Fotowoltaika hybrydowa: jak działa i czy pozwoli uzyskać niezależność energetyczną?

Niezależność od sieci energetycznej i korzystanie tylko z prądu wyprodukowanego przez instalację fotowoltaiczną to marzenie wielu osób. Nic dziwnego, bo na pierwszy rzut oka to świetna sprawa. Nie musimy się przecież martwić, czy w danym miejscu dostęp do sieci energetycznej jest w ogóle możliwy. Nie płacimy za wykonanie przyłącza, nie musimy czekać na jego wykonanie. No i koronny argument - nie płacimy za prąd! Piękna wizja, ale - niestety - nieprawdziwa.

Jak działa falownik on-grid?

W większości domowych instalacji PV w naszym kraju znajdują się falowniki określane mianem on-grid. Oznacza to urządzenia, które mogą działać wyłącznie wtedy, gdy prąd płynie również w sieci przesyłowej. Jakiekolwiek jej wyłączenie (zwykle z powodu awarii) powoduje również automatyczne wyłączenie falownika. W efekcie zostajemy całkowicie pozbawieni prądu. Także tego własnego, pochodzącego z paneli PV. I to nawet wówczas, gdy intensywnie świeci słońce, a więc mogłyby one działać niezwykle wydajnie. Problemem jest tu nie tylko ewidentne marnotrawstwo własnego prądu. Co nawet jeszcze ważniejsze, zostajemy pozbawieni możliwości zasilania czegokolwiek. Chociażby podtrzymania pracy lodówki, hydroforu itd. Co doskwiera tym bardziej, skoro niezależne źródło zasilania tak naprawdę mamy - w postaci paneli PV na dachu.

Na czym polega off-grid? Czy całkowita niezależności od sieci energetycznej jest możliwa?

Podstawowym problemem okazuje się sam nasz klimat i wynikające z niego ograniczenia w korzystaniu z fotowoltaiki. Zdecydowanie najtrudniejszym okresem jest sezon zimowy. Wówczas przez trzy miesiące - grudzień, styczeń, luty - trafia do nas zaledwie ok. 6% z rocznej sumy promieniowania słonecznego. Niewiele więcej niż 5% przez ćwierć roku. Co w praktyce oznacza, że przez większą część doby jest wówczas ciemno i zimno. Energii z PV pozyskujemy w związku z tym jak na lekarstwo. Akurat w okresie kiedy ta energia jest nam najbardziej potrzebna. Nieprzypadkowo od lat szczyt rocznego zapotrzebowania na energię z sieci przypada na drugą połowę grudnia. Żeby w takich warunkach rzeczywiście móc pozyskiwać wystarczającą ilość prądu, łączna powierzchnia paneli musiałaby być absurdalnie wielka, przynajmniej kilka razy większa od typowej.

Funkcjonalny system off-grid musiałby być ogromny, o kilka razy większej mocy zainstalowanej, niż zwykle robi się to w domowych mikroinstalacjach, ZENERIS PROJEKTY

Druga zasadnicza sprawa to koszty inwestycji w fotowoltaikę. Paneli PV przecież nikt nie rozdaje za darmo, a przecież należałoby mieć ich kilka razy więcej, niż ma typowy prosument w swojej mikroinstalacji. To jednak nie koniec kosztów. Żeby zapewnić jakąkolwiek ciągłość zasilania, należałoby kupić magazyn energii o ogromnej pojemności. Oraz falownik, ma się rozumieć, że o mocy dopasowanej do liczby paneli oraz pojemności baterii. Czyli również potężny i bardzo drogi. Z zastrzeżeniem, że i tak cały czas będzie to gromadzenie energii na zapas na co najwyżej dzień czy dwa. Budowa magazynu energii tak pojemnego żeby naładować go latem, zaś rozładowywać dopiero w zimie jest możliwa tylko teoretycznie. Byłaby inwestycją o skali przemysłowej i wartości niekiedy większej, niż sam dom.

Fotowoltaika hybrydowa, czyli najważniejszy falownik hybrydowy

Jak zjeść ciastko i mieć ciastko? Kupić dwa i na razie zjeść tylko jedno. Dylemat tych, którzy chcieliby móc korzystać z prądu z sieci i równocześnie zachowywać pewną niezależność wygląda nieco podobnie. Rozwiązanie tego problemu istnieje i kosztuje więcej, niż zakup falownika typu on-grid. Chociaż koszty i tak będą o wiele mniejsze, niż nakłady na jakąkolwiek funkcjonalną instalację off-grid (czyli z wielkimi akumulatorami). Na szczęście dwa falowniki on-grid i off-grid - nie będą potrzebne. Zamiast nich wystarczy jeden falownik hybrydowy. Równocześnie oferuje on funkcje obu typów. Jest przy tym droższy, niż każdy z nich z osobna, ale jednak tańszy, niż oba razem wzięte. Bardzo ważne jest to, że podłączenie falownika hybrydowego do mikroinstalacji PV oraz do domowej instalacji elektrycznej nie sprawia problemów. Urządzenie automatycznie przełącza się pomiędzy trybami pracy on-grid oraz off-grid, w zależności od tego jakie źródła prądu są akurat dostępne (sieć lub panele PV) i z jaką mocą działają. Uwzględniając przy tym nasze preferencje. Możemy bowiem ustawić, czy priorytetem ma być np. doładowanie akumulatorów do określonego poziomu, czy zasilanie wybranych urządzeń (obwodów) własnym prądem. Może to wyglądać chociażby tak, że najpierw doładowujemy własnym prądem akumulatory (do zadanego poziomu), następnie kierujemy go do zasilania wybranych odbiorników (np. pompy ciepła), a dopiero jeżeli wówczas pozostaje nam nadmiar prądu, kierujemy go do sieci. Niejako w drugą stronę może to zaś wyglądać tak, że przy braku prądu wprost z paneli PV (choćby nocą), w pierwszym rzędzie czerpiemy prąd z magazynu energii. Zaś dopiero po jego wyczerpaniu (znów do zaprogramowanego poziomu) zaczynamy pobierać prąd z sieci.

Jakie są zalety fotowoltaiki hybrydowej?

• Niezależność energetyczna: Możliwość korzystania z energii słonecznej bez konieczności pełnej rezygnacji z sieci.
• Zasilanie rezerwowe: W razie awarii sieci, falownik hybrydowy przełącza się na tryb off-grid, zapewniając dostęp do energii.
• Elastyczność: Możliwość stopniowego rozbudowywania systemu o magazyn energii w miarę potrzeb, co rozkłada koszty inwestycji w czasie.
• Optymalne wykorzystanie energii: Energia z paneli fotowoltaicznych jest wykorzystywana najpierw do zasilania urządzeń, a nadmiar jest magazynowany lub przesyłany do sieci.

Falownik typu hybrydowego oferuje równocześnie funkcje obu pozostałych rodzajów, SOLPLANET /GROSUN

Dlaczego warto zainwestować w inwerter hybrydowy?

Falownik hybrydowy w połączeniu z magazynem energii zapewnia więc optymalne wykorzystanie własnej energii z paneli PV. Równocześnie umożliwiając działanie zasilania rezerwowego w razie awarii sieci. Ale bardzo ważne jest równocześnie to, że na początek możemy kupić nawet sam inwerter hybrydowy, nie kupując jeszcze baterii. Będzie on wówczas działał jak typowe urządzenie on-grid. Magazyn energii możemy dodać później w dowolnym momencie. Dla tych, którzy kupili inwerter on-grid taka opcja jest po prostu niedostępna. Jeżeli zechcą rozbudować instalację fotowoltaiczną o magazyn energii, będą musieli wymienić falownik. Właśnie na model hybrydowy.

Falownik hybrydowy i magazyn energii: najlepsze rozwiązanie

Można powiedzieć, że jeżeli kupujemy falownik hybrydowy to od razu powinniśmy pomyśleć również o magazynie energii. Pomyśleć i przewidzieć jakie ma pełnić funkcje. Nie musimy zaś od razu go kupować. To ważne zastrzeżenie, gdyż mamy możliwość rozłożenia kosztów w czasie oraz stopniowego rozbudowywania systemu instalacji fotowoltaicznej. Ogromną zaletą jest również to, że domowe magazyny energii mają z założenia budowę modułową. Możemy więc zacząć od niewielkiej pojemności, później zaś dodawać kolejne moduły, powiększając ją stopniowo. Naprawdę warto jednak jak najszybciej kupić przynajmniej magazyn energii o minimalnej pojemności. Zwykle dopiero wówczas możemy bowiem korzystać z własnego prądu, w razie awarii sieci.

Większość falowników hybrydowych wymaga bowiem przynajmniej takiego niewielkiego magazynu, służącego jako swoisty bufor energii. Pod względem technicznym jest to jak najbardziej uzasadnione rozwiązanie. Nieliczne falowniki są wprawdzie wyposażone w gniazdo na obudowie, umożliwiające bezpośrednie przyłączenie jakiegoś odbiornika energii (urządzenia elektrycznego), jednak taką pracę należy traktować tylko jako rozwiązanie awaryjne, w krytycznej sytuacji. Producenci zastrzegają bowiem, że funkcjonalność takiego zasilania jest bardzo ograniczona. Przede wszystkim dlatego, że w układzie bez baterii nie sposób zapewnić ciągłości i stabilności zasilania. Nawet najmniejszy magazyn energii jest bowiem buforem. Kompensuje z jednej strony wahania mocy po stronie pracujących paneli PV, z drugiej zaś po stronie odbiorników prądu. A trzeba mieć świadomość tego, że moc uzyskiwana przez panele fotowoltaiczne może zmieniać się dosłownie z chwili na chwilę, wystarczy przecież żeby chmury przysłoniły słońce. Jeżeli do takiego niestabilnego źródła mocy - czyli falownika bez akumulatora buforowego - przyłączymy grzałkę elektryczną (np. czajnik) albo zwykłą żarówkę to chwilowy spadek mocy nie będzie groźny. Najwyżej światło nam zamruga. Jeżeli jednak zechcemy zasilać w ten sposób lodówkę, pompę obiegową c.o. albo kocioł gazowy, to takie częste chwilowe zaniki zasilania, mogą doprowadzić nawet do uszkodzenia tych urządzeń. Bez obaw z gniazda na obudowie falownika hybrydowego będzie można natomiast naładować telefon albo laptopa. Ale tylko dlatego, że są one wyposażone we własną baterie. I to ona będzie w tej sytuacji pełnić funkcję bufora energii.

Jak połączyć instalację on grid z off grid? Odpowiada ekspert

Na pytanie odpowiada ekspert Mariusz Jackiewicz, Regional Technical Engineer SOLPLANET. - W dobie większej dostępności falowników fotowoltaicznych, coraz częściej mówi się o instalacjach off-grid. Jest to pewnego rodzaju "wolność" i niezależność od systemu, ponieważ instalacja off-grid działa zupełnie bez połączenia z siecią energetyczną. Dla odmiany instalacja typu on-grid działa tylko z siecią energetyczną, czyli w przypadku awarii sieci nie produkuje energii. 

Jednak nie każdy wie o tym, że możemy mieć jedno i drugie. A więc nie rezygnując z zalet żadnego z tych wariantów, móc zachowywać niezależność, a w razie potrzeby czerpać prąd z sieci. Co jest niezwykle ważne, ponieważ słońce nie świeci cały czas, zwłaszcza w zimie. Doskonałym rozwiązaniem jest tu falownik hybrydowy Solplanet ASW H-T2/T3 oraz magazyn energii SolplanetAi-HB G2. Wówczas nie potrzebujemy dodatkowych backup box-ów (zasilaczy rezerwowych, UPS), ponieważ falownik ma już wyjście "backup".

Zasada działania jest prosta. Podłączamy odbiorniki pod to wyjście i podczas normalnego funkcjonowania sieci mamy tam po prostu zasilanie z sieci - nawet jak nie ma słońca i nasz magazyn energii (bateria) jest wyczerpany. Natomiast jeżeli mamy już naładowaną baterię lub energię z paneli fotowoltaicznych, falownik działa podobnie (ale nie tak samo), jak w układzie off-grid, zapewniając energię dla odbiorników w naszej instalacji. Nie pobieramy wówczas energii z sieci energetycznej. Natomiast w razie zaniku zasilania z sieci (np. podczas jakiejś awarii), działa dokładnie tak samo jak typowy falownik off-grid. Jesteśmy wówczas całkowicie odcięci od sieci, a energia jest pobierana z paneli fotowoltaicznych i/lub magazynu energii.

Dodatkowo możemy w falowniku ustawić tzw. rezerwę mocy (lub włączyć tryb rezerwy na zimę). Zapewni to nam pewną ilość energii podczas awarii sieci. Przy czym sami możemy zdefiniować ile jej będzie - np. 30% całkowitej pojemności magazynu). Natomiast pozostała część magazynu energii będzie pracowała na korzyść naszej autokonsumpcji, gdy jesteśmy on-grid.

Fot. otwierająca: Creaton Polska