalności dostępnej mocy.

Do takich aplikacji wykorzystuje się głównie akumulatory bezobsługowe kwasowe, bo wersje litowo-jonowe są dzisiaj sporo droższe. W roli magazynu energii można wykorzystywać też superkondensatory, które mają większą żywotność, próbuje się także rozwiązań takich jak akumulatory przepływowe, ale tutaj problemem są wysokie koszty spychające takie rozwiązania do specjalistycznych nisz.

W specyficznych warunkach, czego przykładem mogą być instalacje domowe, udaje się przekierować nadwyżki mocy do celów grzania wody w bojlerach, którą można wykorzystać wieczorem, gdy prądu ze słońca już nie ma. Ale w przypadku ogólnym kłopoty z tanim i skutecznym magazynowaniem nadwyżek energii powodują, że wiele instalacji specjalistycznych musi być dodatkowo rozbudowywanych i mieć strukturę hybrydową łączącą kilka źródeł OZE, po to, aby ciągłość zasilania udało się zapewnić przy małym akumulatorze buforowym.

Praca w instalacji OZE to dla akumulatorów duże wyzwanie, bo duża zmienność energii generowanej przez system fotowoltaiczny przenosi się na skrajnie różne tempo ładowania akumulatorów. Prądy ładowania i rozładowywania mogą chwilowo kilkukrotnie przekraczać wartość pojemności znamionowej, co nie każda jednostka jest w stanie znieść bez wpływu na trwałość.

Z tego względu do instalacji solarnych projektuje się specjalne akumulatory o podwyższonej liczbie cykli ładowania-rozładowywania oraz o wyższych dopuszczalnych wartościach parametrów ładowania. Niektóre z nich mają również możliwość rozładowania głębszego niż w typowych akumulatorach bez wyraźnego skrócenia ich żywotności.

Pojawia się również kwestia ograniczonej żywotności. Akumulatory mają określoną liczbę cykli ładowania, po której ich parametry w znaczący sposób ulegają pogorszeniu, aż do całkowitej utraty zdolności magazynowania energii. W przypadku, gdy cykle rozładowania i ładowania są częste i pełne, na ogół trudno jest osiągnąć okres eksploatacji przekraczający kilka lat dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych.

Falowniki i sterowniki

Rys. 6. W czym kryje się potencjał biznesowy instalacji energii odnawialnej

Ważną częścią prawie każdej instalacji energii odnawialnej jest falownik dostarczający napięcia przemiennego o parametrach zgodnych z siecią energetyczną i/lub konwerter (przekształtnik) zapewniający ładowanie akumulatora buforowego. Z punktu widzenia funkcjonalności i jakości działania instalacji falownik jest elementem kluczowym, stąd na rynku co chwila pojawia się wiele takich produktów.

Nie sposób omówić ich wszystkich, ale można zauważyć, że wspólnym trendem jest coraz większa integracja i funkcjonalność tych urządzeń. Sam przekształtnik energii to już za mało, nawet jeśli będzie to jednostka wysoko sprawna. Technicznie i rynkowo korzystniej jest, gdy instalacja jest obsługiwana za pomocą jednego uniwersalnego urządzenia o dużej funkcjonalności.

Falownik jest łączony z ładowarką akumulatora (z sieci i źródła OZE) zabezpieczeniami (styczniki) itp. Całością steruje komputer embedded zapewniający monitoring i zapis parametrów, także z dostępem przez Internet. Z punktu widzenia użytkownika jest to rozwiązanie "wszystko w jednym", uwalniające od konieczności komponowania instalacji z różnych produktów, które powinno stać się standardem dla mikroinstalacji.

W przypadku dużych farm OZE ich infrastruktura techniczna jest bardziej otwarta, różnorodna pod kątem marek i typów wykorzystywanego sprzętu, ale jak już wspomniano, ten sektor jest w zasadzie poza zasięgiem rynku dystrybucji.

Komponenty

Rys. 7. Najbardziej perspektywiczne produkty związane z energią odnawialną na najbliższe 3 lata

W oczekiwaniu na pełne otwarcie rynku, uruchomienie kolejnych transzy finansowych w programie wsparcia Prosument, korzystne taryfy odkupu energii, a także na czytelną i perspektywiczną politykę energetyczną państwa, firmy rozwijają oferty, wprowadzając do nich wiele specjalizowanych komponentów właśnie pod kątem źródeł OZE.

Są to złącza kabel-kabel o dużej odporności na czynniki środowiskowe, przewody, przekaźniki i styczniki umożliwiające przełączanie obwodów stałoprądowych o dużej mocy, zabezpieczenia takie jak bezpieczniki oraz wyłączniki przepięciowe. W dalszej kolejności są to komponenty sieciowe, elementy systemów pomiarowych (mierniki, układy akwizycji danych, rejestratory) i podobne. Łącznie jest to bardzo szeroki asortyment produktów, w których jest wiele nowości. Bo nawet jeśli w kraju mamy chwilową zadyszkę, to świat w tej dziedzinie pędzi do przodu.

Instalacje energii odnawialnej integrują w sobie wiele urządzeń technicznych, a jeśli skala inwestycji jest duża, jak w farmach, to także zaawansowanych. To dlatego, że duże obiekty są zarządzane i obsługiwane zdalnie za pomocą modułów i układów pomiarowych połączonych w sieć. Konieczne są do tego elementy systemów pomiarowych i urządzenia wykonawcze, urządzenia infrastruktury sieciowej w różnych standardach, konwertery protokołów, kontrolery. Takich urządzeń jest bardzo dużo, a wiele ponadto ma uniwersalny charakter, pasując do wielu aplikacji.

Rynek OZE a sprzedaż dystrybutorów

Rys. 8. Najważniejsze czynniki pozytywne sprzyjające sprzedaży

Bez względu na sygnały płynące ze sfer ministerialnych, dostawcy produktów i technologii są optymistami, jeśli chodzi o tendencje w koniunkturze na opisywane produkty (rys. 1). Jest to cecha charakterystyczna dla naszych przedsiębiorców, którzy w swojej karierze zawodowej przeżyli niejeden kryzys, nierzadko gorszy, i są zahartowani, jeśli chodzi o radzenie sobie w trudnych czasach.

Dostawcy komponentów do budowy instalacji OZE w dużej mierze mają biznes zdywersyfikowany, a konkurencja na rynku w porównaniu do innych produktów omawianych w "Elektroniku" w ramach raportu nie jest jeszcze postrzegana jako bardzo silna. Firmy przeczekają gorszy okres i wykorzystają go na przygotowanie się do momentu zmiany, bo wiadomo, że od energii odnawialnej nie uciekniemy.

Na rysunku 2 pokazano zestawienie wzrostów i spadków obrotów dostawców wymienionych w tabeli 2 w zakresie produktów przeznaczonych do OZE. Nietrudno dostrzec, że ostatnie lata (2013-2015) dla omawianego biznesu były udane. Każdy kolejny rok przynosił wzrosty sprzedaży, a liczba firm, dla których były one większe niż 10%, systematycznie się zwiększała.

Gdyby rynek dalej rósł w tym tempie, można by mówić, że energia odnawialna nareszcie w Polsce zyskuje realny potencjał biznesowy. Niemniej pokazana na rysunku 3 struktura obrotów osiąganych przez firmy zajmujące się tą tematyką sprowadza szybko na ziemię. Rynek energii odnawialnej, nawet jeśli szybko rósł i sprzedaż procentowo rok do roku zwiększała się znacząco, to jednak w dziedzinie obrotów sprzedaż nie jest duża.

Dla 38% pytanych nie przekroczyła 250 tys. zł rocznie, kolejna jedna trzecia firm ma sprzedaż niewychodzącą ponad pół miliona. To niewielkie sumy, wskazujące, że jesteśmy na samym początku rozwoju rynku, który cały czas należy traktować jako perspektywiczny. Dane pokazane na rysunku 3 są oczywiście niepełne, bo wiele firm nie podało nam informacji w tym miejscu, niemniej odmowy też są wymowne i wskazują z reguły, że nie ma się czym chwalić.

Instalacje fotowoltaiczne lub elektrownie wiatrowe nie są tanie, stąd małe obroty wskazują, że takich zrealizowanych inwestycji, w których rynek dystrybucji miał udział, było niewiele. Należy też pamiętać, że nasze opracowanie dotyczy w największym stopniu fragmentu rynku związanego z produktami specjalistycznymi i rozwiązaniami kierowanymi w obszary specjalne: przemysłowe, transportowe wojskowe, dla potrzeb rozproszonej infrastruktury pomiarowej i podobnych.

W tak zdefiniowanym obszarze relacje rynkowe są inne i jak widać z wykresów oraz ze statystyk, zamieszczanych przez ministerstwa na temat wniosków zrealizowanych w 2015 roku z programu Prosument, są słabsze. Małe obroty w omawianej branży w zasadzie wykluczają specjalizację. Zgodnie z wynikami ankiety dla 83% firm tematyka tytułowa przynosi co najwyżej 10% sprzedaży (rys. 4).

17% przedsiębiorstw ma ten wskaźnik nieco wyższy bo dochodzący do połowy, ale nadal to nie zmienia tezy, że rynek energii odnawialnej (oczywiście nie cały, ale ten związany z prądem i nie np. kolektorami słonecznymi do podgrzewania wody) jest w naszym kraju w powijakach.

Struktura rynku

Rys. 9. Główne problemy przeszkadzające w szybkim rozwoju rynku

Rysunek 5 przedstawia zestawienie najważniejszych kryteriów powiązanych z ofertą handlową, które klienci biorą pod uwagę, wybierając produkty i dostawców. Na szczycie wykresu zaskakująco nie ma najniższej ceny, którą przewyższyła wysoka jakość, a odrobinę niżej uplasowały się parametry techniczne instalacji, ale w sumie te trzy kryteria procentowo się na tyle mało różnią, że ich oddziaływanie można uznać za identyczne.

Można zatem powiedzieć, że klienci szukają głównie produktów zapewniających najlepszy stosunek parametrów i funkcjonalności do ceny, co w kraju jest normą i działaniem naturalnym dla większości sektorów. Wysoko oceniono ponadto rolę kompetencji technicznych dostawców, co wskazuje, że świadomość rynku w omawianej tematyce i wiedza fachowa nie jest imponująco duża.

Kupujący potrzebują wsparcia technicznego, chętnie przyjmują pomoc związaną z usługami integracji i kompletacji, bo starają się ograniczyć ryzyko złego wyboru. Nie bez znaczenia jest to, że instalacje powstają w ramach projektu, który zakłada całościowe wykonawstwo przez specjalizowaną firmę integratorską. Na taką usługę stosuje się też obniżoną stawkę podatku VAT oraz gwarancję na cały projekt, przez co w zakresie mikroinstalacji sprzedaż produktów za pośrednictwem firm integratorskich jest najistotniejsza.

Twierdzenie to ma pokrycie w kolejnym zestawieniu pokazanym na rysunku 6, gdzie przedstawiono, w jakich produktach związanych z OZE kryje się największy potencjał biznesowy. Bezsprzecznie funkcję tę pełnią mikroinstalacje dla odbiorców indywidualnych, a w drugiej kolejności ze sporo niższym wynikiem duże farmy PV.

Trzecie miejsce przypadło rozwiązaniom specjalistycznym, co też jest wymowne. Mikroinstalacje składają się z produktów różnych firm, zawierają w sumie sporo komponentów poza panelami, które instalatorzy i integratorzy, gdzieś muszą kupić. Dla rynku dystrybucji są one uznawane za potencjalnie wartościowe, bo założenia do programu Prosument, skala dofinansowania, jaka się z nim wiąże, przesuwa środek ciężkości rynku właśnie w tę stronę.

Rozwój i rynek w niedalekiej przyszłości

Tabela 2. Dane adresowe do dostawców komponentów do budowy instalacji energii odnawialnej

Najbardziej perspektywiczne produkty związane z energią odnawialną na najbliższe 3 lata to zdaniem specjalistów panele fotowoltaiczne, akumulatory i falowniki. Te produkty zyskały praktycznie taką samą liczbę wskazań w naszych ankietach (rys. 7).

Panele fotowoltaiczne wydają się tutaj naturalną i domyślną pozycją, ale duże znaczenie akumulatorów i falowników wskazuje, że oczekuje się, że w przyszłości instalacje będą miały większą niezależność od sieci energetycznej i bardziej będą przypominały to, o czym mówi się od dawna, a więc o sieciach smart grid. Pojemny akumulator oraz zaawansowany, wysoko sprawny falownik są niezbędnymi komponentami, aby sieć wykorzystująca OZE była "smart".

Mówiąc o przyszłości systemów zasilania energią odnawialną, warto mieć na uwadze główne czynniki pozytywnie i negatywnie oddziałujące na rynek. Pokazujemy je na rysunkach 8 i 9. Za trzy główne kryteria sprzyjające omawianej branży specjaliści uznali rosnące ceny energii ze źródeł tradycyjnych, dużą funkcjonalność rozwiązań a także dostępność produktów.

Po drugiej stronie sklasyfikowano brak wsparcia dla inwestorów (najbardziej przeszkadza), wysokie ceny produktów i usług, a także brak wsparcia po stronie ustawodawczej (np. taryfy gwarantowane). Jak widać, największy wpływ na rozwój rynku OZE i moc sprawczą mają politycy.

Ankiety i tabele z prezentacją ofert

Tabela 3. Plan raportów "Elektronika" na najbliższe miesiące

Przegląd rynku od strony dostawców i ofert związanych z energią odnawialną pokazany został w tabeli 1.

Informacje tam zawarte przybliżają podstawowe informacje na temat oferowanych typów źródeł energii, urządzeń do magazynowania, układów przekształtników, komponentów do budowy instalacji oraz powiązanych usług.

Na koniec, w tabeli 2 zamieszczamy dane adresowe do firm.

Robert Magdziak

Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród producentów, dystrybutorów i innych firm działających w branży energii odnawialnej w Polsce.