Solární baterie

Obsah červnového dTestu

Aktuální číslo časopisu dTest 6/2020 Obsah červnového dTestu

Publikováno v časopise 4/2020

Vyplatí se ukládat energii ze slunce na noc nebo na horší časy? Podívali jsme se na typy současných článků, jejich udržitelnost a také na to, jaké možnosti přinese blízká budoucnost.

Fotovoltaika je v dnešní době velké téma nejen mezi ekology, ale i pro každého majitele domu, který přemýšlí nad dlouhodobou úsporou. Populární řešení představuje tzv. hybridní solární elektrárna. Ta nejenže vyrábí elektřinu ze slunce, ale zároveň dovede přebytky ukládat do baterií. Někteří si ukládají energii, kterou vyrobí přes den, na večerní a noční použití. Je to logické řešení v případě, že přes den není nikdo doma, a tomu odpovídá i minimální spotřeba, zatímco večer běží pračka, myčka, trouba a svítí se v celém domě. Stejně tak ale lze postavit větší akumulační systém z více baterií a mít rezervu i na den nebo déle. To se hodí mimo jiné v případě, že bojujete několikrát ročně s výpadky proudu ze sítě.

Má to samozřejmě i své nevýhody. Baterie jsou drahé a zabírají místo v domácnosti. Celá řada lidí navíc naplno nevyužije jejich potenciál. Zda mají smysl právě pro vás, nelze obecně říci. Doporučujeme zkonzultovat vše s odborníkem při prohlídce vašeho domu a navrhování ideálního řešení fotovoltaické elektrárny. Svou roli v tom bude mít vaše spotřeba během dne, finanční možnosti a také dostatečný prostor pro uložení baterií.

Za nevýhodu lze považovat také to, že další komponenta komplikuje celý systém a zvyšuje riziko poruchy či nutnost údržby. Neznamená to, že by baterie vynikaly nízkou spolehlivostí, je ale dobré to vzít v potaz. Nakonec je jejich slabinou nižší životnost oproti fotovoltaickým panelům. I když budete s bateriemi zacházet šetrně a tak, aby se co nejméně opotřebovávaly, bude jejich životnost zhruba poloviční.

Olovo nebo lithium?

V současnosti se na trhu často setkáte s olověnými, Li-ion a LiFePO4 bateriemi. Poslední jmenované představují nejnovější typ, jež vyniká hlavně dlouhou životností, která dosahuje při nízké zátěži i více než 20 let. Mají navíc minimální míru samovybíjení. Jejich největší slabinou je nižší vodivost, takže můžete narazit na problém při potřebě odebrat z akumulátorů najednou velké množství energie. Zároveň se tím zkracuje jejich životnost.

Olověné baterie představují klasiku, která je cenově nejdostupnější a na rozdíl od výše zmíněného typu nemá problém s vyšším odběrem. Je však třeba počítat se znatelně většími rozměry. Dlouho také platilo, že olovo má nižší životnost než modernější Li-ion. Dnes už to tak není – budou vám sloužit zhruba stejně dlouho. Podle způsobu vašeho zacházení s nimi to může být 5 i 15 let. Li-ion akumulátory však stále lákají kompaktnější velikostí.

S výběrem si naštěstí nemusíte lámat hlavu. Podobně jako v případě rozhodování se o typu elektrárny je nejlepší vybrat si spolehlivou a zkušenou firmu, která vám poradí přesně podle toho, jaké máte potřeby, nároky a možnosti.


Nejekologičtější je olovo

Z hlediska udržitelnosti je zajímavé porovnat si množství energie, které je potřeba vynaložit na výrobu jednotlivých typů baterií. U olověných je to 30 MJ/kg, zatímco u lithiových se jedná o 170 MJ/kg. Velmi podobné je to i z hlediska emisí CO2. Výroba kilogramu olověných akumulátorů vytvoří 3 kg tohoto skleníkového plynu, stejné množství lithiových baterií pak 12 kg. Vyšší jsou i emise těkavých organických látek, prachových částic a dalších škodlivin.

Jak je to s recyklací? V případě olověných baterií dosahuje v Evropské unii míra znovuzpracování téměř 100 %. Baterie na bázi olova lze snadno rozložit a oddělit jednotlivé složky, jako olovo, plast a kyselinu, které je možné opětovně využít. Jednoduché zpracování je ekologické i ekonomické, takže se k němu přistupuje opravdu často. Zhruba 85 % zpracovaného olova slouží k výrobě baterií, přičemž 60 % z něj pochází z recyklovaných zdrojů.

To je ve značném kontrastu s většinou ostatních typů baterií. Zvláště u rozšířených Li-ion akumulátorů je recyklace mnohem složitější, nákladnější, méně ohleduplná k životnímu prostředí a v důsledku toho všeho také výrazně méně rozšířená.

Samozřejmě to neznamená, že lithiové baterie nelze rozebrat a jednotlivé součásti znovu použít. Možné to je a také se to často děje, ovšem zejména u malých článků určených pro drobné spotřebiče. V případě velkých akumulátorů například pro elektromobily nebo průmyslové využití je situace odlišná. Brzy se to ale nejspíš změní. V podstatě žádné z těchto velkých baterií dosud nedosáhly konce své životnosti a jejich recyklace tak nebyla zatím nutností. Lze předpokládat, že v budoucnu s přibývajícím počtem dosloužených velkých baterií vzniknou též recyklační závody pro jejich opětovné zpracování. Taková změna se očekává během příštího desetiletí.

Co přinese budoucnost?

Baterie jsou žhavé téma nejen v médiích a politických diskuzích, ale zejména ve výzkumu. V současnosti jsou dominantní dva směry vývoje. Pro mobilní zdroje, jako jsou elektromobily nebo přenosná elektronika, se konstruktéři snaží zhustit energii a umožnit tak vznik aut s pokud možno co nejlehčími články a nejvyšším dojezdem. Pro stacionární zdroje naopak vědci vyvíjejí zdroje, které jsou nízkonákladové a používají se u nich udržitelné materiály. Díky tomu podle aktuálních odhadů expertů klesne v tomto desetiletí cena baterií zhruba o 40 %.

Podívejme se na několik technologií, které jsou ve fázi výzkumu a je pravděpodobné, že některá z nich se prosadí i na trhu. Lithium-sírové baterie slibují oproti současným Li-ion akumulátorům minimálně dvojnásobnou kapacitu. V současnosti je limituje hlavně zdravotní riziko. Elektrolyty na bázi síry reagují s vodou, tudíž mohou ve vlhkém prostředí tvořit sulfan neboli sirovodík. Ten kromě nesnesitelného zápachu nese riziko poškození centrálního nervového systému, metabolismu a zažívání. Jediným pozitivem je to, že lidský nos dokáže zaznamenat jeho zápach už v koncentraci 0,13 ppm, zatímco první symptomy nevolnosti se projeví až při 50 ppm.

Obrovský potenciál na uložení energie mají lithium-vzdušné baterie, které mohou dosáhnout v porovnání s Li-ion články až desetinásobné kapacity. Jejich výzkum je bohužel stále v plenkách a čeká je ještě vyřešit celou řadu problémů se stabilitou elektrolytu a dalšími komponentami. Bez zajímavosti nejsou ani pevné baterie bez tekutého elektrolytu. Oproti Li-ion článku mohou mít téměř dvojnásobnou kapacitu a díky své konstrukci můžou vyřešit problémy některých nových technologií popsaných výše.

Často se hovoří i o sodíkových bateriích, které používají jako vodič tekutý sodík a síru, přičemž fungují při vysokých teplotách 300 až 350 °C. Jako elektrolyt zde slouží keramika. Jejich hlavní výhodou je, že využívají levné a dostupné materiály. Slabinou je nákladná výroba vyžadující kvalitní izolaci a tepelné ošetření. Ta se projevuje ve vysokých cenách sodíkových baterií. Kvůli izolaci se vyplatí až ve chvíli, kdy jsou zapotřebí opravdu velké akumulátory. Z toho důvodu se v domácích podmínkách nepoužívají.

Elektřina na celou zimu?

Současné baterie pro ukládání elektřiny se vyvíjejí hlavně pro potřeby elektromobilů. To znamená, že jsou konstruované pro krátkodobé ukládání v řádu hodin nebo několika málo dnů. Energetická soběstačnost domácnosti bude vyžadovat mnohem vyšší kapacitu, která umožní překlenout alespoň několikadenní a v ideálním případě i několikaměsíční období, kdy nesvítí dostatek slunce a je zapotřebí sáhnout po zásobách z horkých dní.

Z pohledu současného vývoje baterií stále není jisté, zda se něco takového pomocí klasických elektrochemických článků vůbec podaří. V chladnějších zemích bude zapotřebí během léta uložit zhruba 20 % veškeré vytvořené energie, aby bylo možné překlenout zimní období. V takovém případě bude jedním z klíčových parametrů samovybíjení, které by se mělo pohybovat kolem cca 3 % měsíčně. Dále je třeba počítat s tím, že cena takového systému bude vysoká – může dosáhnout až do řádu miliónů.

Taková investice se jen těžko vrátí, a proto lze spíše předpokládat, že se systém pro ukládání energie pro celou sezónu bude moci uchytit jen s nástupem nových technologií, které přinesou výrazně nižší pořizovací cenu. Nakonec je třeba mít na paměti velké rozměry a hmotnost celého systému. Proto bude nutností též zajistit trvanlivost baterií alespoň na 20 až 30 let kvůli ceně za přepravu a starostem při jejich instalaci, které budou podobné stavebním úpravám domu.

Za současných podmínek je nevýhodná i mnohem kratší doba uložení. Aby se finančně vyplatilo vytvoření desetidenní zásoby, musela by klesnout cena baterií cca na čtvrtinu. Jak jsme zmínili výše, experti odhadují pokles ceny zhruba o 40 %. Jako jediné řešení se tak zdá počkat, zda se vědcům podaří zdokonalit některou z nových technologií, které mají šanci způsobit malou technologickou revoluci.


Přihlásit