Jak wycisnąć więcej prądu z fotowoltaiki i go zużyć na własne potrzeby? 5 sposobów na większą autokonsumpcję energii

Czego dowiesz się z artykułu?

• Jak zwiększać poziom autokonsumpcji energii
• Na ile sposób rozliczania wpływa na opłacalność fotowoltaiki
• Dlaczego falownik hybrydowy i magazyn energii to w praktyce niezbędny zestaw
• Czy pompa ciepła i fotowoltaika to dobre rozwiązanie
• Jakie znaczenie dla zwiększenia autokonsumpcji ma sposób sterowania domowymi urządzeniami
• Czy samochód elektryczny może pełnić rolę magazynu energii

Jaki prąd kosztuje nas najmniej? Niewątpliwie ten, którego w ogóle nie zużyliśmy. Jednak tuż za nim jest energia pozyskiwana z własnej instalacji fotowoltaicznej. Ideałem byłaby sytuacja, w której prąd z fotowoltaiki zaspokajałaby w pełni nasze potrzeby. Nie musielibyśmy wówczas kupować drogiego prądu z sieci, ani oddawać do niej jego nadmiaru. Taki program maksimum bardzo trudno jest w pełni zrealizować. Jednak możemy zrobić całkiem sporo, aby poprawić bilans zużycia energii z paneli fotowoltaicznych. Przedstawiamy 5 sposobów na zwiększenie autokonsumpcji.

Czy prąd z fotowoltaiki jest wykorzystywany na bieżąco?

Szacuje się, że w typowej instalacji fotowoltaicznej w domu jednorodzinnym, nawet 3/4 wytworzonego prądu nie jest wykorzystywane na bieżąco, lecz jego nadwyżka trafia do sieci. Od razu widać, że to wręcz fatalne proporcje. I to złe z kilku względów – z punktu widzenia ekonomii (opłacalności), technicznej jakości działania sieci, niezależności właściciela paneli fotowoltaicznych od systemu elektroenergetycznego. 

Co można zrobić, żeby poprawić sytuację i zwiększyć autokonsumpcję z fotowoltaiki? Zastosowanie jakich rozwiązań i urządzeń będzie korzystne, czego zaś należy unikać? Trzeba od razu zaznaczyć, że przy autokonsumpcji fotowoltaiki ważne jest nie tylko to, co mamy, ale również jak z tego korzystamy. Zrozumiały dla wszystkich przykład to chociażby automatyczne uruchamianie wybranych urządzeń (pralka, zmywarka) w godzinach, gdy uzysk prądu z paneli fotowoltaicznych jest największy. Jednak nawet w przypadku tak prostego urządzenia, jak elektryczny podgrzewacz c.w.u. (ciepłej wody użytkowej), skala osiąganych korzyści będzie zależeć od jego konkretnych cech (pojemności, mocy grzałki, jakości izolacji itd.) oraz sposobu sterowania. Dlatego na kilku charakterystycznych przykładach pokażemy, na co naprawdę trzeba zwracać uwagę, żeby efektywność wykorzystania własnego prądu z fotowoltaiki naprawdę rosła i przynosiła obniżenie rachunków za energię.

Net-billing a autokonsumpcja energii

Autokonsumpcja prądu z fotowoltaiki nie dla każdego będzie tak samo korzystna. To znaczy, że zawsze będzie pożądana, jednak nie w każdym przypadku będzie miała taki sam wpływ na ostateczną wysokość rachunków za prąd. Zasadnicze znaczenie ma tu bowiem sposób rozliczania się za energię z fotowoltaiki przekazywaną do sieci. Obecnie mamy bowiem dwie grupy prosumentów, czyli właścicieli mikroinstalacji PV. Ci, którzy przyłączyli mikroinstalację do sieci do końca marca 2022 r. korzystają z systemu rozliczeń, nazywanego popularnie net-meteringiem. W skrócie polega on na tym, że za każdą oddaną do sieci 1 kWh energii elektrycznej prosument może później odebrać 0,8 kWh, nie ponosząc przy tym żadnych dodatkowych kosztów, chociażby związanych z przesyłem energii elektrycznej. Co bardzo ważne, właściciel mikroinstalacji PV zachowuje prawo do takiego sposobu rozliczania przez 15 lat od momentu jej uruchomienia (pierwszego wprowadzenia prądu do sieci). Tak więc jeszcze przez ponad 10 lat będziemy mieć w kraju całkiem liczną grupę takich prosumentów. 

Od kwietnia 2022 r. wprowadzono nowy system rozliczeń, nazywany net-billingiem. Jest on obowiązkowy dla właścicieli nowych instalacji fotowoltaicznych, zaś właściciele tych starszych mogą na niego przejść dobrowolnie. Do czego z resztą próbowano ich skłonić, oferując np. możliwość uzyskania dopłat na magazyny energii i niektóre inne elementy instalacji. Jednak net-billing trzeba obiektywnie uznać za mniej korzystny i dość nieprzewidywalny. Jego podstawową zasadą jest bowiem to, że za prąd pobierany z sieci zawsze trzeba płacić według taryfy, ponosząc więc opłaty dodatkowe – związane z przesyłem, podatkami itd. Natomiast prąd przekazany do sieci obniża rachunek, jednak tylko o giełdową wartość samej energii, a więc bez kosztów przesyłu i innych opłat. W praktyce oznacza to, że chociaż prosument płaci za prąd z sieci nawet ponad 1 zł/kWh, to w ramach zwrotu odzyskuje np. zaledwie 0,30 zł. Co ważne, nie jest to stała stawka, gdyż ceny giełdowe są bardzo zmienne.

Z tego pobieżnego porównania systemów rozliczeń bardzo dobrze widać jednak, dlaczego autokonsumpcja energii z fotowoltaiki, czyli zużywanie jej na miejscu, się opłaca. Nawet dla korzystających ze starego systemu net-meteringu, utrata 20% to nie jest coś na co mogliby machnąć ręką. Natomiast dla „nowych” prosumentów, rozliczanych już w ramach net-billingu, różnica pomiędzy zużywaniem prądu na miejscu lub przekazaniem go do sieci jest ogromna. Dla nich wysoka autokonsumpcja zupełnie zmienia opłacalność inwestycji w fotowoltaikę.

Sposób 1 na zwiększenie autokonsumpcji: zainwestuj w falownik hybrydowy i magazyn energii

Co trzeba mieć w instalacji fotowoltaicznej w domu, żeby móc efektywnie wykorzystywać prąd wytworzony na miejscu? Zwykle podaje się, że wariant minimum to falownik hybrydowy oraz przynajmniej niewielki magazyn energii (zestaw akumulatorów). Jest w tym dużo racji, jednak nie jest to do końca prawda. Rzeczywiście, bez takiego zestawu unikanie przekazywania chwilowego nadmiaru energii do sieci będzie skrajnie trudne. Nie da się też w pewnych sytuacjach czerpania z niej prądu (chociażby nocą). Wszystko dlatego, że nie mamy wówczas niczego co pozwalałoby „buforować” czystą energię elektryczną. Nie znaczy to jednak, że dysponując nadmiarem energii z fotowoltaiki, nie możemy skierować jej do wykorzystania na miejscu. Przecież dokładnie to robimy, uruchamiając np. klimatyzatory w godzinach największego nasłonecznienia, a nie dopiero wieczorem. Podobnie zwiększamy autokonsumpcję, gdy instalacja fotowoltaiczna zasili:

• grzałki podgrzewające wodę użytkową (c.w.u.) lub zgromadzoną w zbiorniku buforowym instalacji c.o.,
• pompę ciepła,
• albo nawet typowy sprzęt AGD (pralka, zmywarka).

Dobry falownik może mieć zaimplementowane funkcje zarządzania wytworzoną energią (fot. FRONIUS)

Przy braku magazynu energii, pojawia się tu jednak dość istotny problem. Charakterystyczną cechą produkcji energii wprost ze słońca jest bowiem brak stabilności. Wystarczy nieco chmur na niebie, żeby w ciągu tej samej godziny panele fotowoltaiczne dostarczały raz np. 5 kW, po paru chwilach zaledwie 2 kW, za moment znów 4 kW. Tak więc zasilać wyłącznie własnym prądem z fotowoltaiki można tylko te urządzenia, którym nie zaszkodzi nagły spadek mocy i wyłączenie. Może to być grzałka do wody lub grzejnik, ale już nie pompa ciepła. Dlatego w praktyce korzystanie z wielu urządzeń oznacza w układzie bez magazynu energii, że nawet chwilowe niedobory trzeba pokrywać energią pobieraną z sieci. Magazyn prądu, nawet jeżeli jego pojemność nie jest duża, może zaś pełnić rolę bufora, kompensując chwilowe wahania mocy pozyskiwanej z PV. 

Można powiedzieć, że chociaż teoretycznie założenie falownika hybrydowego wraz z magazynem energii nie jest niezbędne, żeby uzyskać wysoki poziom autokonsumpcji, to w praktyce tak właśnie jest. Potwierdzają to dane pochodzące od firm energetycznych. Prosumenci, którzy mają własny magazyn energii zużywają na miejscu nawet dwa razy tyle z wytworzonej energii, co użytkownicy typowych systemów bez akumulatorów (on-grid).

Jaki magazyn energii do fotowoltaiki?

Nie ma jednak jednoznacznej odpowiedzi na pytanie o to jak duży (jakiej pojemności) powinien być magazyn energii do fotowoltaiki. W praktyce ich wielkość waha się od niewiele ponad 2 kWh do ponad 20 kWh. Wprawdzie patrząc wyłącznie na techniczną stronę funkcjonowania instalacji PV, można pokusić się o stwierdzenie, że im większy magazyn energii, tym lepiej. Jednak rzeczywistość jest bardziej skomplikowana. Problem tkwi w tym, że magazyny energii wciąż są drogie. Za magazyn energii 5 kWh, co przyjmujemy tu za rozsądne minimum, zapłacimy bowiem 8000 do 10 000 zł. Przeanalizowanie jaka pojemność byłaby najlepsza – w zależności od wariantu instalacji i tego czego oczekujemy od magazynu – przekraczałoby jednak ramy tego artykułu. Magazyny energii mają jednak bardzo istotną praktyczną zaletę, jeżeli chodzi o dobór ich wielkości. Zwykle mają bowiem budowę modułową, co oznacza, że na początek możemy kupić np. jeden moduł 5 kWh, zaś po kilku latach dodać następnych 5 kWh lub więcej. Rozbudowa nie stanowi więc problemu.

Sposób 2 zwiększenia autokonsumcji: ogrzewanie domu prądem z fotowoltaiki i zasilanie pompy ciepła

Wykorzystywanie własnego prądu z fotowoltaiki do ogrzewania wnętrz może być działaniem jak najbardziej uzasadnionym, chociaż faktem jest, że w środku mroźnej zimy nie uzyskamy zbyt wiele prądu z fotowoltaiki. Jednak powinniśmy pamiętać, że w naszym kraju sezon grzewczy trwa ok. pół roku. Zaś warunki w grudniu – gdy dzień jest krótki, temperatura jest niska i słońca mamy tyle co kot napłakał – mają się nijak do wczesnej jesieni lub wiosny, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest niewielkie, a słońca mamy już całkiem sporo. Kilka godzin dobrego nasłonecznienia w marcu lub kwietniu może dostarczyć dość energii, żeby wystarczyło jej do ogrzewania na całą dobę. W szczególności dotyczy to domów z pompą ciepła. Akurat im warto się bliżej przyjrzeć. Z jednej strony bowiem zasilanie pompy prądem z fotowoltaiki jest trudniejsze, niż zasilanie grzałki lub elektrycznego grzejnika. Z drugiej jednak strony, to właśnie pompy ciepła pozwalają najlepiej wykorzystywać nawet niezbyt wielką ilość energii elektrycznej z fotowoltaiki. Niejako „rozmnożyć” ją przy przemianie na ciepło do ogrzewania. Przede wszystkim trzeba podkreślić, że pompa – inaczej niż grzałka elektryczna lub grzejnik – nie może być narażona na wahania dostępnej mocy, a w konsekwencji nagłe wyłączenia. Mogłoby to doprowadzić do uszkodzenia jej sprężarki. Ta bowiem powinna pracować w długich cyklach, przez wiele godzin bez przerwy. Potrzebne jest albo błyskawiczne przełączanie zasilania pomiędzy fotowoltaiką i siecią, albo użycie magazynu energii jako bufora, kompensującego chwilowe różnice uzyskiwanej z PV mocy.

Sposób 3 zwiększenia autokonsumpcji: uwaga na bufor ciepłej wody

W instalacjach grzewczych domów z fotowoltaiką stosowane są też zbiorniki wody grzewczej zasilającej c.o. To rozwiązanie jest również promowane w ramach programu „Mój Prąd”. Jednak rozsądny dobór i wykorzystanie bufora ciepłej wody, czy raczej akumulatora ciepła, jest dość trudnym zadaniem. Mamy tu spore ryzyko, że założenie zbiornika, który kosztuje kilka tysięcy zł i zajmuje sporo miejsca nie przyniesie istotnych korzyści.

Przede wszystkim nie ma sensu zakładanie dużego zbiornika, pełniącego rolę akumulatora ciepła, w układzie z pompą ciepła. Tu trzeba wyjaśnić, że użycie wraz z pompą zbiornika o pojemności kilkudziesięciu litrów może być nie tylko pożądane, ale nawet konieczne. Jednak zupełnie czym innym jest zbiornik akumulacyjny o pojemności 500–1000 l. Z powodzeniem stosuje się takie wraz z kotłami zasypowymi lub kominkami z płaszczem wodnym. Założenie jest wówczas takie, że nagrzewając przez kilka godzin dużą objętość wody do wysokiej temperatury (80–90°C), zyskujemy zapas ciepła na całą dobę. Z pompami ciepła się to jednak nie sprawdza, gdyż one nie powinny podgrzewać wody bardziej, niż do 40–50°C. Przy tak niskiej temperaturze zapas zgromadzonego nawet w 1000 l wody ciepła będzie niezbyt duży. W przypadku pompy efektywniejszym akumulatorem ciepła będzie wylewka podłogowa (jastrych), w której zatopiono rury ogrzewania podłogowego. Co jednak ze zbiornikiem akumulacyjnym podgrzewanym przez grzałki elektryczne? Na pierwszy rzut oka jest to całkiem dobry układ, w którym nic nie stoi na przeszkodzie, żeby podgrzewać wodę do wysokiej temperatury. Grzałki nadają się do tego bardzo dobrze. Jednak to pozory. Zastanówmy się, ile z typowych mikroinstalacji w domach jednorodzinnych jest w stanie dostarczyć dość energii, żeby w sezonie grzewczym wystarczyło jej na mocne podgrzanie 500–1000 l wody. W praktyce będzie ich bardzo mało, ze względu na dość niską moc takich układów PV.

Użycie zbiornika akumulacyjnego miałoby ewentualnie sens w sytuacji, gdyby miał on być ogrzewany również prądem pochodzącym z sieci. Chodzi tu przede wszystkim o tańszy prąd w tzw. II taryfie (pobierany w godzinach nocnych). Jednak w ostatnich latach również ceny w takich taryfach bardzo wzrosły, co stawia pod znakiem zapytania opłacalność takiego przedsięwzięcia. Być może ogrzewane prądem zbiorniki akumulacyjne wrócą do łask, gdy upowszechnią się tzw. taryfy dynamiczne, w których prąd faktycznie może być bardzo tani w pewnych okresach, gdyż jego cena zależy od chwilowych cen giełdowych.

Sposób 4 na zwiększenie autokonsumpcji energii: sterowanie sprzętem AGD

Wykorzystywanie typowych urządzeń AGD – takich jak pralki i zmywarki – w dość zasadniczy sposób różni się od omawianych dotąd przykładów. Praktycznie nie mamy tu bowiem pola manewru, jeżeli chodzi o dobór mocy sprzętów. Trzeba więc skoncentrować się na innym aspekcie, którym jest sterowanie ich pracą. Chodzi tu de facto o wybór momentu ich uruchamiania. Oczywiście, w zależności od tego, kiedy zostaną uruchomione, będą mogły w większym lub mniejszym stopniu wykorzystywać darmową energię z fotowoltaiki. Najprostszy wariant to sterowanie czasowe, czyli zgodnie z zaplanowanym z góry harmonogramem. Założenie jest takie, że wybrane urządzenia AGD zostają włączone w czasie, gdy spodziewamy się największej produkcji własnej energii z fotowoltaiki. Generalnie będą to godziny w środku dnia. Takie rozwiązanie obarczone jest jednak słabością – pogoda bywa u nas bardzo zmienna i w przewidywanych godzinach największego nasłonecznienia możemy mieć czasem chmury i deszcz. Pomimo tego mankamentu układy czasowe są wciąż bardzo popularne, gdyż są tanie i całkiem dobrze sprawdzają się w większości przypadków. Programatory czasowe można kupić nawet za kilkanaście zł, ponadto ich dodanie do instalacji jest proste. Powszechnie stosowane są przecież modele, które wystarczy włożyć do gniazdka.

Bardziej zaawansowane systemy zarządzania energią mogą stanowić część instalacji tzw. domu inteligentnego (smart home). Może to być choćby uruchamianie czasowe, jednak z opcją dodatkowego warunku w postaci sprawdzenia, jak duża jest aktualna produkcja własnej energii. Uruchomienie zostanie odłożone na później, jeżeli dostępna moc PV jest zbyt niska. Nic nie stoi również na przeszkodzie, żeby np. grzałkę w zbiorniku c.w.u. uruchamiać zawsze, gdy pojawi się określony nadmiar energii z fotowoltaiki, niezależnie od tego, która jest akurat godzina. Z powyższych przykładów widać, że sterowanie współpracą typowych urządzeń powszechnego użytku (a więc zwykle o małej mocy) z fotowoltaiką to przede wszystkim kwestia zaprogramowania odpowiednich funkcji. Popularność takich rozwiązań będzie rosła, nie tylko ze względu na upowszechnianie się fotowoltaiki, ale również spadek cen elektronicznych urządzeń służących do sterowania. Obecnie przecież takie funkcje jak np. zdalne lub w pełni automatyczne sterowanie zasilaniem wybranych obwodów w instalacji elektrycznej, chociażby za pośrednictwem aplikacji na smartfonie, nie jest już niczym niezwykłym.

Sposób 5 na zwiększenie autokonsumpcji: ładowanie samochodu elektrycznego w domu

Samochód elektryczny to potencjalnie najpotężniejszy „odbiornik” prądu z domowej instalacji fotowoltaicznej. Przede wszystkim dlatego, że pojemność akumulatorów typowego „elektryka” jest bardzo duża (powyżej 50 kWh), jednak nawet akumulatory w hybrydach są niemałe. Planując ładowanie samochodu własnym prądem z paneli fotowoltaicznych, trzeba koniecznie wziąć pod uwagę kilka kwestii. Przede wszystkim uwzględnianie samochodu w bilansie energii ma sens, jeżeli będzie on stał w garażu czy pod wiatą w środku dnia. Jeśli i tak będziemy nim wówczas wyjeżdżać do pracy, to przedsięwzięcie traci sens. Magazynowanie prądu w domowym magazynie energii, po to żeby potem z niego naładować akumulator samochodu to mrzonka. Przede wszystkim ze względu na dysproporcje pojemności – kilka do kilkunastu kWh (dom) wobec 50–100 kWh (samochód). Teoretycznie można by wprawdzie kupić większy magazyn energii oraz wykonać proporcjonalnie większą instalację (więcej paneli, falownik o wyższej moc), jednak wzrost kosztów inwestycyjnych byłby ogromny. Pomijamy tu już fakt, że ładowanie magazynu energii prądem z paneli fotowoltaicznych po to, żeby następnie czerpać go na potrzeby ładowania kolejnego akumulatora (tyle że znajdującego się w samochodzie), wiązałoby się ze znacznymi stratami energii.

Kolejna sprawa o fundamentalnym znaczeniu to konieczność zakupu odpowiedniej ładowarki. Wprawdzie wraz z samochodem dostaniemy najczęściej kabel przeznaczony do ładowania go ze zwykłego (jednofazowego) gniazdka, jednak tempo takiego procesu będzie wręcz ślimacze. Przekazywana moc wyniesie bowiem zaledwie ok. 3 kW lub nawet mniej. Pełne naładowanie akumulatorów typowego elektrycznego auta wymagałoby więc kilkudziesięciu godzin. Co ważne, nawet jeżeli nasza fotowoltaika dostarczałaby wówczas np. 6 kW wolnej mocy, to i tak do samochodu trafi zaledwie 3 kW. Usprawnienie procesu ładowania wymaga zakupu specjalnej ładowarki. Te przeznaczone do użytku domowego są głównie urządzeniami trójfazowymi, umożliwiającymi ładowanie z mocą nawet ok. 20 kW.

Oczywiście, pojawia się pytanie, czy warto kupować model o tak dużej mocy, skoro domowe mikroinstalacje raczej jej nie osiągają, mają zwykle do 10 kW. Jednak w większości przypadków będzie to wybór uzasadniony, gdyż ładowarki o dużej mocy można użyć także do doładowania samochodu prądem pochodzącym z sieci. Zaś w sytuacji, gdy korzystamy z tańszej taryfy nocnej, możliwość skrócenia czasu ładowania będzie bardzo pożądana. Bardzo ciekawą opcją jest rzecz, jak dotąd, spotykana bardzo rzadko. Mianowicie, samochód elektryczny ze swymi potężnymi  akumulatorami może pełnić również funkcję domowego magazynu energii. Oczywiście, z założenia, nikt nie będzie go wyczerpywał całkowicie. Jednak wobec dużej pojemności, możliwość wykorzystania choćby 1/4 zgromadzonego zapasu energii to i tak więcej niż oferuje typowy magazyn energii. Nie wiadomo, czy taki sposób wykorzystywania elektrycznych samochodów się upowszechni, jednak warto brać takie rozwiązanie pod uwagę.

Fot. Otwierająca: Bruk-Bet Fotowoltaika