Instalacja fotowoltaiczna (PV) - czas na własny prąd

Im więcej z wytwarzanej energii wykorzystujemy na miejscu, a mniej oddajemy do sieci, tym więcej oszczędzamy. Bowiem wówczas nic nie tracimy na rozliczeniach z dostawcą prądu. Zaś wzrost cen powoduje, że różnice stają się naprawdę duże.

Takie postępowanie jest też najbardziej korzystne ze względu na działanie całego systemu energetycznego. Produkcja prądu przez instalacje PV jest bardzo nierównomierna i w gruncie rzeczy nieprzewidywalna. Poważnym kłopotem jest nie tylko jej niedobór, ale również nadmiar. Ten problem już nas dotyczy. Pod koniec kwietnia 2023 r. dwukrotnie nadprodukcja była tak duża, że trzeba było odłączyć od sieci część instalacji PV. Zagrożona była nawet stabilność systemu energetycznego.

Autokonsumpcja

W najmniejszych, domowych instalacjach PV nawet 3/4 wytworzonej energii trafia do sieci. Widać więc, że jest o co walczyć i co poprawić. Jak więc można zwiększyć tzw. autokonsumpcję? Właśnie tym mianem określa się zużycie prądu pozyskanego z paneli PV na własne potrzeby. W zasadzie można nim zasilać dowolne urządzenia elektryczne. Poczynając od AGD w rodzaju kuchenki i pralki, przez kotły elektryczne, pompy ciepła i klimatyzatory, aż po grzałki do podgrzewania ciepłej wody użytkowej, założone specjalnie z myślą o PV.

Mając pompę ciepła, znacznie efektywniej wykorzystujemy wytworzony w mikroinstalacji prąd. W efekcie do osiągnięcia takiego samego efektu wystarczy zamontowanie mniejszej liczby paneli. (fot. De Dietrich)

Trzeba jednak podkreślić, że sama obecność sprzętów zasilanych prądem jeszcze nic nie daje. Muszą one bowiem działać w tym samym czasie, gdy panele dostarczają prąd. Ewentualnie można nieco przesunąć godziny wytwarzania i zużycia energii, jeżeli zdecydujemy się na założenie akumulatorów (magazynu energii) lub ładowanie samochodu elektrycznego. Jednak w praktyce trzeba się liczyć ze sporymi ograniczeniami, choćby wynikającymi z niewielkiej pojemności akumulatorów.

Dużego znaczenia nabiera także odpowiednie zarządzanie energią. W dużym uproszczeniu chodzi o to, żeby zużywające prąd urządzenia były uruchamiane w czasie, gdy instalacja PV daje go najwięcej. Można to osiągnąć wykorzystując funkcje zaimplementowane w niektórych falownikach lub korzystając z osobnego systemu zarządzania. Bardzo często takie rozwiązania spotyka się w tzw. domach inteligentnych.

To na ile opłacalne jest dążenie do wzrostu autokonsumpcji, a więc także na ile warto przeznaczyć na ten cel dodatkowe pieniądze, zależy od systemu rozliczania za energię.

Ogrzewanie domu własnym, wytworzonym na miejscu prądem, jest możliwe przede wszystkim wiosną i jesienią. (fot. Elterm)

Net-metering

Ci, którzy weszli do systemu jeszcze według starych zasad, tzw. Net-meteringu, w praktyce mogą traktować system energetyczny niczym ogromny akumulator. Za 1 kWh energii oddanej do sieci mogą następnie odebrać z niej 0,8 kWh. Jeżeli zaś moc zainstalowana paneli przekracza 10 kW, to przelicznik jest mniej korzystny i wynosi 0,7 kWh. Rozliczającego się w ten sposób prosumenta nie interesują opłaty przesyłowe (dystrybucyjne), gdyż ich nie ponosi. Okres rozliczeniowy może sięgać nawet 1 roku, co oznacza, że nadwyżki oddane do sieci wiosną i latem odbierane są w sezonie zimowym. Prawo do takiego sposobu rozliczania prosument zachowuje przez 15 lat od momentu przyłączenia mikroinstalacji do sieci.

Wiele osób narzekało na utratę 20% energii, nazywając to nawet haraczem. Jednak tak naprawdę jest to rozwiązanie bardzo korzystne dla właścicieli mikroinstalacji. Cały problem zarządzania skrajnie nierówną produkcją energii ze słońca spada bowiem na operatora systemu energetycznego. Patrząc na sprawę wyłącznie pod kątem finansów, to dla rozliczających się zgodnie z zasadami Net-meteringu niska autokonsumpcja nie jest zasadniczym problemem. Chociaż i o te 20% oddawane do sieci warto zawalczyć.

Net-billing

Wprowadzenie nieco ponad rok temu Net-billingu było bardzo dużą zmianą. Tu rozliczeniu podlega już nie ilość energii, lecz jej wartość. Jednak cały system zaprojektowano tak, aby dało się w nim oszczędzać, lecz nie dało się zarabiać. Każdy prosument ma założone w systemie wirtualne konto. Oddanie prądu do sieci powoduje zasilenie go pewną sumą. Jednak oblicza się ją według giełdowej ceny energii z tzw. Rynku Dnia Bieżącego. Cena za 1 kWh nie obejmuje opłat związanych z przesyłem. Natomiast za prąd pobierany z sieci trzeba płacić pełną cenę przewidzianą w taryfie, czyli razem ze wszystkimi opłatami za dystrybucję itd. Końcowy rachunek zostaje jednak pomniejszony o kwotę zgromadzoną na wirtualnym koncie. Z zastrzeżeniem, że jeżeli w ciągu roku nie wykorzystamy wszystkich zgromadzonych na nim środków, to i tak prawie w całości przepadną.

Zmiana i tak uniemożliwiła więc zarabianie na prądzie oddawanym do sieci. Ponadto prosument oszczędza faktycznie mniej niż w systemie Net-meteringu. Na przykład średnia miesięczna cena giełdowa wynosiła w marcu i kwietniu 2023 r. niespełna 0,51 zł/kWh. Była zatem najniższa od czasu, gdy zaczęto je publikować (czerwiec 2022 r.). Natomiast najwyższa cena - w sierpniu 2022 r., przekroczyła 1 zł/kWh.

Zasadniczą wadą jest więc niestabilność i nieprzewidywalność cen giełdowych. Ponadto mają one niewiele wspólnego z cenami prądu w taryfie dla gospodarstw domowych, czyli cenami zakupu prądu. Prosument oddaje zatem energię nawet za mniej, niż połowę ceny jej zakupu. To wszystko powoduje, że jak najwyższa autokonsumpcja staje się bardzo pożądana. Zresztą nakłonienie inwestorów do tego przedstawiano jako jedną z głównych przyczyn wprowadzenia Net-meteringu.

Zmiany w net-billingu

Od lipca 2024 r. zaplanowana jest kolejna zmiana systemu rozliczeń. Nadal ma to być Net-billing, jednak z cenami nie jako średnia wartość miesięczna, lecz według giełdowych stawek godzinowych. To z kolei oznacza jeszcze większą niepewność, gdyż wahania cen zaczynają się od poziomu kilkunastu groszy za 1 kWh, a kończą na ponad złotówce. Zwykle są przy tym najniższe w środku dnia, mniej więcej od 10.00 do 16.00, czyli w czasie, gdy typowa instalacja PV działa z najwyższą mocą. Ta tendencja prawdopodobnie będzie się nasilać wraz ze wzrostem liczby instalacji PV oraz ich coraz większym udziałem w strukturze produkcji energii.

Tak więc wysoka autokonsumpcja może stać się w przyszłości jedynym racjonalnym oraz ekonomicznie uzasadnionym rozwiązaniem. Warto myśleć o tym już dziś, zarówno mając już instalację PV, jak i dopiero ją planując.

Pompy ciepła i kotły elektryczne

Jak najlepszym wykorzystaniem prądu z własnej mikroinstalacji szczególnie zainteresowani są ci, którzy mają elektryczne urządzenia grzewcze - kotły elektryczne, pompy ciepła, elektryczne ogrzewanie podłogowe, elektryczne grzejniki. Ideałem byłoby całkowite zastąpienie nim drogiego prądu z sieci.

Jednak całkowite uniezależnienie się od sieci jest praktycznie niemożliwe, nawet jeżeli system PV jest duży. Wynika to z cech naszego klimatu, w którym w najzimniejszych zimowych miesiącach dociera do nas zbyt mało energii słonecznej. To zaledwie kilka procent z tego, co dostajemy latem. Skrajnym przykładem jest grudzień, gdy nie tylko nasłonecznienie jest mało intensywne, ale w ogóle dzień jest bardzo krótki. Zaś bez słońca produkcja energii wynosi zero, niezależnie od tego ile mamy paneli.

Jednak wiosną i jesienią uzysk energii może być już na tyle duży, że pokryje większość zapotrzebowania na ciepło. Z zastrzeżeniem, że znacznie łatwiej będzie to osiągnąć w domu z pompą ciepła. Wszystko dlatego, że pompa oddaje kilka razy więcej ciepła, niż pobiera energii elektrycznej, gdyż ciepło pobiera z otoczenia (powietrza, gruntu). Miarą tej różnicy jest współczynnik COP. Jeżeli wynosi np. 4, to znaczy, że na 1 kWh pobranej energii elektrycznej przypadają aż 4 kWh przekazanego do budynku ciepła. To bardzo ważne, gdyż oznacza, że do pokrycia takiego samego zapotrzebowania na ciepło wystarcza znacznie mniejsza instalacja PV. Mniejsza, czyli tańsza i łatwiejsza do wykonania. A trzeba jeszcze wziąć pod uwagę, że w większości przypadków miejsce na panele (zwykle dach) jest ograniczone.

Jednak użycie kotła elektrycznego, elektrycznej podłogówki lub grzejników, czyli bezpośrednia zamiana prądu na ciepło, także ma szereg zalet. Podstawową jest prostota. Kocioł elektryczny można bez trudu dodać do każdej instalacji grzewczej i z powodzeniem będzie on zasilał zarówno podłogówkę jak i grzejniki. Co więcej, częste włączenia i wyłączenia, wraz ze zmieniającą się produkcją prądu z PV, nie są w jego przypadku problemem. Elektryczna podłogówka i grzejniki są jeszcze mniej wymagające.

Natomiast układ z pompą ciepła oznacza o wiele wyższy stopień komplikacji. Nie w każdej instalacji c.o. będzie ona pracować dobrze. Ponadto wyłączenia są niewskazane, co wymusza zastosowanie zaawansowanego sterowania przełączeniami sieć/PV.

Nie można zapominać także o zasadniczej różnicy kosztów, gdyż kocioł elektryczny kupimy za kilka tysięcy zł, zaś na pompę wraz z instalacją będziemy musieli przeznaczyć kilkadziesiąt. Trzeba więc dobrze przemyśleć, czego oczekujemy. Jeżeli prąd z PV i tak będzie miał tylko niewielki udział w ogrzewaniu budynku to zasilanie nim elektrycznego kotła lub grzejników będzie bardziej uzasadnione.

Pożądana akumulacja

Planując ogrzewanie domu prądem z PV w jakiejkolwiek formie, powinniśmy od razu pomyśleć o możliwości akumulacji wytworzonego ciepła. Wszystko dlatego, że w godzinach nocnych żaden system fotowoltaiczny nie dostarcza energii. Trzeba więc umożliwić gromadzenie ciepła na zapas, np. ogrzewając grubą wylewkę w ogrzewaniu podłogowym. Akumulatorem ciepła może być też zasobnik wody grzewczej o dużej pojemności (np. 1000 l) zasilający grzejniki. Inaczej chwilowe niedobory ciepła trzeba będzie na bieżąco pokrywać zużywając drogi prąd z sieci lub ciepło z innych źródeł (np. kotła gazowego). Akumulacja jest po prostu konieczna, jeżeli chcemy uzyskać komfortowe warunki przez całą dobę, bazując głównie na fotowoltaice.

Ciepła woda użytkowa

Energię z paneli można przeznaczyć do podgrzewania ciepłej wody użytkowej c.w.u. Zaletą jest tu przede wszystkim prostota wykonania takiej instalacji. Zasilamy grzałkę elektryczną lub pompę ciepła do c.w.u. Ten pierwszy wariant nie wymaga niemal żadnych nakładów inwestycyjnych, jeżeli i tak już mamy zasobnik wody.

Zawsze musi to być bowiem układ z zasobnikiem. Stosowanie ogrzewaczy przepływowych nie ma sensu, jeżeli celem ma być zwiększenie autokonsumpcji. W praktyce bowiem byłyby używane głównie nie wtedy, gdy produkcja własnego prądu jest największa. Ponadto moc wielu z nich jest wyższa niż moc typowej mikroinstalacji.

Najlepiej, gdy zbiornik wody będzie duży, tak aby można było dysponować zapasem wody na przynajmniej dobę.

Klimatyzacja

Zasilanie klimatyzatorów własnym prądem to bardzo dobry pomysł. Przede wszystkim dlatego, że korzystamy z nich głównie latem przy bardzo słonecznej pogodzie, a więc w czasie gdy warunki dla fotowoltaiki są bardzo dobre. To dokładnie odwrotnie niż w przypadku ogrzewania elektrycznego.

Trzeba jednak pamiętać o ustawieniu właściwego harmonogramu pracy. Chłodzenie powinno działać w środku dnia w godzinach największego nasłonecznienia. Często może to oznaczać konieczność jego uruchomienia, gdy domownicy są w pracy lub szkole. Na szczęście, cały proces można bez trudu zautomatyzować. Chłodzenie będzie więc działać niejako na zapas, nie dopuszczając do przegrzania pomieszczeń. Jednak uruchamianie klimatyzatorów dopiero późnym popołudniem lub wieczorem, tak jak zwykle się to robi, nie miałoby sensu. O tej porze panele nie dają wiele energii.

Klimatyzatory są najbardziej potrzebne w środku lata, a więc w czasie, gdy panele PV dostarczają dużo energii. (fot. Zymetric)

Magazyny energii

Magazyny energii w praktyce mogą pełnić dwie funkcje. Po pierwsze, pozwalają przesunąć czas poboru prądu względem jego wytworzenia przez nasłonecznione panele. Nie będzie to jednak nigdy zgromadzenie zapasu na długi czas.

Po drugie, mogą zapewnić zasilanie rezerwowe na wypadek awarii sieci. Trzeba jednak koniecznie wyznaczyć priorytetowe obwody i urządzenia do których trafi prąd.

Pojemność takich akumulatorów jest jednak niewielka. W domowych instalacjach wynosi ona zaledwie kilka kWh. Jest to więc ilość energii, którą mikroinstalacja w słoneczny dzień wytwarza w ciągu godziny lub mniej. Tak więc nie ma co liczyć na to, że magazyn energii zastąpi rozwiązania służące autokonsumpcji energii. Będzie on raczej pełnił rolę wspomagającą. Może zapewnić np. zasilanie oświetlenia oraz urządzeń AGD o niewielkiej mocy (np. lodówki), w czasie gdy panele nie dają już prądu. Jednak wszystko co wymaga jego większego poboru - pralka, zmywarka, czy klimatyzator, powinno zostać uruchomione zgodnie z odpowiednim harmonogramem w ciągu dnia, gdy fotowoltaika działa z pełną mocą.

Wyboru magazynu energii należy dokonać koniecznie w porozumieniu z dobrym fachowcem. Najpierw trzeba mu dokładnie przedstawić swoje oczekiwania. Wtedy oceni on na ile będą możliwe do spełnienia, jaki typ urządzeń do tego wybrać, oraz jak duże będą koszty.

Samochód elektryczny

Ładowanie samochodu elektrycznego własnym prądem to świetne rozwiązanie. Jednak nie u każdego właściciela mikroinstalacji będzie ono w ogóle możliwe. Nie chodzi tu o ograniczenia techniczne lub finansowe, lecz o tryb życia danej osoby. Samochód można bowiem ładować prądem z paneli tylko wówczas, gdy w środku dnia, w godzinach największego nasłonecznienia, stoi on w garażu lub na podjeździe. Dla wszystkich, którzy rano wyjeżdżają autem do pracy, a wracają dopiero późnym popołudniem takie rozwiązanie nie wchodzi w grę. Doładowywanie pojazdu własnym prądem tylko w dni wolne, o ile domownicy nigdzie wówczas nie wyjeżdżają, nie będzie miało dużego wpływu na bilans energetyczny.

Tak więc, chociaż posiadanie mikroinstalacji obniży rachunki każdemu użytkownikowi samochodu elektrycznego, to największe oszczędności osiągną tylko ci, którzy nie jeżdżą nim codziennie do pracy.

Ładowanie samochodu elektrycznego zwiększa autokonsumpcję tylko wówczas, jeżeli w środku dnia stoi on pod domem. (fot. Technivolt)

Zarządzanie energią

Kilkakrotnie pisaliśmy już, że ważne jest nie tylko to, ile energii zużywamy, ale również kiedy to robimy. System zarządzania energią służy właśnie temu, aby była ona zużywana właśnie w tym czasie, gdy system PV wytwarza jej najwięcej. Warto wiedzieć, że część falowników oferuje dość zaawansowane funkcje zarządzania energią. Co oznacza, że mając odpowiedni model, nie trzeba już wydawać pieniędzy na odrębny system.

Efektywne i stabilne działanie całej instalacji domowej wymaga przede wszystkim:

• wyznaczenia priorytetu działania poszczególnych urządzeń;
• ustalenie harmonogramu ich pracy;
• określenia warunków, po spełnieniu których mają zostać włączone lub wyłączone.

Wbrew pozorom nie jest to wcale takie trudne i generalnie opiera się na zdroworozsądkowym rozumowaniu.

Inteligentne zarządzanie energią oznacza nie tylko dobre wykorzystanie prądu z PV, ale również zapewnienie jak najlepszych warunków pracy zasilanym urządzeniom. (fot. Fronius)

Dobrym przykładem jest sterowanie grzałką elektryczną służącą do podgrzewania c.w.u. W najprostszym wariancie zostaje ona uruchomiana zawsze, gdy produkcja prądu w mikroinstalacji przekracza chwilowe potrzeby, spowodowane pracą działających w domu urządzeń. Można powiedzieć, że system zamiast wysłać nadmiar prądu do sieci, najpierw próbuje skierować go do grzałki. Jeżeli zapotrzebowanie na energię wzrasta, bo np. włączyliśmy piekarnik, grzałka zostaje automatycznie wyłączona.

Ważne jest także wyznaczenie pewnych ram czasowych. Lepiej, żeby np. grzałka podgrzewająca c.w.u. działała rano, zaś wczesnym popołudniem zamiast niej pracował klimatyzator. Dzięki temu po powrocie z pracy będziemy mieć zarówno zapas ciepłej wody, jak i ochłodzone do optymalnej temperatury wnętrze domu.

Zarządzanie energią powinno być przy tym inteligentne, tak aby nie dochodziło do ciągłych przełączeń pomiędzy zasilaniem przez falownik oraz sieć, przy niewielkich zmianach mocy pozyskiwanej z PV. Niedopuszczalne może być także częste włączanie i wyłączanie. Tak jest np. w przypadku pomp ciepła, natomiast grzałkom taka praca nie szkodzi.

Redaktor: Jarosław Antkiewicz
fot. otwierająca: Soleko