Jak obniżyć rachunki za prąd i zwiększyć niezależność energetyczną?

Szósta edycja programu Mój Prąd, czyli wersja 6,0, uruchomiona 2 września 2024 roku, dla mikroinstalacji fotowoltaicznych zgłoszonych do przyłączenia do sieci elektroenergetycznej od dnia 1 sierpnia 2024 r. przewiduje możliwość dofinansowania ich budowy wyłącznie wtedy, kiedy zostanie zamontowany również magazynu energii lub magazyn ciepłą. Może być to magazyn energii elektrycznej w postaci baterii akumulatorów lub zbiornik ciepłej wody. Jest to znaczący krok we wprowadzaniu w energetyce idei prosumentyzmu, a więc łączenia miejsca produkcji energii elektrycznej z jej zużyciem, czyli konsumpcją. Prosument, to osoba, która produkuje energię i zarazem w większości sama ją zużywa. Tylko jeśli uzyska nadwyżkę, przekazuje ją do sieci przesyłowej. Za dość niską cenę.

Dotychczasowe warianty mikroinstalacji fotowoltaicznych mają jedną, zasadniczą wadę. Pozwalają korzystać z energii elektrycznej wyprodukowanej przez panele wyłącznie wtedy, kiedy świeciło słońce. Przy czym - z racji zmienności pogody - okresy największej produkcji własnego prądu oraz zapotrzebowania na energię zupełnie się nie pokrywają. Dlatego energetyka zawodowa i tak musi utrzymywać w pełnej gotowości spore rezerwy mocy, aby zasilać nasze instalacje domowe w razie wystąpienia takiej potrzeby. Co niemało nas wszystkich kosztuje.

Sytuacja zmienia się diametralnie, jeśli mikroinstalację fotowoltaiczną wyposażymy dodatkowo w magazyn energii o parametrach dobranych do przeciętnego zużycia dobowego prosumenta. Wtedy wyprodukowany w okresach słonecznych prąd elektryczny nie jest oddawany do sieci (za niewielkie pieniądze), lecz gromadzony w magazynie energii, aby wtedy, gdy słońce zajdzie, albo gdy zasłoni je chmurka, zasilać naszą instalację elektryczną i abyśmy nie musieli wtedy pobierać drogiego prądu z sieci. Szczególnie w godzinach dobowego szczytu energetycznego, kiedy cena prądu jest najwyższa.

Dlatego, nie tylko u nas w kraju, funkcjonują różne programy dofinansowywania tego typu inwestycji w magazyny energii. Chodzi o to, aby unikać jej przesyłania, czyli generowania strat przesyłowych, oraz obniżyć (spłaszczyć) szczytowy pobór energii z sieci. Bo to oznacza zmniejszenie koniecznych rezerw mocy, a więc zredukować koszt budowy i dziłania systemu energetycznego.

Jak działa instalacja z magazynem?

Aby mikroinstalacja fotowoltaiczna z magazynem energii funkcjonowała właściwie i niezawodnie, musi mieć centrum zarządzania. Ono zadba o właściwe wypełnianie zadań przez każdy z jej elementów - przy dowolnych warunkach zewnętrznych i w czasie rzeczywistym. Czyli reakcje na wszelkie zmiany parametrów muszą następować bezzwłocznie, aby nie dochodziło do strat. Taką funkcję pełni w niej falownik hybrydowy, który jest sercem systemu i który steruje pracą wszystkich urządzeń w sposób optymalny.

Przykładowy schemat architektury systemu z falownikiem hybrydowym.

Na pokazanym powyżej schemacie widzimy falownik hybrydowy z trzema wejściami, do których można podłączyć różne źródła energii elektrycznej. Jednym z nich jest sieć elektroenergetyczna, drugim, panele fotowoltaiczne. A trzecim akumulatory magazynu energii. Jednak falownik hybrydowy może mieć jeszcze więcej wejść i przetwarzać energię elektryczną z turbin wiatrowych, agregatów kogeneracyjnych, czy też innych źródeł.

Energia taka może mieć bardzo różne parametry. Jedne źródła dostarczają prąd stały (DC), inne prąd zmienny (AC), każde o różnej wielkości napięcia elektrycznego. A zadaniem falownika hybrydowego jest automatycznie "rozpoznawanie" tych wszystkich parametrów i następnie przekształcanie ich (albo i nie), dopasowując je do aktualnych potrzeb. W zależności od roli, którą w danej chwili falownik hybrydowy pełni.

Po co jest potrzebny inwerter?

Ogólnie rzecz biorąc, każdy falownik (po angielsku: inwerter), jest urządzeniem elektronicznym, przekształcającym prąd stały, na prąd okresowo zmienny (nie zawsze sinusoidalnie). To jest taka dość ogólna definicja. Natomiast falownik solarny ma więcej zadań. Oprócz zamiany prądu stałego (DC) pozyskanego z paneli fotowoltaicznych na prąd przemienny (AC), (czyli o przebiegu sinusoidalnym, takim, jaki płynie w naszej, domowej instalacji elektrycznej), powinien także:

• synchronizować prąd wyjściowy z siecią energetyczną,
• monitorować system fotowoltaiki,
• śledzić maksymalny punkt mocy paneli fotowoltaicznych (MPPT).

Falowniki (inwertery) solarne możemy podzielić na kilka kategorii: ze względu na ilość faz, połączenie z siecią i wielkość instalacji.

Podział ze względu na połączenie z siecią:

• falownik solarny off-grid - inaczej wyspowy; współpracuje z akumulatorem gromadzącym nadwyżki prądu, działając niezależnie od sieci,
• falownik solarny on-grid - inaczej sieciowy; współpracuje z siecią energetyczną i przesyła do niej nadwyżkę wyprodukowanego prądu,
• hybrydowy falownik solarny - może działać zarówno w trybie on-grid, jak i off-grid, przy czym z pracy on-grid, po zaniku napięcia sieci, automatycznie przechodzi w stan off-grid.

Jak działa falownik hybrydowy?

Falownik hybrydowy ma więc najwięcej "obowiązków". Zaczynając od bardzo podstawowych, jak zapewnienie czysto sinusoidalnego napięcia wyjściowego, co jest bardzo istotne dla odbiorników indukcyjnych (m. in. silniki, transformatory), poprzez zarządzanie trybami ładowania akumulatora, różnego rodzaju zabezpieczeniami przed przeciążeniem, zwarciem, czy przegrzaniem, zapewnieniem właściwej współpracy z różnymi rodzajami źródeł zasilania, automatycznego przełączania systemu on-grid na off-grid i odwrotnie, aż po najważniejszy, czyli ustawienie priorytetów zasilania Sieć AC / System PV / Bateria.

Ustawienie priorytetów zasilania. Co to oznacza dla użytkownika systemu? Otóż zadaniem falownika hybrydowego jest dbanie o finansowy interes prosumenta. Najczęściej falownik tak przełącza źródła zasilania i odbiorniki energii, że na pierwszym miejscu są własne źródła energii, a dopiero na ostatnim jest sieć energetyczna. Bo energia z sieci ma najwyższą cenę . A więc to swoiste centrum zarządzania mikroinstalacją dba, aby nasze odbiorniki energii najpierw korzystały z bezpłatnej energii pochodzącej z paneli fotowoltaicznych, albo innego źródła OZE (np. turbiny wiatrowej). Ewentualnie możemy też ustawić priorytet doładowywania akumulatora do okreslonego poziomu, jeżeli najbardziej zależy nam na zapewnieniu zasilania rezerwowego.

Natomiast jeśli panele produkują więcej energii niż w danej chwili jest zużywane, to nadwyżkę kierują do magazynu (czyli baterii akumulatorów), a nie do sieci, jak zwykły falownik. Dopiero gdy produkowanej energii jest wystarczająco dużo dla odbiorników, a magazyn energii jest pełny, falownik hybrydowy kieruje tę nadwyżkę do sieci energetycznej.

I odwrotnie. Gdy panele fotowoltaiczne produkują zbyt mało energii dla odbiorników, to brakująca jej część jest pobierana z własnej baterii. Tak się dzieje chociażby, gdy słońce na chwilę przysłoni chmura. Falownik działa wtedy błyskawicznie i bateria z odbiornika staje się dostawcą energii. Dopiero gdyby i tego nie starczyło, falownik pobierze energię z sieci energetycznej.

Jakie są zalety fotowoltaiki hybrydowej?

Przy właściwie wyliczonych parametrach mikroinstalacji, można znacznie mniej obciążać sieć i w znacznym stopniu zaspokajać swoje potrzeby energetyczne energią wyprodukowaną wyłącznie na własnym dachu. Co właśnie jest ideą i celem wszystkich programów promujących fotowoltaikę na całym świecie. Bo chodzi w nich o unikanie przesyłu energii elektrycznej, który generuje ogromne koszty inwestycyjne oraz straty eksploatacyjne. Jest to połowa kosztów jakie ponosimy w rachunkach za dostawy energii elektrycznej.

Oczywiście, wszystkie priorytety falownika można zmieniać, aktualizując oprogramowanie i dostosowywać je do bieżących potrzeb, na przykład przy ewentualnej, późniejszej rozbudowie instalacji i dodaniu nowych elementów systemu.

Wszystkie falowniki hybrydowe mają też interfejsy bezprzewodowe umożliwiające ich integrację z systemami Smart Home, a bezpłatne i dedykowane aplikacje, pozwalają na monitorowanie całego zainstalowanego systemu PV w chmurze. Tak więc w każdej chwili, na własnym telefonie mamy pełny dostęp do informacji o stanie każdego elementu systemu, o jego działaniu w czasie rzeczywistym, o wielkości produkcji i zużyciu energii elektrycznej, a także dostęp do danych statystycznych za cały okres użytkowania instalacji. To zupełnie nowy poziom wiedzy o wytwarzaniu i wykorzystaniu energii elektrycznej we własnym domu, pozwalający na optymalizację jej zużycia przy pomocy prostych zachowań i zwyczajnych czynności, dostępnych nawet dla osób będących technicznymi ignorantami. Jest to wielką zaletą systemów zarządzanych przy pomocy falownika hybrydowego.

A nieostatnią zaletą całej fotowoltaiki jest jej rozproszenie, co w dzisiejszej sytuacji geopolitycznej w świecie, a szczególnie za naszą wschodnią granicą, pokazało swoją ważność. Elektrownię zawodową można unieruchomić tylko jedną rakietą. Natomiast tysięcy mikroinstalacji fotowoltaicznych o sumarycznie takiej samej mocy jaką ma elektrownia, nie da się zniszczyć ani dziesięcioma, ani nawet setką rakiet. Nie należy o tym zapominać.