Instalacja fotowoltaiczna w smart domu, czyli własny prąd

Z czego wynika gigantyczny wzrost popularności paneli PV?

Boomu na fotowoltaikę nie da się nie zauważyć - charakterystyczne panele, niczym grzyby po deszczu, na potęgę pojawiają się na dachach polskich domów. Nowych i starych, w wielkich miastach i na prowincji. W ubiegłym roku miałem wręcz wrażenie, że dla właścicieli domów jednorodzinnych to jeden z najważniejszych tematów, tylko nieznacznie ustępujący pandemii. I trudno, żeby było inaczej, gdy każdy z nich wyciągnął ze swojej skrzynki na listy przynajmniej kilka ulotek firm zajmujących się montażem instalacji PV. Te ostatnie powstawały zresztą prawie tak szybko, jak same instalacje.

Wyniki obserwacji w terenie potwierdzają twarde dane. W 2015 r. w naszym kraju było około 4 tys. instalacji fotowoltaicznych. Pod koniec ubiegłego jakieś 700 tys.! W 2022 roku, mimo niekorzystnych zmian w prawie, prawdopodobnie przekroczymy 1 mln!

Instalacje fotowoltaiczne pojawiają się również na starszych domach. W tym roku liczba prosumentów przekroczy w naszym kraju 1 mln. (fot. Kratki Energy)

W sektorze OZE (Odnawialnych Źródeł Energii) fotowoltaika, pod względem zainstalowanej mocy, wyprzedziła w Polsce pod koniec ubiegłego roku elektrownie wiatrowe. Według danych Agencji Rynku Energii na koniec listopada 2021 r. moc zainstalowana polskiej fotowoltaiki wyniosła ponad 7,1 GW, co dało jej 44% udział w rynku OZE.

Z czego wynika gigantyczny wzrost popularności paneli PV? Są wyraźnie tańsze niż kiedyś, więc zdecydowanie bardziej dostępne. Umożliwiają właścicielom domków samodzielną produkcję energii elektrycznej. Czystej, ekologicznej i - jeśli pominiemy koszt instalacji - darmowej! Prąd z elektrowni drożeje jak szalony, więc szukanie oszczędności w fotowoltaice to rozsądne posunięcie. Atrakcyjność tego rozwiązania wzrasta, gdy można na nią dostać jakąś dopłatę - np. taką jak z programu Mój Prąd, uruchomionego w 2019 r. Obecnie czekamy na jego czwartą edycję.

To właśnie rządowe dopłaty, które skróciły czas zwrotu z inwestycji w instalację PV do kilku (6-8) lat, były najsilniejszym bodźcem do rozwoju tego rynku. Niestety, w ubiegłym roku, jak grom z jasnego nieba gruchnęła informacja, że dotychczasowy, korzystny system rozliczeń z zakładami energetycznymi, zostanie zmieniony na gorszy. Co spowodowało prawdziwy szturm inwestorów, chcących zdążyć z montażem instalacji przed zmianami, na firmy montujące panele PV. Pierwotnie planowano, że stare zasady przestaną obowiązywać z końcem 2021 r., ostatecznie nowe reguły gry wejdą w życie 1 kwietnia 2022.

Jak działa instalacja fotowoltaiczna?

Panele fotowoltaiczne przetwarzają energię promieniowania słonecznego na energię elektryczną, którą da się wykorzystać na wiele sposobów - do zasilania lodówki, telewizora, oświetlenia, do ogrzewania i chłodzenia, do ładowania telefonów komórkowych i elektrycznych pojazdów.

Do niedawna mylono je z kolektorami słonecznymi, które są wykorzystywane do podgrzewania wody użytkowej. Do podgrzania wody dla 4-osobowej rodziny wystarczą 2 albo 3 kolektory, i tyle zakłada się na dachu przeciętnego domu jednorodzinnego. Paneli PV montuje się na nim przynajmniej kilkanaście.

Panele słoneczne to podstawowy element instalacji fotowoltaicznej. Instaluje się je na dachach (skośnych i płaskich) lub ścianach budynków, ewentualnie na specjalnych konstrukcjach wsporczych na gruncie. Panele są zbudowane z ogniw fotowoltaicznych, które zmieniają energię promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Natężenie produkowanego prądu zależy od intensywności promieniowania, napięcie od liczby połączonych szeregowo paneli (łącząc je szeregowo uzyskujemy prąd o wyższym napięciu i mocy, bez zwiększania natężenia).

Wytworzony w ten sposób prąd jest stały, a domowe urządzenia zasilane z sieci wymagają prądu przemiennego. Dlatego niezbędny jest falownik (inwerter), przekształcający prąd stały w przemienny. Umieszcza się go np. na poddaszu, albo w kotłowni i podłącza do tablicy rozdzielczej budynku, podłączonej do sieci elektrycznej. Niekiedy zamiast jednego falownika stosuje się kilka mniejszych, co jest uzasadnione, gdy warunki pracy grup paneli się różnią, bo np. zainstalowano je na różnych połaciach dachu.

Falownik, przekształcający prąd stały w przemienny, to niezbędny element instalacji fotowoltaicznej. (fot. Fronius)

W większości przypadków moc domowych instalacji fotowoltaicznych to 3-6 kW (średnia moc instalacji dofinansowanej z programu Mój Prąd wynosi 5,6 kW). Pozwala to uzyskać rocznie od 3000 do 6000 kWh energii, czyli mniej więcej tyle, ile wynosi zapotrzebowanie na prąd przeciętnego gospodarstwa domowego. Powierzchnia paneli koniecznych do wytworzenia tej ilości energii to 20-30 m2 (typowy panel ma wymiary 1 × 1,6 m). Wyższa moc może być potrzebna, jeśli zużycie prądu jest większe, ponieważ w domu pracuje klimatyzacja, pompa ciepła do centralnego ogrzewania, czy też wtedy, gdy budynek jest ogrzewany elektrycznie.

Sprawność przemiany energii słonecznej w elektryczność waha się od kilku do ponad 20%, zależnie od konstrukcji ogniw. Problemem jest nierównomierny uzysk energii, zarówno w skali roku (zimą ogniwa są kilkukrotnie mniej wydajne), jak i doby.

Instalacja fotowoltaiczna jest bardziej opłacalna, gdy zapotrzebowanie budynku na energię elektryczną jest duże. Prąd ze słońca wykorzystuje się wówczas nie tylko na potrzeby telewizora czy czajnika, ale także do ogrzewania (najlepiej pompą ciepła albo kotłem elektrycznym) i chłodzenia domu, przygotowywania ciepłej wody użytkowej, ładowania elektrycznego samochodu.

Instalację fotowoltaiczną warto zamontować w domu, który ogrzewa zasilana prądem pompa ciepła. (fot. Viessmann)

Ograniczenia w montażu paneli PV

Wynikają głównie z dostępu do promieniowania słonecznego. W naszej szerokości geograficznej od początku kwietnia do końca września otrzymujemy 80% rocznej sumy promieniowania. Na miesiące zimowe (grudzień, styczeń, luty) przypada jedynie 6%.

Montaż paneli PV (fot. A. Papliński)

Z tego względu bardzo ważne jest umiejscowienie paneli i ich ekspozycja na właściwą stronę świata. Należy je lokować na dachach ustawionych w kierunku południa. Odchylenie na wschód lub zachód (do około 50°) jest dopuszczalne, ale wymaga zwiększenia ich powierzchni. Gdy idzie o kąt nachylenia, to najlepsze jest nachylenie 35°, gwarantujące maksymalny uzysk energii w skali roku. Jeśli panele są mocowane na konstrukcji na gruncie i zmiana kąta nachylenia jest możliwa, zimą może być większy. W żadnym razie nie powinny zacieniać ich drzewa, kominy, lukarny itp. Natężenie promieniowania słonecznego zależy od szerokości geograficznej, pory dnia, ale także np. od czystości powietrza.

Ograniczone są również możliwości wykorzystania własnego prądu w momencie jego wytworzenia. W ciągu dnia, kiedy instalacja produkuje go najwięcej, mieszkańcy są zwykle poza domem. W praktyce, na bieżąco zużywa się koło 1/4 wytworzonej energii. Magazynowanie jej u siebie jest możliwe raczej teoretycznie. Akumulatory, które mogłyby służyć do tego celu, są drogie, ciężkie, niezbyt pojemne i nietrwałe. Ich wykorzystanie jest kosztowniejsze i bardziej kłopotliwe, niż współpraca z lokalnym dostawcą energii. W praktyce to właśnie sieć energetyczna staje się dla posiadacza instalacji fotowoltaicznej magazynem prądu. Wytworzoną nadwyżkę oddaje do sieci, a gdy własnego prądu zabraknie, z elektrowni dobiera go tyle, ile potrzeba. Małe domowe instalacje oddają do sieci 50-80% wyprodukowanego prądu.

Panele PV powinny być skierowane na południe i zamontowane tak, żeby nic ich nie zacieniało. (fot. Creaton Polska)

Prosument i system opustów

Instalacje, w których wyprodukowaną w panelach energię gromadzi się w akumulatorach i w całości zużywa na własne potrzeby, nazywa się off-grid. To rozwiązanie spotykane w Stanach Zjednoczonych czy Australii, u nas raczej nie. Opcja z oddawaniem nadwyżki energii do sieci to instalacja on-grid. Aby funkcjonować w ten sposób, niezbędne jest podpisanie odpowiedniej umowy z zakładem energetycznym i zostanie prosumentem, czyli jednocześnie producentem i konsumentem energii. Panowie z elektrowni wymienią wtedy licznik na dwukierunkowy, zliczający osobno energię pobraną i oddaną.

Prosumentem może być osoba fizyczna, także prowadząca działalność gospodarczą (o ile wytwarzanie prądu nie stanowi przeważającej działalności) lub gospodarstwo rolne. Moc posiadanej instalacji może wynosić maksymalnie 50 kW.

Inwestorzy, którzy już mają instalację fotowoltaiczną, rozliczają się z zakładem energetycznym w prosty sposób - za 1 kWh prądu oddanego do sieci odbierają 0,8 kWh, gdy ich instalacja nie pracuje - w nocy, w pochmurny dzień, zimą... (fot. Bruk-Bet Fotowoltaika)

W myśl przepisów, prosumenci posiadający instalację o mocy do 10 kW oraz ci, którzy do końca marca tego roku dokonają kompletnego i poprawnego zgłoszenia jej przyłączenia, mogą oddawać do sieci nadmiar prądu, a potem pobierać 80% tego co oddali, bez ponoszenia opłat za przesył. Pozostałe 20% dostawca energii zatrzymuje jako rodzaj opłaty za magazynowanie. Jeżeli moc zainstalowana jest wyższa niż 10 kW, obowiązuje mniej korzystny przelicznik - 70%. Rozliczenie następuje w długim cyklu, najlepiej rocznym. Po tym okresie niewykorzystany nadmiar energii przechodzi na własność zakładu energetycznego. Z tego względu nie opłaca się budowa zbyt dużej instalacji - z zakładem energetycznym rozliczamy się bezgotówkowo, za nadwyżkę energii nikt prosumentowi nie zapłaci.

W poprzednich latach na ten system rozliczeń powszechnie narzekano, uważając go za krzywdzący dla posiadaczy małych instalacji PV. Jednak w praktyce, ze względu na przestarzałe sieci przesyłowe i prawdziwy wysyp minielektrowni, zakładom energetycznym taki układ też się nie opłacał. Dlatego konieczne były zmiany, na których jednak nowi prosumenci może nie tyle stracą, co skorzystają wyraźnie mniej, niż ci przyłączeni na starych zasadach.

Przy nowym systemie rozliczeń czas zwrotu z inwestycji w fotowoltaikę będzie prawie dwa razy dłuższy. (fot. Columbus Energy)

Nowe zasady rozliczeń za instalację PV

Będą obowiązywały od 1 kwietnia 2022 roku. Zgodnie z nowelizacją ustawy o OZE (z 29 października 2021) dla nowo przyłączanych prosumentów system opustów (net metering) zostanie zastąpiony przez net billing. Nowo przyłączani nie będą rozliczać się z zakładami energetycznymi barterowo, bez opłat dystrybucyjnych. Będą natomiast sprzedawać im nadwyżki wytwarzanej przez siebie energii, i kupować ją, kiedy własnego prądu zabraknie. Rozliczenie będzie się odbywać nie według ilości wytworzonej energii w kilowatogodzinach (kWh), a według jej wartości w pieniądzu, przy czym cena sprzedaży będzie wyraźnie niższa od ceny zakupu obciążonej opłatami dystrybucyjnymi.

Infografika: Net metering vs Net billing. Czym różnią się te systemy rozliczeń?

Można przyjąć, że nowe rozwiązanie będzie dla prosumentów blisko dwa razy mniej korzystne od systemu opustów. Czyli że inwestycja w fotowoltaikę zwróci się nie po 6 czy 8, a po kilkunastu latach. Według Ministerstwa Klimatu, taki model rozliczeń ma zachęcić Polaków do większej autokonsumpcji energii oraz do jej magazynowania.

Dotychczasowi prosumenci zostaną w systemie opustów (choć mogą go zmienić na net billing). Trafią tam także ci, którzy do 31 marca dokonają kompletnego i prawidłowego zgłoszenia o przyłączenie mikroinstalacji. Wbrew temu, co mówiono wcześniej, wymiana licznika czy fizyczne przyłączenie instalacji nie będzie miało znaczenia. Korzystający z systemu opustów zachowają prawo do tego sposobu rozliczeń przez 15 lat od pierwszego wytworzenia energii.

Żeby załapać się na dotychczasowy system rozliczeń, trzeba zgłosić przyłączenie instalacji do końca marca - firmy instalacyjne mają więc ręce pełne roboty. (fot. Columbus Energy)

Fotowoltaika a program Mój Prąd

Instalacja fotowoltaiczna do najtańszych nie należy. Za kilowat mocy zainstalowanej trzeba zapłacić 5-6 tys. zł, co oznacza, że mały domowy system fotowoltaiczny kosztuje koło 20 tys. zł, większy nawet 40 tys. zł. Dlatego rządowy program Mój Prąd, oferujący bezzwrotne dotacje do instalacji PV (paneli, inwerterów, okablowania, robocizny) cieszy się sporym zainteresowaniem. Jest on skierowany do osób fizycznych, które zawarły umowę kompleksową z zakładem energetycznym i wytwarzają prąd na własne potrzeby.

W latach 2019-2020 dotacja wynosiła do 50% kosztów i do 5 tys. zł. W ubiegłym roku były to już tylko 3 tys. zł. Choć inwestorzy ubiegający się o dopłatę do fotowoltaiki w ramach programu Czyste Powietrze wciąż mogą dostać 5 tys. (muszą jednak wymienić przestarzałe źródło ciepła).

Czwarta edycja programu Mój Prąd ma ruszyć w I kwartale. Według zapowiedzi, inwestorzy którzy wybiorą tylko instalację PV, dostaną do 3 tys. zł wsparcia. Ci, którzy dodatkowo zainwestują w magazyn energii, albo ładowarkę samochodów elektrycznych zapewne będą mogli liczyć na więcej.

Dofinansowanie z programu Mój Prąd można też połączyć z ulgą termomodernizacyjną, która umożliwia odliczenie od dochodu do 53 tys. zł, wydanych na termomodernizację budynku jednorodzinnego. Ulga, podobnie jak dofinansowanie z programu Czyste Powietrze, przysługuje jednak tylko przy remoncie, nie da się z niej skorzystać przy wznoszeniu domu.

Janusz Werner