Czy fotowoltaika wciąż się opłaca? Sprawdzamy, jak dziś wygląda rzeczywistość prosumenta – od zasady działania instalacji, przez zmieniony system rozliczeń, aż po sposoby maksymalizacji autokonsumpcji i unikania strat.
Spis treści:
Drodzy czytelnicy, poprzedni artykuł opisywał dość rzadko spotykany sposób wykorzystania energii ze słońca, to jest produkcję prądu z użyciem ogniw fotowoltaicznych, ale jedynie w celu podgrzewania wody użytkowej.
W dzisiejszym artykule spróbujemy rozważyć różne aspekty inwestowania w domową fotowoltaiczną instalację prosumencką, czyli taką, gdzie właściciel jest jednocześnie producentem i konsumentem energii elektrycznej.
Rozważymy najczęściej występującą sytuację, czyli instalację fotowoltaiczną podłączoną do publicznej sieci energetycznej*, gdzie operatorem jest osoba fizyczna, najczęściej mieszkaniec nieruchomości, a moc takiej instalacji nie przekracza mocy 50 KW.
Fotowoltaika. Jak działa instalacja do produkcji prądu ze słońca?
Gotowi? No więc zacznijmy, od bardzo krótkiego przedstawienia, jak działa instalacja do produkcji prądu ze światła słonecznego w gospodarstwie domowym.
Instalacja taka zbudowana jest z zespołu ogniw, które produkują prąd, gdy pada na nie światło słoneczne. Podstawy teoretyczne tego procesu znane są od przeszło wieku, natomiast technologie niezbędne do jego wykorzystania upowszechniły się około ćwierć wieku temu.
Pomijam tu wcześniejsze, specjalistyczne lub eksperymentalne konstrukcje np. w satelitach lub prototypach elektrowni, gdyż ceny ich były poza zasięgiem zwykłego użytkownika. Z czasem rozwój technologii oraz efekt skali produkcji spowodował spadek cen ogniw słonecznych i zaczęły pojawiać się również w naszym kraju.
Zespół kilkunastu – kilkudziesięciu ogniw połączonych ze sobą w jednej obudowie tworzy panel fotowoltaiczny o mocy jednostkowej od kilkudziesięciu do kilkuset watów.
W większości typowych domowych instalacji wykorzystuje się zespół paneli o łącznej mocy kilku, kilkunastu kilowatów, w zależności od poziomu oczekiwanej produkcji.
Oświetlone panele produkują prąd stały, zaś napięcie całego układu zależy od sposobu ich połączenia (szeregowo lub równolegle) oraz ich rodzaju i może być wyższe od sieciowego nawet kilkukrotnie. Ale tym się nie przejmujemy, ponieważ dostosowaniem parametrów produkowanej energii do poziomu pozwalającego zasilić urządzenia domowe służy specjalne urządzenie.
Falownik. A co to za urządzenie?
Tym właśnie procesem zajmuje się falownik. Jego zadaniem jest zmiana wysokości napięcia na jak najbardziej zbliżone do 230V oraz zmiana jego charakteru ze stałego na zmienne o częstotliwości 50Hz.
Dlaczego takie wartości?
Dlatego, że instalacja fotowoltaiczna, którą omawiamy wykorzystywana ma być do zasilania standardowych sieciowych urządzeń elektrycznych, które mają określone wymagania odnośnie sposobu zasilania.
Tu pewna dygresja: Zapewne niektórzy czytelnicy pamiętają, że do 2004 roku napięcie sieciowe było niższe i wynosiło 220V, więc wiele starszych urządzeń znamionowo wymaga tego właśnie napięcia. Jednak różnica jest niewielka i znakomita większość urządzeń pracuje poprawnie przy obecnych parametrach zasilania, choć przy niestabilnych parametrach napięcia istnieje pewne niebezpieczeństwo uszkodzenia, a jedną z przyczyn może być niewłaściwie skonfigurowana instalacja fotowoltaiczna.
Sieć energetyczna to system bardzo dynamiczny i nie zawsze występują w niej parametry nominalne. Dlatego stosowne normy** przewidują dopuszczalne odchylenie od wartości referencyjnej.
PRZECZYTAJ TEŻ: Energia ze słońca: Kolektory słoneczne – czy to się opłaca?
A ile wynosić mogą te odchylenia?
Obecnie te odchylenia mogą wynosić maksymalnie ±10% z 230 V, czyli:
- minimalne dopuszczalne napięcie sieci to: 207 V
- a maksymalne dopuszczalne napięcie to 253 V
Możemy zadać sobie pytanie: A po co mi ta wiedza?
Otóż falownik, czyli urządzenie przekształcające prąd stały na prąd zmienny jeśli jest podłączony do publicznej sieci energetycznej, musi się do niej dostosować.
Innymi słowy nie może wprowadzać „bałaganu” tylko musi generować przebieg prądu jak najbardziej podobny do tego występującego w sieci. Jeśli falownik tego nie gwarantuje, co potwierdza stosowny certyfikat uzyskany przez producenta, to zakład energetyczny nie podpisze z nami umowy na wprowadzanie energii do publicznej sieci energetycznej.
Co zrobić, by korzystać z własnego prądu?
No dobrze, wiemy już jak działa instalacja fotowoltaiczna, co więc po kolei zrobić, aby móc korzystać z własnego prądu?
Proces taki, aby efekt końcowy był jak najbardziej korzystny dla użytkownika powinien uwzględniać kilka etapów i ustaleń. Oto najważniejsze z nich, zapisane w formie pytań:
- Jakie mamy potrzeby energetyczne obecne i przyszłe?
- Gdzie ma być usytuowana nasza instalacja?
- Jaki mamy budżet na naszą inwestycję?
- Jakie są potencjalne ograniczenia i utrudnienia w procesie inwestycyjnym i późniejszej eksploatacji
Rozwińmy je teraz na przykładzie niewielkiej instalacji, która powinna zapewnić produkcję energii rekompensującą bieżące jej zużycie.
Pierwszą czynnością powinna być dokłada analiza obecnego i przewidywanego zużycia energii. Najłatwiej jest skoncentrować się na odbiornikach energii o stałym zużyciu, jak lodówka, zamrażarka, klimatyzator, telewizor oraz urządzeniach o chwilowym znacznym zużyciu jak czajnik elektryczny, mikrofalówka, kuchnia indukcyjna. Bierzemy też pod uwagę urządzenia, które można zaprogramować do pracy o określonej porze dnia, jak pralka, zmywarka, suszarka do odzieży, piekarnik elektryczny.
Nie wymieniłem tutaj oświetlenia, dlaczego?
Ponieważ w obecnym systemie rozliczania produkcji energii elektrycznej, koszt pracy urządzeń pracujących w czasie nocy ponosimy niezależnie od faktu posiadania instalacji fotowoltaicznej.
O co chodzi z tym systemem rozliczeń? Net-metering kontra net-billing
Otóż do marca 2022 roku prosumenci, którzy produkowali danej chwili więcej energii niż mogli na bieżąco skonsumować, mieli zapisywaną nadwyżkę na specjalnym rachunku. Była na nim zapisywana liczba kilowatogodzin wyprodukowanych a niezużytych na bieżąco.
W sytuacji, gdy zapotrzebowanie na energię przekraczało możliwości produkcyjne instalacji, wtedy prosument zamiast płacić za brakującą energię, w pierwszym rzędzie miał oddawaną nadwyżkę zgromadzoną na rachunku. Aby uwzględnić koszty prowadzenia tego rachunku, ilość energii zwracana z rachunku była pomniejszana o 20 lub 30 procent (gdy moc instalacji przewyższała 10 kW).
Oprócz kosztu wynikała z tego sposobu rozliczenia pewna korzyść, ponieważ nadwyżkę na rachunku można było wykorzystać nie tylko w nocy, ale i w kolejnych dniach w ciągu dwunastu miesięcy od wytworzenia, co dawało wymierne korzyści w okresie zimowym, gdy produkcja z fotowoltaiki była niewielka. System ten nazywał się net-metering.
Od 1 kwietnia 2022 roku wprowadzony został nowy system rozliczeń nazywany net-billing. Nadmienić należy, że prosumenci rozliczający się w systemie net-metering mogą z niego korzystać nadal (do 15 lat od podpisania umowy) o ile sami nie przejdą na nowy system rozliczeń.
Czym się różą oba systemy rozliczeń?
Otóż zasadniczą różnicą jest rezygnacja z prowadzenia rachunku wyprodukowanej nadwyżki energii (w KWh) na rzecz rachunku środków pieniężnych z bieżącej sprzedaży nadwyżki energii (w złotych).
Wynikają z tego istotne konsekwencje.
Po pierwsze: nowy system bardzo silnie preferuje tzw. autokonsumpcję, czyli natychmiastowe zużycie wyprodukowanej energii w gospodarstwie domowym bez oddawania jej do sieci. Ten sposób jest korzystny również w starym systemie rozliczeń ponieważ nie wiąże się z późniejszym potrąceniem 20 procent energii odzyskiwanej z rachunku odprowadzonych do sieci kilowatogodzin.
No to jak zwiększyć autokonsumpcję?
Najprościej, tak planując uruchamianie odbiorników energii elektrycznej i o takiej porze, aby ich moc zużyta równoważona była przez produkcję, np. uruchamiając z pomocą timera w południe słonecznego dnia zmywarkę i pralkę (które zostały wcześniej przygotowane). Istnieje wtedy duża szansa, że do ich pracy nie zużyjemy w ogóle energii z sieci energetycznej.
Oczywiście wymagać to może zmiany nawyków, ale nie jest to nowość, bowiem tak właśnie czynią odbiorcy energii korzystający z taryf nocnych lub weekendowych.
Innym sposobem na zwiększenie autokonsumpcji jest ładowanie samochodu elektrycznego w czasie weekendów, gdy nie trzeba wyjeżdżać nim do pracy.
SPRAWDŹ: Samochód elektryczny dla Kowalskiego. Czy to się opłaca?
Innym sposobem jest ogrzewanie centralnej wody użytkowej za pomocą bojlera z grzałką elektryczną, który można tak skonfigurować, aby załączał się w godzinach południowych, gdy produkcja energii elektrycznej z fotowoltaiki jest zazwyczaj najwyższa.
Osoby posiadające pompę ciepła i ogrzewanie podłogowe mogą rozważyć w okresie jesieni i wczesnej wiosny taką jej konfigurację, aby moc ogrzewania była wyższa w ciągu dnia, gdy produkcja energii z fotowoltaiki jest zauważalna, traktując ogrzewaną posadzkę jak akumulator energii, oddający ją w postaci ciepła w porze nocnej. Jednak takie użytkowanie wymaga dokładnej analizy i doświadczenia w konfiguracji systemu ogrzewania.
Temat wykorzystania pomp ciepła przy nowym systemie rozliczeń produkcji energii z użyciem fotowoltaiki (net-biling), jest tak rozległy i kontrowersyjny, że wart jest osobnego artykułu.
Ważne jest bieżące zużycie energii
Wróćmy jednak do ustalenia bieżącego zużycia energii.
Gdy podliczymy moc potrzebną do codziennego funkcjonowania z uwzględnieniem naszego domowego harmonogramu, możemy oszacować, ile procent naszego dobowego zużycia energii elektrycznej wypada w ciągu dnia, gdy możliwa jest autokonsumpcja. Podwyższanie produkcji ponad autokonsumpcję wymaga rozważenia instalacji magazynu energii lub sprzedaży nadwyżki energii po cenach rynkowych. Jednak ceny energii skupowanej od prosumentów zależą od wielu czynników i najczęściej nie dorównują cenie, którą płacimy za pobór energii z sieci.
Wielkość średniego zużycia to więc baza do dalszych analiz.
Kolejnym krokiem będzie ustalenie czy inwestować będziemy w magazyn energii, który umożliwi nam przechowanie nadwyżki wyprodukowanej energii celem wykorzystania w godzinach nocnych, gdy produkcja ustaje.
Temat zaplanowania optymalnej wielkości magazynu energii jest dość obszerny i wymaga pogłębionej konsultacji z wykonawcą instalacji, natomiast na pewno nie należy przesadzać z wielkością jego pojemności z uwagi na to, że stanowi on poważny koszt, którego możemy nie odzyskać decydując się na zbyt dużą jego pojemność w stosunku do potencjalnego zużycia energii w porze nocnej.
Fotowoltaika. Jakiej mocy potrzebuje trzyosobowa rodzina
Planując moc naszej instalacji powinniśmy zadbać o jej skalowalność, czyli gdyby miało nam wzrosnąć zużycie energii (bo np. planujemy w przyszłości zakup samochodu elektrycznego) i liczymy się z możliwością rozbudowy powinniśmy zadbać o następujące sprawy:
- czy mamy odpowiednio duży zapas niezacienionej przestrzeni pod kolejne panele fotowoltaiczne,
- czy mamy zapas mocy na falowniku, lub możliwe jest zainstalowanie kolejnego falownika,
- czy mamy w umowie z zakładem energetycznym zadeklarowaną odpowiednią moc przyłączeniową naszego przyłącza sieciowego.
A czy można zapotrzebowanie na moc instalacji opisać jakimś przykładem?
Oczywiście!
Z analiz autora wynika, że trzyosobowa rodzina, która nie ogrzewa domu energią elektryczną i nie posiada samochodu elektrycznego oraz używa energooszczędnych urządzeń elektrycznych może zadowolić się instalacją o mocy około 3 KW.
Dla gospodarstw domowych korzystających z klimatyzatora lub liczniejszej rodziny korzystniejsze będzie zainstalowanie mocy około 5 KW.
Jeśli dodatkowo, jeśli planowane jest ładowanie samochodu elektrycznego oraz ogrzewanie wody użytkowej za pomocą bojlera elektrycznego warto zaplanować instalację o mocy 10 KW lub większej.
Jak usytuować panele fotowoltaiczne
Kolejnym problemem jest usytuowanie instalacji. Wiąże się z nim więcej aspektów niż początkowo się może wydawać.
Pierwszy to zacienienie instalacji i utrzymanie jej w czystości.
Jeśli instalacja nie jest odpowiednio skonfigurowana i nie posiada tzw. optymalizatorów mocy, to cień rzucany przez obiekty usytuowane obok instalacji może znacząco obniżyć jej moc. W tradycyjnych instalacjach fotowoltaicznych, moc całego łańcucha paneli jest ograniczona przez najsłabszy, czyli niedoświetlony moduł.
Optymalizatory pozwalają zaś na niezależną pracę każdego panelu, co minimalizuje wpływ zacienienia czy innych czynników na całą instalację, choć kosztuje dodatkowe pieniądze. W sytuacji rzucania cienia np. przez komin, optymalizator odetnie elektrycznie od pozostałych taki zacieniony panel, a pozostałe niezacienione panele będą pracować z pełną mocą. Dlatego też nie powinno się instalować paneli pod drzewami, które nie tylko rzucają cień, ale też sprzyjają gromadzeniu odchodów powodowanych przez ptaki.
Kolejny czynnik to kąt pochylenia dachu lub rusztowania, na którym posadowione są panele.
Kąt nachylenia paneli do poziomu, gdy posadowiony jest on na stałe powinien zawierać się w granicach 35-45 stopni. Jest to optymalna wielkość dla naszego kraju i wynika ze zmian kąta padania promieni słonecznych na panele w ciągu całego roku. Generalnie im dłużej kąt padania promieni słonecznych jest zbliżony do kąta prostego, tym lepiej.
Ciekawym rozwiązaniem jest skonfigurowanie instalacji w systemie wschód-zachód.
Charakteryzuje się ona tym, że instalujemy panele w dwóch grupach – w kierunku na wschód oraz odrębnie na zachód.
Łączy się je do jednego falownika, który jest w stanie obsłużyć dwie takie połączone grupy paneli. Łączna moc obu grup może przekraczać moc znamionową falownika, ponieważ słońce oświetla je z różną siłą w ciągu dnia, i tak jedna strona jest silnie oświetlona rano, zaś druga strona – wieczorem.
Daje to korzyść w postaci wysokiej produkcji energii od samego wschodu słońca do jego zachodu. W południe produkcja jest zapewniona przez obie grupy, lecz z racji nieoptymalnego kąta padania promieni słonecznych łączna moc nie przekracza znacząco mocy znamionowej falownika.
Wadą rozwiązania jest wyższy koszt paneli, ponieważ trzeba ich dokupić więcej niż w przypadku skierowania wszystkich paneli na południe, który to kierunek zapewnia bardzo dużą produkcję w środku dnia, lecz niewielką rano i wieczorem. Natomiast zdaniem autora dostęp do dużej ilości własnej energii w porze porannej i wieczornej, czyli akurat, gdy większość z nas przebywa w domu, powoduje, że mamy energię właśnie o tej porze, gdy jej potrzebujemy i nie musimy jej tyle dokupować.
W następnym odcinku dokończymy proces inwestycyjny oraz omówimy aspekty finansowe posiadania własnej instalacji fotowoltaicznej.
* Sytuację, gdy nie mamy zamiaru podłączać naszej instalacji do publicznej sieci (bo np. jest ona niedostępna w naszej lokalizacji), czyli tzw. instalację off-grid omówimy w jednym z kolejnych artykułów.
** Wymogi te, zgodne ze standardami europejskimi opisane są normą europejską EN 50160 oraz polską PN-IEC 60038.
Masz pytania? Napisz komentarz, wyślij maila: re******@*******ow.pl, albo napisz do nas na Facebooku.
