Instalacja fotowoltaiczna na miarę potrzeb

Jakie korzyści możemy mieć z własnej mikroelektrowni słonecznej? Przede wszystkim należy uprzedzić, czego niemal na pewno mieć nie będziemy. Nie staniemy się niezależni od sieci energetycznej i dostaw energii z elektrowni, w każdym razie nie w obiekcie (w szczególności domu) użytkowanym całorocznie. W naszym klimacie takie funkcjonowanie zupełnie poza systemem jest możliwe jedynie w domkach rekreacyjnych, nieużytkowanych w zimie. I to niezależnie od tego, ile akumulatorów kupimy. I tak nie będziemy w stanie zgromadzić na zapas dość energii, żeby normalnie funkcjonować zimą. Chyba że jesteśmy fanami surwiwalu, albo życia jak przed 100 laty – niemal bez urządzeń elektrycznych. Chociaż, z pewnymi ograniczeniami, możliwe jest uniezależnienie się od sieci poprzez stworzenie systemu zasilania rezerwowego (tylko wybranych urządzeń). Ale to zupełnie inny temat i skala instalacji.

Wracając do podstaw…

Warto znać podstawowe zasady funkcjonowania fotowoltaiki, tym bardziej, że mając już istniejący budynek czy działkę, musimy dostosować się z instalacją do zastanych warunków. Pod tym względem swoboda manewru jest znacznie mniejsza niż przy planowaniu owego budynku. Nie zmienimy już jego lokalizacji na działce, kształtu i nachylenia dachu, żeby stworzyć lepsze warunki dla energetyki słonecznej.

Instalacja PV dostarcza nam prąd elektryczny, to dzisiaj wie już chyba każdy. Jednak trzeba od razu zastrzec, że ona sama nie jest źródłem energii. Panele jedynie zamieniają energię światła słonecznego na prąd. Nigdy o tym fakcie nie zapominajmy, bo determinuje on sposób działania systemu PV. A nawet funkcjonowanie naszej domowej mikroelektrowni w powiązaniu z siecią energetyczną, czy jej użyteczność zależnie od pory roku oraz doby. Najkrócej mówiąc, to intensywność promieniowania słonecznego jest w tym wszystkim najważniejsza. Bez niego system nie ma racji bytu, staje się niewydolny.

Zacienienie

Zastanawianie się, czy i ile paneli należy zainstalować, trzeba zacząć od sprawdzenia, czy dysponujemy miejscem dobrze nasłonecznionym, wolnym od cienia rzucanego przez budynki, kominy, drzewa lub cokolwiek innego. Bowiem zakładanie paneli od północy (brak bezpośredniego nasłonecznienia) czy w miejscu stale zacienionym nie ma sensu. Instalacja oczywiście będzie generować prąd, ale o wiele mniej niż wynosi jej nominalna moc. A to podważa opłacalność inwestycji.

Trzeba też uprzedzić, że panele są bardzo wrażliwe na częściowe zacienienie. W starszych konstrukcjach cień lub zasłonięcie niektórych ogniw (przez opadłe liście czy śnieg) mogły doprowadzić nawet do ich fizycznego uszkodzenia. Nowsze są już przed tym zabezpieczone, ale i tak uzysk energii spada. Trzeba więc starannie przeanalizować, czy do wybranego miejsca nie sięga cień rzucany przez drzewa, komin itp. Należy przy tym uwzględnić zmiany pozycji słońca zależnie od pory roku oraz doby. Weźmy też pod uwagę, czy nie zagraża im cień rzucany przez wciąż rozrastające się w pobliżu drzewa. W końcu jest to instalacja zaplanowana na kilkadziesiąt lat działania, a na świerki rosnące na działce sąsiada (teraz jeszcze małe) nic nie poradzimy.

Strony świata

Wspomnieliśmy już, że nie ma sensu zakładać paneli od strony północnej ze względu właśnie na słabe nasłonecznienie. Najlepsze jest skierowanie ich wprost na południe. Jednak odchylenie na wschód lub zachód w dość szerokim zakresie, do około 50°, także jest dopuszczalne. Chociaż uzysk energii spadnie odczuwalnie, nawet o 20%. Dalsze odchylenie od optymalnego kierunku południowego to jeszcze większa strata.

Przy tym raczej staramy się unikać ustawiania poszczególnych paneli na różne strony świata, np. układania ich na przeciwnych połaciach dachu. Można to zrobić, tylko jeżeli każda taka grupa będzie osobno podłączona do falownika (jako tzw. string), ewentualnie w instalacji będzie kilka mikrofalowników, zamiast jednego o dużej mocy. Nie każdy falownik w ogóle jest do takiej pracy przystosowany, a jeśli nawet, to liczba stringów jest różna w poszczególnych modelach. Cała rzecz w tym, że odmienna orientacja paneli oznacza zupełnie inne warunki pracy w danym momencie. Jeden może przecież znajdować się w pełnym słońcu, drugi zaś w cieniu. Połączone razem będą działać fatalnie i dostarczać znacznie mniej mocy.

Nie wydaje się też specjalnie uzasadnione zakładanie części paneli od wschodu, części zaś od zachodu, w nadziei że da to bardziej równomierny uzysk energii w ciągu całego dnia. W prawdzie faktycznie tak będzie, lecz ostatecznie pożytek z tego i tak będzie niewielki. Miałoby to sens, gdybyśmy większość wyprodukowanej energii zużywali od razu, w domu, w momencie jej wytworzenia. Wtedy swoista równomierność zasilania byłaby istotnym atutem. Jednak w praktyce w domach jednorodzinnych nawet 4/5 wytworzonej energii trafia do sieci. Potem zaś ją odbieramy. Tak więc takie dobowe wyrównanie krzywej uzysku nie zmieni zbyt wiele. Więcej sensu ma zwykle takie ustawienie paneli, żeby dawały jak najwięcej energii w skali całego roku. Różną orientację paneli w jednej instalacji należy raczej postrzegać jako pewną konieczność, wymuszoną chociażby kształtem dachu.

Kąt nachylenia

W naszej strefie klimatycznej za optymalny kąt nachylenia ogniw PV uznaje się 35°. Optymalny, bo dający największy uzysk energii w skali roku. Jednak nieduża zmiana 10° mniej lub więcej nie ma istotnego wpływu na działanie systemu. W małych instalacjach nie praktykuje się też raczej zmieniania kąta nachylenia wraz z porą roku – bardziej poziomo latem, a bliżej pionu zimą. Wprawdzie dałoby to pewien zysk, bo kąt padania promieni słońca byłby korzystniejszy (bliższy kąta prostego), lecz nie rekompensuje to wad tego rozwiązania. Przede wszystkim ruchomy system mocowania to rozwiązanie bardziej skomplikowane, droższe, potencjalnie bardziej awaryjne i wymagające obsługi. Może mieć sens w dużych elektrowniach słonecznych, i tak nadzorowanych przez wykwalifikowany personel. Stąd takie układy nie zdobyły popularności, pozostając raczej ciekawostką dla pasjonatów. Jeżeli już, to spotyka się takie ruchome systemy, gdzie panele mocowane są na osobnych konstrukcjach wsporczych, ustawianych na gruncie lub płaskim dachu. Tam są najłatwiej dostępne, a i dopuszczalny zakres ruchu może być bardzo duży. Co raczej trudno sobie wyobrazić w przypadku paneli leżących na dachu.

Reasumując, kilka czynników związanych z lokalizacją paneli ma zasadniczy wpływ na to, czy zakładanie mikroelektrowni słonecznej będzie w ogóle miało sens. Są to:

• nasłonecznienie,
• ewentualne zacienienie (bardzo niepożądane),
• orientacja względem stron świata,
• kąt nachylenia paneli (w mniejszym stopniu).

Dlatego rzetelny przedstawiciel firmy przygotowującej ofertę powinien szczegółowo sprawdzić, jakie warunki zapewniają dom i działka. Dopiero w zależności od tego zaproponować określoną wielkość instalacji i prognozować, jaki będzie uzysk energii. Bez uwzględnienia tych czynników, biorąc pod uwagę tylko nominalną (teoretyczną) moc paneli, przedstawi nam ofertę, której parametry mogą nijak nie przystawać do rzeczywistości. W takiej sytuacji także wszelkie prognozy oszczędności i czasu zwrotu inwestycji będą bezwartościowe.

Jak duża instalacja?

Wielkość instalacji to kluczowa sprawa. I to zarówno, jeżeli rozumiemy przez to: moc zainstalowaną, roczny uzysk energii czy też powierzchnię zajmowaną przez panele. Prosumenci mogą mieć zagwarantowany odbiór nadwyżek energii tylko wówczas, gdy moc zainstalowana instalacji nie przekracza mocy umownej zapisanej w umowie zawartej z przedsiębiorstwem energetycznym. I zwykle nie ma z tym problemu, bo we współczesnych domach jednorodzinnych moc ta to zwykle 12–15 kW, czyli wyraźnie więcej, niż moc typowej mikroelektrowni słonecznej. W przemyśle jest jeszcze inaczej – trudno tu o uogólnienie.

W niektórych przypadkach chęć założenia paneli może więc oznaczać konieczność uprzedniego zawarcia nowej umowy z zakładem energetycznym oraz stworzenia nowego przyłącza. Bo pół biedy, jeżeli wystarczy zmienić tylko moc w zawartej umowie, zaś przyłącze, czyli przewody łączące obiekt z siecią, są wystarczające, żeby znieść dodatkowe obciążenie. Gorzej, jeżeli trzeba wymienić je na nowe, większe. To oznacza nie tylko formalności i koszty, ale i stracony czas. Sporadycznie zdarza się też tak, że przyłącze jest odpowiednie, ale jego końcowy element, tzw. złącze (zwykle skrzynka z licznikiem) znajduje się w linii ogrodzenia albo przy słupie stojącym na działce. Zaś pomiędzy złączem i budynkiem ułożono już kabel o niewielkim przekroju, zbyt słaby, żeby obciążyć go mocą z planowanej elektrowni słonecznej. Wtedy trzeba ułożyć nowy (najlepiej jako drugi, pozostawiając dotychczasowy).

Z kolei roczny uzysk energii nie powinien przewyższać jej zużycia więcej niż o kilkanaście procent. Tu chodzi o ekonomię – dalsza rozbudowa wymaga poniesienia niemałych kosztów, a nie daje nam już korzyści (przy czym zależy to od umowy – w tym przypadku mowa o sytuacji netmeteringu), W tej sytuacji lepiej poszukać innego sposobu na wydanie pieniędzy.

Oczywiście powinniśmy uwzględnić ewentualny wzrost zużycia energii elektrycznej. Jeżeli w ramach prac modernizacyjnych planujemy np. montaż klimatyzatorów czy pompy ciepła, zapotrzebowanie na nią wzrośnie. Choćby nasz obiekt miał być po zmianach ogólnie bardziej energooszczędny, to w tym przypadku interesuje nas tylko zapotrzebowanie na prąd. Trzeba od razu przestrzec, że zużycie prądu i zapotrzebowanie na moc to dwie różne sprawy. Sam fakt założenia jakichś urządzeń o dużej mocy nie musi jeszcze oznaczać, że wzrośnie zużycie energii w długim okresie. A w przypadku fotowoltaiki liczy się dla nas cykl roczny. Najprostszy przykład to elektryczne podgrzewacze wody – pojemnościowe (ze zbiornikiem) i przepływowe. Typowa moc grzałki w tych pierwszych, nawet o pojemności przeszło 100 l, nie przekracza 2 kW. Natomiast przepływowy może mieć moc ponad 20 kW. Ale to jeszcze nie znaczy, że będzie on zużywał więcej prądu. Ostatecznie oba podgrzewacze zużyją jej tyle samo, zależnie od tego, jak duże będzie zużycie ciepłej wody i jej temperatura. To z pozoru logiczne skojarzenie wysokiej chwilowej mocy urządzeń z dużym zużyciem energii wiele osób prowadzi na manowce. Zasada zaś jest bardzo prosta. Jeżeli grzałkę w czajniku elektrycznym wymienilibyśmy na słabszą, np. 1 kW zamiast 2 kW, to nie stanie się on bardziej energooszczędny. Po prostu tę samą ilość wody będzie podgrzewał dwa razy dłużej.

Kompendium wiedzy publikowane wspólnie z partnerem merytorycznym Zeneris Projekty.

Zeneris Projekty
www.zenerisprojekty.pl