Solárne batérie

Obsah červnového dTestu

Aktuální číslo časopisu dTest 6/2020 Obsah červnového dTestu

Publikované v časopise 4/2020

Oplatí sa ukladať energiu zo slnka na noc alebo na horšie časy? Pozreli sme sa na typy súčasných článkov, na ich udržateľnosť aj na to, aké možnosti prinesie blízka budúcnosť.

Fotovoltické články sú v súčasnosti veľká téma nielen medzi ekológmi, ale aj pre každého majiteľa domu, ktorý rozmýšľa nad dlhodobou úsporou. Populárne riešenie predstavuje tzv. hybridná solárna elektráreň, ktorá nielenže vyrába elektrinu zo slnka, ale zároveň dokáže prebytky ukladať do batérií. Niektorí si ukladajú energiu, ktorú vyrobia cez deň, na večerné a nočné použitie. Je to logické riešenie vtedy, keď cez deň nie je nikto doma, a preto je spotreba minimálna, zatiaľ čo večer beží práčka, umývačka, rúra a svieti sa v celom dome. Takisto sa však dá postaviť väčší akumulačný systém z viacerých batérií a mať tak rezervu aj na deň alebo na dlhší čas. Vhodné je to, okrem iného aj vtedy, keď bojujete niekoľkokrát ročne s výpadkami prúdu zo siete.

Má to, samozrejme, aj svoje nevýhody. Batérie sú drahé a zaberajú miesto v domácnosti. Veľa ľudí navyše naplno ani nevyužije ich potenciál. Či majú zmysel práve pre vás, to sa nedá všeobecne povedať. Odporúčame prekonzultovať všetko s odborníkom pri prehliadke vášho domu pri navrhovaní ideálneho riešenia fotovoltickej elektrárne. Svoju úlohu pri tom bude mať vaša spotreba počas dňa, finančné možnosti aj dostatočný priestor na uloženie batérií.

Za nevýhodu sa dá považovať aj to, že ďalší komponent komplikuje celý systém a zvyšuje riziko poruchy alebo potrebu údržby. Neznamená to však, že by batérie vynikali nízkou spoľahlivosťou, je však dobré zobrať to do úvahy. Nakoniec, ich slabinou je aj nižšia životnosť oproti fotovoltickým panelom. Aj keď budete s batériami zaobchádzať šetrne, aby sa čo najmenej opotrebovávali, bude ich životnosť zhruba polovičná.

Olovo alebo lítium?

V súčasnosti sa na trhu často stretnete s olovenými, Li-ion a LiFePO4 batériami. Posledné menované predstavujú najnovší typ, ktorý vyniká hlavne dlhou životnosťou, ktorá dosahuje pri nízkej záťaži aj viac ako 20 rokov. Majú navyše minimálnu mieru samovoľného vybíjania. Ich najväčšou slabinou je nižšia vodivosť, takže môžete naraziť na problém vtedy, keď potrebujete odobrať z akumulátorov naraz veľké množstvo energie. Zároveň sa tým skracuje ich životnosť.

Olovené batérie predstavujú klasiku, ktorá je cenovo najdostupnejšia a na rozdiel od vyššie zmieneného typu nemá problém s vyšším odberom. Musíte však počítať s citeľne väčšími rozmermi. Dlho platilo aj to, že olovo má nižšiu životnosť ako modernejšie Li-ion. V súčasnosti to už tak nie je − budú vám slúžiť zhruba rovnako dlho. Podľa toho, ako s nimi budete zaobchádzať, môže to byť 5 aj 15 rokov. Li-ion akumulátory však stále lákajú kompaktnejšou veľkosťou.

S výberom si, našťastie, nemusíte lámať hlavu. Podobne ako pri rozhodovaní o type elektrárne je najlepšie vybrať si spoľahlivú a skúsenú firmu, ktorá vám poradí presne podľa toho, aké máte potreby, nároky a možnosti.


Najekologickejšie je olovo

Z hľadiska udržateľnosti je zaujímavé porovnať si množstvo energie, ktoré sa musí vynaložiť na výrobu jednotlivých typov batérií. V olovených je to 30 MJ/kg, zatiaľ čo v lítiových ide o 170 MJ/kg. Veľmi podobné je to aj z hľadiska emisií CO2. Výroba kilogramu olovených akumulátorov vytvorí 3 kg tohto skleníkového plynu, rovnaké množstvo lítiových batérií 12 kg. Vyššie sú aj emisie prchavých organických látok, prachových častíc a ďalších škodlivín.

Ako je to s recykláciou? V prípade olovených batérií dosahuje miera opätovného využitia v Európskej únii takmer 100 %. Batérie na báze olova sa dajú ľahko rozložiť a oddeliť jednotlivé zložky, ako olovo, plast a kyselinu, ktoré sa môžu opätovne využiť. Jednoduché spracovanie je ekologické aj ekonomické, takže sa využíva naozaj často. Zhruba 85 % spracovaného olova slúži na výrobu batérií, pričom 60 % z neho pochádza z recyklovaných zdrojov.

To je v značnom kontraste s väčšinou ostatných typov batérií. Zvlášť pri rozšírených Li-ion akumulátoroch je recyklácia oveľa zložitejšia, nákladnejšia aj menej ohľaduplná k životnému prostrediu a v dôsledku toho všetkého aj výrazne menej rozšírená.

Samozrejme to neznamená, že lítiové batérie sa nedajú rozobrať a jednotlivé súčasti znova použiť. Možné to je aj sa to často deje, najmä pri malých článkoch určených pre drobné spotrebiče. Pri veľkých akumulátoroch napríklad pre elektromobily alebo priemyselné využitie je situácia odlišná. Čoskoro sa to však zrejme zmení. V podstate žiadne z týchto veľkých batérií ešte nedosiahli koniec svojej životnosti a ich recyklácia preto nebola zatiaľ nutná. Dá sa predpokladať, že v budúcnosti s pribúdajúcim počtom veľkých batérií, ktoré už doslúžili, budú vznikať recyklačné závody na ich opätovné spracovanie. Takáto zmena sa očakáva v priebehu budúceho desaťročia.

Čo prinesie budúcnosť?

Batérie sú pálčivá téma nielen v médiách a politických diskusiách, ale najmä vo výskume. V súčasnosti sú dominantné dva smery vývoja. Pre mobilné zdroje, ako sú elektromobily alebo prenosná elektronika, sa konštruktéri snažia zhustiť energiu tak, aby umožnili podľa možností rozvoj áut s čo najľahšími článkami a najvyšším dojazdom. Pre stacionárne zdroje, naopak, vedci vyvíjajú zdroje, ktoré sú nízkonákladové a používajú sa v nich udržateľné materiály. Vďaka tomu podľa aktuálnych odhadov expertov klesne v tomto desaťročí cena batérií zhruba o 40 %.

Pozrime sa na niekoľko technológií, ktoré sú vo fáze výskumu a je pravdepodobné, že niektoré z nich sa presadia aj na trhu. Lítium-sírové batérie sľubujú oproti súčasným Li-ion akumulátorom minimálne dvojnásobnú kapacitu. V súčasnosti ich limituje hlavne zdravotné riziko. Elektrovolty na báze síry reagujú s vodou, preto môžu vo vlhkom prostredí tvoriť sulfán, čiže sírovodík. Ten prináša okrem neznesiteľného zápachu aj riziko poškodenia centrálneho nervového systému, metabolizmu a trávenia. Jediným pozitívom je to, že ľudský nos dokáže zaznamenať jeho zápach už v koncentrácii 0,13 ppm, zatiaľ čo prvé symptómy nevoľnosti sa prejavia až pri 50 ppm.

Obrovský potenciál na uloženie energie majú lítium-vzdušné batérie, ktoré môžu dosiahnuť v porovnaní s Li-ion článkami až desaťnásobnú kapacitu. Ich výskum je, bohužiaľ, stále v plienkach a čaká ich ešte vyriešiť niekoľko problémov so stabilitou elektrolytu a ostatnými komponentmi. Bez zaujímavosti nie sú ani pevné batérie bez tekutého elektrolytu. Oproti Li-ion článkom môžu mať takmer dvojnásobnú kapacitu a vďaka svojej konštrukcii môžu vyriešiť problémy niektorých nových technológií opísaných vyššie.

Často sa hovorí aj o sodíkových batériách, ktoré používajú ako vodič tekutý sodík a síru, pričom fungujú pri vysokých teplotách 300 až 350 °C. Ako elektrolyt tu slúži keramika. Ich hlavnou výhodou je to, že využívajú lacné a dostupné materiály. Slabinou je nákladná výroba vyžadujúca kvalitnú izoláciu a tepelné ošetrenie, a to sa prejavuje vo vysokých cenách sodíkových batérií. Kvôli izolácii sa vyplatia až vo chvíli, keď sa vyžadujú naozaj veľké akumulátory. Z toho dôvodu sa v domácich podmienkach nepoužívajú.

Elektrina na celú zimu?

Súčasné batérie určené na ukladanie elektriny sa vyvíjajú hlavne pre potreby elektromobilov. To znamená, že sa konštruujú na krátkodobé ukladanie na niekoľko hodín alebo niekoľko dní. Energetická sebestačnosť domácnosti bude vyžadovať oveľa vyššiu kapacitu, ktorá umožní preklenúť aspoň niekoľkodňové, v ideálnom prípade aj niekoľkomesačné obdobie, keď nesvieti dostatok slnka a je potrebné využívať zásoby z horúcich dní.

Z pohľadu súčasného vývoja batérií stále nie je isté, či sa niečo také pomocou klasických elektrochemických článkov vôbec podarí. V chladnejších krajinách bude potrebné počas leta uložiť približne 20 % všetkej vytvorenej energie, aby sa mohlo preklenúť zimné obdobie. V takom prípade bude jedným z kľúčových parametrov samovoľné vybíjanie, ktoré by sa malo pohybovať okolo cca 3 % mesačne. Musíme počítať aj s tým, že cena takéhoto systému bude vysoká je − môže sa vyšplhať rádovo až do miliónov.

Takáto investícia sa len ťažko vráti, a preto sa dá predpokladať, že sa systém na ukladanie energie na celú sezónu bude môcť uchytiť len s nástupom nových technológií, ktoré prinesú výrazne nižšiu obstarávaciu cenu. Napokon treba mať na pamäti veľké rozmery a hmotnosť celého systému. Preto bude nutnosťou zabezpečiť aj trvanlivosť batérií aspoň na 20 až 30 rokov kvôli cene za prepravu a starostiam pri ich inštalácii, ktoré sa budú podobať na stavebné úpravy domu.

Nevýhodou je v súčasnosti aj možnosť uložiť energiu len na veľmi krátky čas. Aby sa finančne oplatilo vytvorenie desaťdňovej zásoby, musela by klesnúť cena batérií cca na štvrtinu. Ako sme už spomenuli vyššie, experti odhadujú pokles ceny zhruba o 40 %. Ako jediné riešenie sa zatiaľ javí počkať, či sa vedcom podarí zdokonaliť niektorú z nových technológií, ktoré majú šancu spôsobiť malú technologickú revolúciu.


 


Prihlásiť