Analysis of the possibility of increasing the selfconsumption rate in a household PV micro-installation due to the storage of electricity and heat

• Autorzy: Khawaja Alisha , Olczak Piotr

Identyfikatory

DOI

10.33223/epj/186877

Warianty tytułu

PL

Analiza możliwości zwiększenia wskaźnika autokonsumpcji w przydomowej mikroinstalacji fotowoltaicznej dzięki magazynowaniu energii elektrycznej i ciepła

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Between 2019 and 2023, over one million PV micro-installations were built in Poland. Most of them have the option of settling prosumer discounts: net-metering (80% of energy sent to the grid returns to the user for PV installation power up to 10 kWp and 70% for power between 10 and 50 kWp). Owners of new PV micro-installations (from 2022) are subject to net-billing settlements, which is economically unfavorable due to the coexistence of low energy prices and high productivity of PV panels. This, however, favors efforts to increase self-consumption of energy in prosumer PV micro-installations. Therefore, for the selected PV installation, the use of electricity storage and thermal energy storage (for the purposes of preparing domestic hot water) was analyzed. The calculations were based on data from the installation collected during one year of operation. A calculation methodology for energy distribution for the consumption and storage of electricity and heat was developed, and thus for estimating the value of energy sent to the grid, taking into account the above-mentioned. The use of electrical and thermal energy storage resulted in an increase in the value of self-consumed energy, with the self-consumption coefficient ranging from 30 to over 80%. The self-consumption rate in the first year of operation of the installation (without energy storage) reached 27.1%, and in the second year 30.7%. A 3 kWh electricity storage would increase the selfconsumption rate in the following years to 51 and 57.2%, and for a 6 kWh capacity 58.5 and 64.1%.

PL

W latach 2019–2023 w Polsce przybyło ponad milion mikroinstalacji PV. Większość z nich ma możliwość rozliczania bonifikat prosumenckich – net-metering (80% energii wysłanej do sieci wraca do użytkownika dla mocy instalacji PV do 10 kWp i 70% dla mocy od 10 do 50 kWp). Właściciele nowych mikroinstalacji PV (od 2022 r.) podlegają rozliczeniu typu net-billing, co jest niekorzystne ekonomicznie ze względu na współwystępowanie niskich cen energii i wysokiej produktywności paneli PV. Sprzyja to jednak działaniom na rzecz zwiększenia autokonsumpcji energii w prosumenckich mikroinstalacjach PV. Dlatego dla wybranej instalacji PV przeanalizowano wykorzystanie magazynowania energii elektrycznej i magazynowania energii cieplnej (na potrzeby przygotowania ciepłej wody użytkowej). Obliczenia oparto na danych z instalacji zebranych w ciągu jednego roku eksploatacji. Opracowano metodykę kalkulacji rozdziału energii na potrzeby zużycia i magazynowania energii elektrycznej i cieplnej, a tym samym szacowania wartości energii przesyłanej do sieci, uwzględniającą powyższe. Zastosowanie magazynowania energii elektrycznej i cieplnej spowodowało wzrost wartości energii zużywanej na własny użytek, przy czym współczynnik autokonsumpcji wahał się od 30 do ponad 80%. Wskaźnik autokonsumpcji w pierwszym roku eksploatacji instalacji (bez magazynowania energii) wyniósł 27,1%, a w drugim roku 30,7%. Magazyn energii elektrycznej o pojemności 3 kWh zwiększyłby wskaźnik samozużycia w kolejnych latach do 51 i 57,2%, a dla pojemności 6 kWh odpowiednio 58,5 i 64,1%.

Słowa kluczowe

EN

heat storage; electricity storage; energy in Poland; PV; implementation of renewable energy

PL

magazynowanie ciepła; magazynowanie energii elektrycznej; energetyka w Polsce; PV; wdrażanie odnawialnych źródeł energii

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Polityka Energetyczna
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 27, z. 3
• Strony: 71--86
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., wykr.

Twórcy

autor

Khawaja Alisha

• Independent Researcher, Germany

autor

Olczak Piotr

• Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4926-0845

Bibliografia

• Adamska, B. 2022. Magazyny energii niezbędnym elementem transformacji energetycznej. Energetyka Rozproszona 7.
• Augustyn, A. and Kamiński, J. 2018. A review of methods applied for wind power generation forecasting. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 21(2), pp. 139–150, DOI: 10.24425/122767.
• Barsegyan, A.A. and Baghdasaryan, I.R. 2022. Prospects for the use of energy storage devices in the process of solar energy production. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 25(4), pp. 135–148, DOI: 10.33223/epj/155789.
• Bartecka et al. 2020 – Bartecka, M., Terlikowski, P., Kłos, M. and Michalski, Ł. 2020. Sizing of prosumer hybrid renewable energy systems in Poland. Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences 68(4), pp. 721–731, DOI: 10.24425/bpasts.2020.133125.
• Benalcazar et al. 2024 – Benalcazar, P., Komorowska, A. and Kamiński, J. 2024. A GIS-based method for assessing the economics of utility-scale photovoltaic systems. Applied Energy 353(A), DOI: 10.1016/j.apenergy.2023.122044.
• Canales et al. 2020 – Canales, F.A., Jadwiszczak, P., Jurasz, J., Wdowikowski, M., Ciapała, B. and Kaźmierczak, B. 2020. The impact of long-term changes in air temperature on renewable energy in Poland. Science of the Total Environment 729, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.138965.
• Ceran et al. 2021 – Ceran, B., Jurasz, J., Mielcarek, A. and Campana, P.E. 2021. PV systems integrated with commercial buildings for local and national peak load shaving in Poland. Journal of Cleaner Production 322, DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.129076.
• Chmielniak, T. 2019. Wind and solar energy technologies of hydrogen production – a review of issues. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 22(4), pp. 5–20, DOI: 10.33223/epj/114755.
• Dzikuć et al. 2022 – Dzikuć, Maciej, Piwowar, A. and Dzikuć, Maria 2022. The importance and potential of photovoltaics in the context of low-carbon development in Poland. Energy Storage and Saving 1(3), pp. 162–165, DOI: 10.1016/j.enss.2022.07.001.
• Dzikuć, Maria and Dzikuć, Maciej 2022. The Development of Photovoltaics in the Visegrad Group Countries. Hradec Economic Days 16, DOI: 10.36689/uhk/hed/2022-01-016.
• Fikru et al. 2022 – Fikru, M.G., Atherton, J. and Canfield, C.I., 2022. Cost-reflective dynamic electricity pricing for prosumers. The Electricity Journal 35(1), DOI: 10.1016/j.tej.2022.107075.
• Gielen et al. 2019 – Gielen, D., Boshell, F., Saygin, D., Bazilian, M.D., Wagner, N. and Gorini, R. 2019. The role of renewable energy in the global energy transformation. Energy Strategy Reviews 24, pp. 38–50, DOI: 10.1016/j.esr.2019.01.006.
• Igliński et al. 2023 – Igliński, B., Piechota, G., Kiełkowska, U., Kujawski, W., Pietrzak, M.B. and Skrzatek, M., 2023. The assessment of solar photovoltaic in Poland: the photovoltaics potential, perspectives and development. Clean Technol Environ Policy 25, pp. 281–298, DOI: 10.1007/s10098-022- 02403-0.
• Kinelski, G. 2022. Smart-city trends in the environment of sustainability as support for decarbonization processes. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 25(2), pp. 109–136, DOI: 10.33223/ epj/149739.
• Komorowska, A. and Gawlik, L. 2018. Management of surplus electricity production from unstable renewable energy sources using Power to Gas technology. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 21(4), pp. 43–64, DOI: 10.24425/124511.
• Komorowska, A. and Olczak, P., 2024. Economic viability of Li-ion batteries based on the price arbitrage in the European day-ahead markets. Energy 290, DOI: 10.1016/j.energy.2023.130009.
• Krupa et al. 2018 – Krupa, K., Nieradko, Ł. and Haraziński, A., 2018. Prospects for energy storage in the world and in Poland in the 2030 horizon. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 21(2), pp. 19–34, DOI: 10.33223/epj/96206.
• Kuta et al. 2016 – Kuta, M., Matuszewska, D. and Wójcik, T.M. 2016. The role of phase change materials for the sustainable energy. E3S Web of Conferences 10, DOI: 10.1051/e3sconf/20161000068.
• Luboń et al. 2020 – Luboń, W., Pełka, G., Janowski, M., Pająk, L., Stefaniuk, M., Kotyza, J. and Reczek, P. 2020. Assessing the Impact of Water Cooling on PV Modules Efficiency. Energies 13(10), DOI: 10.3390/en13102414.
• Matuszewska et al. 2017 – Matuszewska, D., Kuta, M. and Górski, J. 2017. Cogeneration – Development and prospect in Polish energy sector. E3S Web of Conferences 14, DOI: 10.1051/e3sconf/20171401021.
• Gómez et al. 2023 – Gómez, J.F.M., Cordova, J.G.L. and Triana, Y.D. 2023. Energy Transition in Latin -American Countries, Example Cuba: Looking for Interconnections with Food Sovereignty. BT – Regional Approaches to the Energy Transition: A Multidisciplinary Perspective. [In:] Gromek-Broc, K. (Ed.), Springer International Publishing, pp. 187–203, DOI: 10.1007/978-3-031-19358-3_12.
• Mirowski, T. and Sornek, K. 2015. Potential of prosumer power engineering in Poland by example of micro PV installation in private construction (Potencjał energetyki prosumenckiej w Polsce na przykładzie mikroinstalacji fotowoltaicznych w budownictwie indywidualnym). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 18(2), pp. 73–84 (in Polish).
• Nieto-Diaz, B.A. 2022. Increased lifetime of Organic Photovoltaics (OPVs) and the impact of degradation, efficiency and costs in the LCOE of Emerging PVs. Durham University.
• Olczak, P. 2020. The influence of excessive solar heat gains on heat loss in the hot water tank – case study. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 23(2), pp. 91–104, DOI: 10.33223/epj/122620.
• Olczak, P. and Komorowska, A. 2021. An adjustable mounting rack or an additional PV panel? Cost and environmental analysis of a photovoltaic installation on a household: A case study in Poland. Sustainable Energy Technologies and Assessments 47, DOI: 10.1016/J.SETA.2021.101496.
• Olczak et al. 2021a – Olczak, P., Jaśko, P., Kryzia, D., Matuszewska, D., Fyk, M.I. and Dyczko, A. 2021a. Analyses of duck curve phenomena potential in polish PV prosumer households’ installations. Energy Reports 7, pp. 4609–4622, DOI: 10.1016/J.EGYR.2021.07.038.
• Olczak et al. 2021b – Olczak, P., Żelazna, A., Matuszewska, D. and Olek, M., 2021b. The “My Electricity” Program as One of the Ways to Reduce CO2 Emissions in Poland. Energies 14(22), DOI: 10.3390/en14227679.
• Olczak et al. 2022 – Olczak, P., Matuszewska, D., Lishchenko, A., Zhydyk, I., Koval, V. and Iermakova, O. 2022. The economic efficiency of photovoltaic energy for energy prosumers. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 25(4), pp. 95–114, DOI: 10.33223/epj/155095.
• Olczak, P. 2022a. Comparison of modeled and measured photovoltaic microinstallation energy productivity. Renewable Energy Focus 43, pp. 246–254, DOI: 10.1016/j.ref.2022.10.003
• Olczak, P. 2022b. Electricity storage in prosumer photovoltaic micro-installations (Magazynowanie energii elektrycznej w prosumenckich mikroinstalacjach fotowoltaicznych). Studia, Rozprawy, Monografie 216, Kraków: IGSMiE PAN (in Polish).
• Piwowar, A. and Dzikuć, M. 2019. Development of Renewable Energy Sources in the Context of Threats Resulting from Low-Altitude Emissions in Rural Areas in Poland: A Review. Energies 12(18), DOI: 10.3390/en12183558.
• Piwowar et al. 2023 – Piwowar, A., Dzikuć, Maciej and Dzikuć, Maria 2023. The potential of wind energy development in Poland in the context of legal and economic changes. Acta Polytechnica Hungarica 20, pp. 145–156.
• Rogus et al. 2019 – Rogus, R., Sołtysik, M. and Czapaj, R. 2019. Application of similarity analysis in PV sources generation forecasting for energy clusters. E3S Web of Conferences 84, DOI: 10.1051/ e3sconf/20198401009.
• Sawicka-Chudy et al. 2018 – Sawicka-Chudy, P., Rybak-Wilusz, E., Sibiński, M., Pawełek, R., Cholewa, M. and Kaczor, M. 2018. Analysis of possibilities and demand for energy in a public building using a tracking photovoltaic installation. E3S Web of Conferences 49, DOI: 10.1051/e3sconf/20184900096.
• Sornek et al. 2022 – Sornek, K., Goryl, W., Figaj, R., Dąbrowska, G. and Brezdeń, J. 2022. Development and Tests of the Water Cooling System Dedicated to Photovoltaic Panels. Energies 15(16), DOI: 10.3390/en15165884.
• Szablicki et al. 2019 – Szablicki, M., Rzepka, P., Sołtysik, M. and Czapaj, R. 2019. The idea of non-restricted use of LV networks by electricity consumers, producers, and prosumers. E3S Web of Conferences 84, DOI: 10.1051/e3sconf/20198402014.
• Tapia et al. 2022 – Tapia, C., Ulloa, D., Pacheco-Cunduri, M., Hernández-Ambato, J., RodríguezFlores, J. and Herrera-Perez, V. 2022. Optimal Fuzzy-Based Energy Management Strategy to Maximize Self-Consumption of PV Systems in the Residential Sector in Ecuador. Energies 15(14), DOI: 10.3390/en15145165.
• wnp.pl 2021. Gas prices. Energy Instrat. [Online] http://energy.instrat.pl/gas_prices [Accessed: 2021-05-04].
• Żołądek et al. 2021 – Żołądek, M., Figaj, R. and Sornek, K. 2021. Energy analysis of a micro-scale biomass cogeneration system. Energy Conversion and Management 236, DOI: 10.1016/j.enconman.2021.114079.