Wybieramy i negocjujemy - projekty instalacji PV

Jak dużej instalacji potrzebujemy, to zasadnicze pytanie, jeśli myślimy o własnej mikroelektrowni. Bo od odpowiedzi na nie będzie zależała cała reszta – koszt inwestycji, to, czy będziemy w stanie znaleźć na nią miejsce (lub ile trudu będzie to wymagać), to, o ile spadną nasze rachunki. Ale także wiele aspektów technicznych związanych z jej budową – czy system ma być jednofazowy (tylko najmniejsze układy), czy trójfazowy, jak zaawansowany falownik będzie potrzebny itd.

W istniejącym, użytkowanym od lat domu dysponujemy wskazaniami licznika. Te znajdziemy na rachunkach, przy czym pamiętajmy, że w tym momencie ważne są dla nas odczyty stanu licznika z co najmniej roku, nie zaś sama wysokość rachunków. Ta może się przecież istotnie zmieniać nie z powodu zużycia prądu, lecz wzrostu cen, zmiany taryfy lub dostawcy energii. Taka informacja o rzeczywistym zużyciu energii to najdokładniejszy możliwy wskaźnik.

Ale jak oszacować zapotrzebowanie na energię w nowym domu? Orientacyjnie można przyjąć, że w domu bez elektrycznych urządzeń grzewczych (w tym pompy ciepła) lub klimatyzacji zapotrzebowanie roczne wyniesie ok. 6 MWh. Przy optymalnym ustawieniu paneli, żeby to zrównoważyć, potrzebne będzie ok. 6 kWp mocy zainstalowanej. Jednak to tylko bardzo zgrubny szacunek. Niezbędny jest szczegółowy wywiad z właścicielem budynku. Ważne jest zarówno obecne wyposażenie domu, jak i to dopiero planowane.

Przedstawiciel firmy fotowoltaicznej nie jest przecież jasnowidzem i musi bazować na uzyskanych informacjach. Jedno jest przy tym jasne – jeśli od razu przedstawia ofertę, nie wiedząc niczego o budynku – lepiej grzecznie podziękujmy i poszukajmy kogoś innego.

Pamiętajmy, że ostatecznie interesuje nas zapotrzebowanie na energię, a nie sama moc urządzeń! To zasadnicza różnica, bo np. grzałka w pojemnościowym ogrzewaczu wody ma najczęściej 1,5–2,0 kW mocy, natomiast ogrzewacz przepływowy może mieć nawet 20 kW. Ale w ciągu roku zużyją mniej więcej tyle samo energii elektrycznej.

Specjalna sytuacja to wykorzystanie energii elektrycznej do ogrzewania domu. Jednak tu również kluczowe jest pytanie, jak duże będzie związane z tym zapotrzebowanie na energię elektryczną? W związku z tym – czy możliwe będzie pokrycie go prądem z instalacji PV? Bo może ono wynosić rocznie 5 MWh, ale równie dobrze 20 MWh. W tym drugim przypadku używanie bezpośredniego ogrzewania elektrycznego (zamiana prądu na ciepło) raczej nie będzie miała sensu. Bo instalacja PV musiałaby być ogromna jak na dom jednorodzinny – ponad 20 kWp. Co innego, jeśli w takim budynku zastosujemy pompę ciepła, bo do wytworzenia takiej ilości ciepła wystarczy jej ok. 7 MWh prądu. Dla instalacji PV to zupełnie inna skala, dlatego nie powinno dziwić, że firmy sprzedające systemy fotowoltaiczne coraz częściej oferują również pompy ciepła. Taki pakiet może być oferowany w bardzo atrakcyjnej cenie.

Do problemu, czy dom da się ogrzewać prądem, wrócimy jeszcze w końcowej części artykułu, bo nurtuje on wiele osób, a tu wymaga omówienia nie tylko sama strona techniczna, ale również wynikające z przepisów prawa ograniczenia odnośnie do energochłonności (głównie wskaźnika EP) budynków.

Powierzchnia paneli i warunki na działce

Kiedy już ustalimy, jaka moc mikroelektrowni nas interesuje, przychodzi pora na konfrontację z warunkami panującymi na konkretnej działce. Przede wszystkim, czy specyfika naszej parceli pozwala na ustawienie wymaganej liczby paneli w sposób optymalny lub do niego zbliżony, jeśli chodzi o orientację względem stron świata, kąt nachylenia oraz zacienienie (czy raczej jego brak).

Trzeba przy tym patrzeć łącznie na wymaganą powierzchnię paneli oraz to, gdzie mamy odpowiednie miejsce. Wszystko dlatego, że może być i tak, że np. 12 paneli będziemy w stanie ustawić optymalnie, ale z 20 będzie już problem. Wówczas trzeba np. część z nich umieścić na innej połaci dachu i zamiast jednej orientacji na południe – będziemy mieć południową oraz wschodnią. To z kolei wymaga innego sterowania ich pracą, bo są inaczej nasłonecznione. Zamiast jednego ciągu połączonych szeregowo paneli, czyli tzw. stringu, należy uformować dwa. Każdy z nich powinien być przy tym podłączony do osobnego wejścia MPPT falownika. Ewentualnie można użyć dwóch falowników lub zdecydować się na mikrofalowniki (każdy panel obsługiwany przez osobny mikrofalownik). Oczywiście, oznacza to skomplikowanie instalacji oraz wzrost kosztu jej wykonania.

Dlatego czasem, zamiast dzielenia systemu na takie kawałki, lepsze może być zastosowanie mniejszej liczby paneli, ale o wyższej mocy jednostkowej. A ta bywa różna – od ok. 250 W do ponad 400 W. Tak naprawdę niższa moc nominalna nie oznacza wcale, że panel jest gorszy. Jeżeli miejsce nas nie ogranicza, to podstawowym wskaźnikiem powinna być cena za 1 kWp. Bo co w tym złego, że paneli będzie więcej? Jeśli natomiast dysponujemy ograniczoną przestrzenią, to zakup paneli o wyższej mocy może bardzo ułatwić wykonanie całości i ostatecznie się opłacać, nawet pomimo wyższej ceny za 1 kWp samych paneli.

Pamiętajmy przy tym, że instalacja nie musi koniecznie mieścić się na dachu skośnym. Konstrukcję nośną na gruncie lub dachu płaskim czasem da się ustawić o wiele korzystniej, niekiedy zaś będzie jedynym rozsądnym technicznie rozwiązaniem. Oczywiście, nie dla każdego będzie do zaakceptowania, choćby ze względów estetycznych.

Za idealną uznaje się orientację wprost na południe, nachylenie paneli pod kątem ok. 35° oraz brak jakiegokolwiek zacienienia. Jednak na wielu, jeśli nie na większości działek, to warunki nie do osiągnięcia. Generalnie przyjmuje się, że panele można też ustawiać na wschód lub zachód, chociaż w tym przypadku trzeba pogodzić się z ok. 20% mniejszym uzyskiem energii w skali roku. To wcale nie tak mało – innymi słowy, instalacja o teoretycznej mocy zainstalowanej 5 kWp daje wówczas tylko 4 kWp. Natomiast przy ustawieniu na północ uzysk energii spada o ok. 50% względem południowego. Z tego powodu zdecydowanie odradzamy taką lokalizację.

Znacznie mniejszy wpływ ma odbiegające od optimum nachylenie względem poziomu. Przy kierunku południowym uzysk spada tylko o ok. 5% w zakresie od 10° do 60° nachylenia. Jednak będzie większy przy orientacji wschodniej lub zachodniej, przy czym w obu tych przypadkach korzystniejsze jest bardziej płaskie (poziome) ustawienie paneli.

Pamiętajmy, że zawsze, gdy orientacja paneli odbiega od optymalnej, powinniśmy żądać symulacji tego, na ile odbije się to na uzysku energii.

Zapamiętajmy zaś, że cień jest wrogiem PV. Chodzi zarówno o równomierne zacienienie wszystkich paneli, jak i cień pojawiający się okresowo tylko na niektórych z nich. Źródłem tego pierwszego może być zwarta ściana lasu lub pobliski budynek – okresowo odbierze on część słońca całej instalacji.

Jednak pojawiający się tylko na niektórych panelach cień, rzucany przez drzewo, słup energetyczny albo komin, też może być bardzo poważnym problemem. W typowym układzie, gdy panele połączone są szeregowo w tzw. stringi (nazywane czasem łańcuchami), to jeden działający gorzej panel obniża znacznie uzysk energii z całego stringu. Można to zjawisko ograniczyć, stosując tzw. optymalizatory lub mikrofalowniki, ale oznacza to wzrost kosztów inwestycji i komplikację układu. Dlatego ewentualne zacienienie trzeba koniecznie uwzględnić przy planowaniu układu.

Ile energii dostaniemy?

Wiele osób nie rozumie, dlaczego panel o nominalnej mocy np. 350 W nie daje stale właśnie 350 W, ale przez większość czasu 150–200 W. Wszystko dlatego, że to promieniowanie słoneczne jest źródłem energii, a nie sam panel. On tylko przekształca energię promieniowania (słoneczną) na użyteczną dla nas postać energii elektrycznej. Jeżeli nasłonecznienie będzie niezbyt intensywne, uzyskamy odpowiednio mniej prądu, a o zmierzchu i w nocy nie dostaniemy jej wcale. Tu trzeba też przestrzec przed rozmaitymi szarlatanami i handlowcami o wybujałej fantazji, którzy obiecują jednakowy uzysk energii przez cały rok, albo taką samą jej ilość – niezależnie od ustawienia paneli względem stron świata. Takie obietnice są po prostu niemożliwe do spełnienia. Natomiast sama praca paneli z mocą niższą od nominalnej to zjawisko zupełnie normalne. Ostatecznie powinny nas interesować głównie wartości rocznego uzysku energii. Chwilowe szczytowe wartości mocy – choć efektowne – nie mają praktycznie znaczenia.

Fot. 1. Właściciele dużych działek mogą sobie pozwolić na ustawienie paneli PV na gruncie – wtedy mają pęłną swobodę wyboru kierunku świata i kąta nachylenia

On-grid, Off-grid i hybryda

Żeby móc wykorzystać prąd pozyskany przez panele, prawie zawsze potrzebujemy inwertera, zwanego falownikiem. To urządzenie przekształcające prąd stały (DC) z paneli na prąd przemienny (AC), używany w domowej instalacji elektrycznej oraz w sieci energetycznej. Tylko nieliczne urządzenia są w stanie normalnie działać, wykorzystując prąd stały, albo nie ma dla nich znaczenia, czy będzie to prąd stały, czy przemienny. Oczywiście, trzeba przy tym zachować wymagane wartości napięcia i natężenia prądu. Zasilane prądem stałym są np. diody LED – dlatego potrzebujemy do nich zasilaczy, ewentualnie odpowiedni układ jest umieszczony w samej świetlówce. Za to rodzaj prądu nie ma znaczenia w przypadku grzałek elektrycznych (oporowych), kabli grzewczych oraz tradycyjnych żarówek.

W praktyce potrzebujemy jednak inwertera, który powinien dawać prąd o parametrach bardzo zbliżonych do charakteryzujących prąd pochodzący z sieci.

Najpopularniejsze i najtańsze są tzw. falowniki on-grid. Pracują one zawsze zsynchronizowane z siecią. I co bardzo ważne – wyłączają się w razie zaniku napięcia w sieci. Ma to tę zasadniczą wadę, że w razie przerwy w dostawie prądu z elektrowni nie możemy korzystać z własnego – choćby akurat świeciło piękne słońce. W takim układzie poczucie niezależności od sieci jest więc złudne.

Off-grid to zaś falowniki pracujące wyłącznie poza siecią. Bywają one nazywane wyspowymi. W ich przypadku można korzystać z wytwarzanego na bieżąco prądu oraz ładować magazyny energii (akumulatory). Obecność tych ostatnich jest w takim układzie konieczna, bo inaczej nawet chwilowe zachmurzenie oznacza od razu spadek mocy, a po zachodzie słońca zupełnie nie mamy prądu. To właśnie magazyn energii pełni funkcję bufora, kompensującego chwilowe wahania mocy, oraz zapewnia zapas energii elektrycznej. Oczywiście taki układ ma bardzo poważne wady. Pojemność akumulatorów jest ograniczona, zaś ich cena wysoka. W praktyce da się więc zgromadzić tylko niewielką rezerwę, najczęściej przeznaczoną do awaryjnego zasilania najważniejszych urządzeń, takich jak podstawowe oświetlenie, alarm, lodówka itp. Z kolei zimą, kiedy słońca jest mało, pożytek z takiego układu będzie mały. Dlatego tego rodzaju systemy są zwykle bardzo niewielkie i mają na celu zapewnić tylko krótkotrwałe zasilanie rezerwowe. Czasem stosuje się je w domkach letniskowych, jeśli podłączenie do sieci jest bardzo trudne lub niemożliwe.

Największe możliwości mają układy hybrydowe. Dopóki sieć pracuje normalnie, dopóty one działają w połączeniu z nią (jako on-grid), ewentualnie doładowują magazyn energii. Natomiast w razie awarii sieci zaczynają pracę w trybie off-grid. Mamy więc bieżące zasilanie z paneli oraz z magazynu energii przy braku słońca. Czasem układ buduje się jako tzw. hybrid ready – z inwerterem hybrydowym, lecz na razie bez akumulatorów. Prawdopodobnie zainteresowanie systemami hybrydowymi będzie rosło, bo rzeczywiście zmniejszają one zależność od sieci. Niestety, falowniki hybrydowe są droższe od standardowych, a największy wydatek stanowi magazyn energii. To jednak oferta dla tych, którzy chcą mieć zasilanie awaryjne i więcej niezależności.

Akademia Zeneris Projekty

Przedstawiamy kolejny z artykułów poświęconych tematyce zastosowań fotowoltaiki w aplikacjach profesjonalnych. Publikacje, które zostały opracowane wspólnie z firmą Zeneris Projekty, dostawcą profesjonalnych systemów PV, stanowią cykl wydań wprowadzający kompleksowo w tematykę fotowoltaiki oraz jej zastosowań w przemyśle i pokrewnych branżach.

Polecamy odwiedziny strony

Fot. 2. Fachowy montaż instalacji PV to kluczowy element inwestycji – inaczej nie ma co liczyć na wiele lat bezawaryjnej eksploatacji

Koszty i dofinansowanie

Prawdopodobnie dla większości inwestorów ostateczna decyzja, czy w ogóle zdecydować się na fotowoltaikę, będzie zależała od rachunku koniecznych do poniesienia nakładów oraz spodziewanych korzyści. Przy czym nie chodzi wyłącznie o finanse. Ważkim argumentem może być także troska o środowisko, swoista niezależność energetyczna (szczególnie jeśli kupimy również magazyn energii), obawa przed znacznym wzrostem cen prądu w przyszłości. Z drugiej strony, czynnikiem hamującym mogą być wątpliwości co do trwałości instalacji (w końcu to z założenia inwestycja długoterminowa), obawa przed uszkodzeniem pokrycia dachu w trakcie prac, czy wreszcie niechęć natury estetycznej (szczególnie jeżeli okazuje się, że należy wykonać instalację na gruncie). Argumentów za ani przeciw nie można traktować lekceważąco. Ilu właścicieli działek, tyle priorytetów. Przedstawiciel handlowy powinien przekonująco wyjaśnić wszelkie wątpliwości inwestora.

W kwestii czysto finansowej opłacalności systemu PV oraz czasu zwrotu inwestycji, znaczenie mają trzy podstawowe sprawy:

koszt wykonania instalacji, z uwzględnieniem kosztu ewentualnego kredytu;
możliwość uzyskania dotacji oraz wysokość ulg podatkowych;
zasady rozliczania się za energię oddawaną do sieci i pobieraną z niej.

Jeżeli chodzi o koszty inwestycji, to zbudowanie układu o mocy 6 kWp kosztuje ok. 30 000 zł. Przy czym większe układy będą proporcjonalnie nieco tańsze, w przeliczeniu za 1 kWp, mniejsze zaś droższe. Wynika to choćby z tego, że niektóre koszty są praktycznie stałe.

Fot. 3. Cena samych paneli to znaczna, ale jednak tylko część kosztów, które musimy wziąć pod uwagę

Najważniejszy jest system rozliczania się za energię oddawaną z mikroinstalacji do sieci, a potem pobieraną z niej. Planowana jest zaś jego zmiana dla instalacji, które zostaną przyłączone do sieci po marcu 2022 r. W skrócie, na razie właściciel domu wyposażonego w mikroinstalację może oddawać do sieci nadmiar wytworzonego prądu. Następnie ma prawo odebrać 80% z tego, co przekazał, nie płacąc za przesył energii ani nie ponosząc innych kosztów. Szczegółowe zasady rozliczania określa tzw. umowa kompleksowa, zawarta z dostawcą energii. Prawo stanowi jedynie, że rozliczenie musi być dokonane w cyklu nie dłuższym niż roczny. Te zasady mają obowiązywać przez 15 lat od momentu przyłączenia do sieci.

Proponowane zmiany, według których mają być rozliczani właściciele mikroinstalacji przyłączonych do sieci po marcu 2022 r., oznaczają zastąpienie obecnego systemu bilansowania energii rozliczeniem pieniężnym. Jednak na niekorzystnych zasadach, bo o ile sami będziemy płacić za 1 kWh prądu pobranego z sieci ok. 0,60 zł, to za prąd oddany do niej otrzymamy zaledwie ok. 0,26 zł/kWh (kwoty orientacyjne). To stawka uzależniona od giełdowej ceny energii, ale bez opłat przesyłowych. Nie uwzględniamy tu opłat stałych w rachunku, bo te i tak musimy ponosić (wraz z nimi płacimy za prąd ok. 0,65 zł/kWh). Projektowane zmiany są może korzystne dla spółek energetycznych, ale na pewno nie dla właścicieli mikroinstalacji PV. Wydłużą bowiem prognozowany prosty czas zwrotu z obecnych kilku do kilkunastu lat. Niewątpliwie nowe zasady znacząco wpłyną na polski rynek fotowoltaiki. Jednak część firm oferujących instalacje PV zaczęła już w związku z tym wprowadzać możliwość zakupu energii od nich samych, na korzystniejszych warunkach. Może to zupełnie zmienić rachunek ekonomiczny, ale w tym przypadku kluczowe będą nie tylko warunki umowy, ale także czas jej trwania. Rok czy dwa to zbyt mało, jeśli nie ma gwarancji jej przedłużenia na tych samych zasadach.

Kompendium wiedzy publikowane wspólnie z partnerem merytorycznym Zeneris Projekty.

Zeneris Projekty
www.zenerisprojekty.pl

Zobacz więcej w kategorii: Technika