Bateriové systémy hrají v současné době zásadní roli v oblasti ukládání energie, zejména s ohledem na rostoucí podíl obnovitelných zdrojů energie a potřebu stabilizace energetických sítí. Tyto systémy umožňují efektivní uchování elektřiny v době, kdy je její výroba vyšší než spotřeba, a následné využití v době potřeby.

Díky technologickému pokroku jsou bateriové systémy stále dostupnější, efektivnější a využitelnější v mnoha různých oblastech – bateriové systémy využívají dnes jako domácnosti, tak firmy a průmysl, neobejdou se bez nich dnes ani energetické sítě, kterým pomáhají zvyšovat stabilitu, efektivitu a schopnost vyrovnávat výkyvy mezi výrobou a spotřebou energie, což je klíčové zejména při integraci obnovitelných zdrojů do moderní energetiky.

Zásadní roli v provozu bateriových systémů hrají systémy na správu baterií (Battery Management System, BMS), které spolu s bateriemi a dalšími technologiemi tvoří pokročilé systémy pro ukládání energie, známé jako Battery Energy Storage System (BESS), které v podstatě značí pokročilý bateriový systém.

• Battery Management System (BMS) je klíčová součást každého moderního bateriového systému, která zajišťuje jeho bezpečný, efektivní a dlouhodobý provoz. BMS monitoruje klíčové parametry baterie, jako jsou napětí, proud, teplota a stav nabití (State of Charge, SoC), a chrání baterii před přetížením, přehřátím, podvybitím nebo jinými riziky, která by mohla vést k jejímu poškození. Kromě ochrany baterie má BMS za úkol optimalizovat její výkon tím, že vyrovnává napětí mezi jednotlivými články, což zvyšuje účinnost a prodlužuje životnost celého systému. Tento systém také poskytuje důležitou diagnostiku, upozorňuje na případné problémy a může zasáhnout v nouzových situacích, například odpojením baterie. Díky těmto funkcím je BMS nezbytným nástrojem pro správu baterií, ať už se jedná o baterie v domácnostech, průmyslových aplikacích nebo v elektromobilech.
• Battery Energy Storage System (BESS) je komplexní bateriový systém určený pro ukládání a správu elektrické energie. Skládá se z bateriových modulů, systému správy baterií (BMS) a podpůrné technologie, která umožňuje efektivní integraci s elektrickou sítí nebo jinými energetickými zdroji. Hlavním úkolem BESS je akumulovat přebytečnou energii, například z obnovitelných zdrojů, jako jsou solární panely nebo větrné turbíny, a poskytnout ji zpět v době, kdy je potřeba. Tyto systémy hrají klíčovou roli při vyrovnávání výkyvů mezi výrobou a spotřebou elektřiny, stabilizaci energetické sítě a zajištění spolehlivých dodávek energie. BESS se využívá v různých aplikacích – od domácností, které ukládají energii pro vlastní spotřebu, přes průmyslové podniky, které chtějí optimalizovat náklady na energii, až po velkokapacitní systémy, jež zajišťují stabilitu celostátních přenosových soustav. Díky své flexibilitě a škálovatelnosti je BESS považován za klíčovou technologii moderní energetiky.

Princip fungování bateriových systémů

Bateriový systém ukládá elektrickou energii ve formě chemické energie, která je následně přeměněna zpět na elektřinu, když je potřeba. Tento proces se odehrává prostřednictvím elektrochemických reakcí mezi elektrodami a elektrolytem uvnitř baterie. Typicky se využívají dva základní principy:

1. Nabíjení baterie – elektrická energie je dodávána do systému a způsobuje chemickou reakci, která ukládá energii.
2. Vybíjení baterie – chemická reakce je obrácena, čímž se uložená energie přemění zpět na elektrickou energii.

Tento proces je velmi účinný a umožňuje opakované nabíjení a vybíjení, což je klíčové pro dlouhodobé využívání bateriových systémů.

Typy bateriových systémů

Bateriové systémy zahrnují širokou škálu technologií, které se liší podle použitého materiálu, kapacity, účinnosti a vhodnosti pro konkrétní aplikace. Mezi nejrozšířenější typy patří:

• Lithium-iontové baterie (Li-ion) – lithium-iontové baterie jsou dnes nejpoužívanější technologií díky své vysoké energetické hustotě, dlouhé životnosti a rychlé reakční době. Najdeme je v elektronických zařízeních, elektromobilech i v systémech pro ukládání energie v domácnostech a průmyslu. Mezi jejich výhody patří nízká míra samovybíjení a možnost rychlého nabíjení.
• Olověné baterie – jedná se o starší technologii, která je stále využívána díky své nízké ceně. Olověné baterie jsou však těžké, mají nižší energetickou hustotu a kratší životnost ve srovnání s modernějšími technologiemi. Jsou vhodné pro aplikace, kde není potřeba vysoká mobilita, například v záložních energetických systémech.
• Průtokové baterie – průtokové baterie ukládají energii v elektrolytických kapalinách, které jsou skladovány ve vnějších nádržích. Tento systém umožňuje snadné škálování kapacity pouhým zvýšením objemu elektrolytu. Jsou ideální pro velkokapacitní ukládání energie v průmyslových a síťových aplikacích.
• Sodíko-sírové baterie (NaS) – tyto baterie se využívají především v průmyslových aplikacích a mají vysokou energetickou hustotu a dlouhou životnost. Jejich nevýhodou je však potřeba vysoké provozní teploty, což zvyšuje provozní náklady.
• Nikl-kadmiové a nikl-metalhydridové baterie (NiCd, NiMH) – tyto baterie byly dříve hojně využívány, ale dnes jsou nahrazovány lithium-iontovými technologiemi. Stále se však používají v některých specifických aplikacích díky své odolnosti a spolehlivosti.

Bateriové systémy – klíč k moderní energetice

Bateriové systémy hrají v současné době zásadní roli v oblasti ukládání energie, zejména s ohledem na rostoucí podíl obnovitelných zdrojů energie a potřebu stabilizace energetických sítí. Tyto systémy umožňují efektivní uchování elektřiny v době, kdy je její výroba vyšší než spotřeba, a následné využití v době potřeby. Díky technologickému pokroku jsou bateriové systémy stále dostupnější, efektivnější a využitelnější v mnoha různých oblastech – od domácností po průmysl a energetické sítě.

Aplikace bateriových systémů

Bateriové systémy mají široké využití v různých oblastech:

• Domácnosti – ukládání energie z obnovitelných zdrojů, jako jsou solární elektrárny, a její využití v době vyšší poptávky. Tímto způsobem mohou domácnosti snižovat závislost na síti a optimalizovat náklady na energie.
• Průmysl – stabilizace dodávek energie, pokrytí špiček v poptávce a záložní zdroje pro kritické systémy.
• Doprava – elektromobily a elektrifikace veřejné dopravy, jako jsou autobusy nebo vlaky.
• Energetická síť – bateriové úložiště jsou klíčové pro stabilizaci sítí s vysokým podílem obnovitelných zdrojů energie, vyrovnávání odchylek mezi výrobou a spotřebou a zlepšování kvality dodávek elektřiny.

Výhody a výzvy bateriových systémů

Výhody:

• Schopnost rychlé reakce na změny poptávky po energii.
• Možnost decentralizace výroby a spotřeby elektřiny.
• Zvyšování stability energetických sítí a využitelnosti obnovitelných zdrojů.

Výzvy:

• Omezená životnost některých technologií a nutnost recyklace.
• Vysoké pořizovací náklady, které se však díky technologickému pokroku postupně snižují.
• Zajištění dostatečného množství surovin, jako je lithium nebo kobalt, pro výrobu baterií (i proto ostatně je velkým tématem právě recyklace bateriových systémů, kterých se díky rozvoji elektromobility a stále většímu nasazení v energetice očekává v příštích letech výrazný nárůst)..

Vývoj bateriových systémů směřuje k zvyšování jejich kapacity, životnosti a udržitelnosti. Moderní výzkum se zaměřuje na alternativní materiály, jako je sodík, hořčík nebo pevné elektrolyty, které by mohly snížit závislost na vzácných surovinách. Kromě toho se očekává širší zapojení baterií do systémů chytrých sítí, kde budou hrát klíčovou roli při optimalizaci toků energie.

Bateriové systémy jsou nepostradatelnou součástí přechodu k udržitelnější energetice a jejich význam bude v budoucnu dále růst. Díky jejich rozmanitosti a flexibilitě umožňují efektivní ukládání energie a přispívají k stabilitě a bezpečnosti energetických systémů. Jsou tak jedním z klíčových prvků moderního světa.