Instalacja fotowoltaiczna w smart domu, czyli własny prąd

Z jednej strony, dom inteligentny ma umożliwić oszczędzanie energii, np. gdy w mroźną noc opuści rolety, żeby budynek się nie wychładzał. Albo kiedy wyłączy światło, o zgaszeniu którego zapomnieli roztargnieni mieszkańcy. Z drugiej strony, siłowniki opuszczające rolety zużywają energię elektryczną, podobnie jak cała automatyka budynkowa. I bądźmy szczerzy - bez prądu nie ma smart domu!

A prąd drożeje - w tym roku średni wzrost cen energii elektrycznej dla gospodarstw domowych ma wynieść kilkanaście procent. Dlatego wzrasta zainteresowanie fotowoltaiką, która umożliwia jego samodzielną produkcję. W dodatku czystą i ekologiczną!

FOTOWOLTAIKA - NIE MYLIĆ Z KOLEKTORAMI!

Dla laika odróżnienie zamontowanych na dachu paneli fotowoltaicznych od kolektorów słonecznych jest problemem. Na pierwszy rzut oka prawie identyczne, jedne i drugie służą do pozyskiwania energii słonecznej. Ale pierwsze zamieniają ją na prąd, a drugie na ciepło.

Kolektory słoneczne wykorzystuje się głównie do podgrzewania wody użytkowej, niekiedy również tej do przydomowego basenu. Co wynika z uwarunkowań klimatycznych i ekonomicznych - mała instalacja (2 albo 3 kolektory o powierzchni ok. 2 m2 każdy) wystarczy, żeby latem zagrzać ciepłą wodę dla 4 osób (przy założeniu, że potrzebują jej po 50 l na dobę). Wiosną i jesienią woda zostanie tylko wstępnie podgrzana. Zimą, gdy dni są krótkie i ciemne, system będzie prawie bezużyteczny.

Natomiast 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.

Poza wizualnym podobieństwem montowanych na dachu paneli obie instalacje więcej więc dzieli niż łączy, zarówno gdy chodzi o wymagania (w przeciwieństwie do kolektorów, paneli nie trzeba serwisować, wymieniać glikolu itp.), jak i możliwości.

INSTALACJA FOTOWOLTAICZNA - JAK TO DZIAŁA?

Podstawowym elementem instalacji fotowoltaicznej są panele słoneczne, montowane na dachach (skośnych i płaskich) lub ścianach budynków, ewentualnie na gruncie. Ogniwa fotowoltaiczne, z których zbudowane są panele, 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.

Podstawowe elementy instalacji fotowoltaicznej - panele (fot. po lewej: A. Papliński) i falownik (fot. po prawej: Fronius), przekształcający prąd stały w przemienny.

W większości przypadków moc domowych instalacji fotowoltaicznych to 3-5 kW. Pozwala to uzyskać rocznie od 3000 do 5000 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).

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, jak i doby (zimą ogniwa są kilkukrotnie mniej wydajne).

Instalacja fotowoltaiczna przynosi najwięcej korzyści, 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.

Żeby zaspokoić zapotrzebowanie przeciętnego domu na prąd, potrzeba przynajmniej 20-30 m2 paneli fotowoltaicznych (fot. po lewej). Kolektorów słonecznych montuje się mniej, ale te mogą najwyżej nagrzać ciepłą wodę użytkową (fot. po prawej). (fot. Hewalex)

OGRANICZENIA W INSTALACJI FOTOWOLTAIKI

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%.

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.

Panele fotowoltaiczne montuje się na dachach, rzadziej na ścianach. Można je też ustawiać na gruncie.

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 1/3 wytworzonej energii. Magazynowanie jej u siebie jest możliwe raczej teoretycznie.

Akumulatory, które mogły by służyć do tego celu, są drogie, ciężkie, niezbyt pojemne i nietrwałe. Ich wykorzystanie jest kosztowniejsze i bardziej kłopotliwe, niż współpraca z lokalnym dostawcą energii. Bowiem 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.

Instalację fotowoltaiczną warto montować w domach, które ogrzewa zasilana prądem pompa ciepła. (fot. Nibe-Biawar)

KIM JEST PROSUMENT?

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.

Zgodnie z obowiązującym prawem (ustawa o odnawialnych źródłach energii OZE), prosument posiadający instalację o mocy do 10 kW może oddać do sieci nadmiar prądu, a potem pobrać z niej 80% tego co oddał, 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%.

Dobrze, żeby rozliczenie następowało w długim cyklu, najlepiej rocznym. Zwykle po tym okresie niewykorzystany nadmiar energii przechodzi na własność zakładu energetycznego. Z tego względu nie warto budować zbyt dużej instalacji - z zakładem energetycznym rozliczamy się bezgotówkowo, za nadwyżkę energii nikt nam nie zapłaci, mimo że elektrownia odsprzeda ją innym konsumentom.

Najlepiej, gdy system wytworzy mniej więcej tyle prądu, ile zużywamy (+ 20% dla zakładu energetycznego) - wyprodukowaną latem nadwyżkę odbierzemy z sieci zimą.

KOSZTY INSTALACJI FOTOWOLTAICZNEJ I PROGRAM MÓJ PRĄD

Instalacja fotowoltaiczna do najtańszych nie należy. Za kilowat mocy zainstalowanej trzeba zapłacić 4 do 6 tys. zł, co oznacza, że mały domowy system fotowoltaiczny kosztuje kilkanaście tys. zł, większy przeszło 30 tys. zł.

Czas zwrotu inwestycji bez dopłat to około 10 lat. Inwestorzy korzystający ze wsparcia rządu, czy władz samorządowych skrócą go nawet do 6. Np. warszawski ratusz dofinansowuje do 30% kosztów paneli fotowoltaicznych (lecz nie więcej niż 15 tys. zł). Sporą popularnością cieszy się obejmujący cały kraj rządowy program Mój Prąd. Tak jak program Czyste Powietrze, realizuje go Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.

Program Mój Prąd umożliwia otrzymanie bezzwrotnej dotacji do instalacji fotowoltaicznej (paneli, inwerterów, okablowania, robocizny) w wysokości do 50% kosztów, ale nie więcej niż 5 tys. zł. Dotacje przysługują osobom fizycznym wytwarzającym energię na swoje potrzeby, a ponieważ koszt instalacji prawie zawsze przekracza 10 tys. zł, większość prawidłowo aplikujących inwestorów uzyska dopłatę w maksymalnej wysokości, czyli właśnie 5 tys. zł. Warunek: instalacja ma mieć moc od 2 do 10 kW.

Program zaplanowano na lata 2019-2024 lub do wyczerpania środków (1 mld zł). Pierwszy nabór odbył się w ubiegłym roku, obecnie - od 13 stycznia do 18 grudnia - trwa drugi.

Licząc średnią, instalacja fotowoltaiczna zamontowana w ubiegłym roku przez beneficjentów programu Mój Prąd ma 5,6 kW i kosztowała 25,6 tys. zł. Średnia wartość dotacji przekroczyła 4,9 tys. zł. Można ją łączyć z ulgą termomodernizacyjną, co oznacza, że nieco ponad 20 tys. zł wydane z własnej kieszeni da się odliczyć od podatku dochodowego i otrzymać zwrot kolejnych 3,7 tys. zł.

Janusz Werner
fot. otwierająca: Archiwum BD