Fotowoltaika. Czas na słońce. Część 1

Fotowoltaika. Czas na słońce. Część 1

Czy fotowoltaika się opłaca? To pytanie pada od wielu lat, jednak dopiero od niedawna można odpowiedzieć na nie twierdząco. Choć nie wszyscy znają konsekwencje produkcji energii elektrycznej za pośrednictwem paneli fotowoltaicznych, to z punktu widzenia przeciętnego użytkownika panele fotowoltaiczne na dachu po prostu pozwalają płacić za prąd mniej. Jednak do inwestycji trzeba podchodzić ostrożnie, bo pułapek jest wiele. W tym artykule przybliżamy najważniejsze, z punktu widzenia konsumenta, zagadnienia – korzyści i zagrożenia.

Tekst: Redakcja SLOW, Dexter Wols
Zdjęcie: Laz4rz (stock.adobe.com)

Warto podkreślić, że ten tekst stanowi jeden z trzech dotyczących instalacji fotowoltaicznych. Poruszamy w nim ogólne zagadnienia i omawiamy absolutne podstawy fotowoltaiki, aby wprowadzić w temat osoby zaczynające dopiero swoją przygodę z pozyskiwaniem energii ze słońca. Jeśli Twoja wiedza, czytelniku, jest powyżej podstawowej, zalecamy pominięcie tego tekstu i przejście do pozostałych dwóch artykułów serii. Ich pełną listę znajdziesz na dole tej strony w sekcji zatytułowanej „Wszystkie teksty kampanii Powietrze:2030”.

Jak działa fotowoltaika?

Ponieważ zamierzeniem tego tekstu nie jest szczegółowe omawianie zagadnień technicznych, wystarczy powiedzieć, że w skutek powstającej dzięki promieniom słonecznym różnicy potencjałów, pomiędzy dwiema warstwami kryształów krzemu, wytwarzana jest energia elektryczna, a dokładnie prąd stały. Ten, na potrzeby większości sprzętów domowych, wymaga przekształcenia w prąd zmienny. Dlatego każda instalacja fotowoltaiczna wyposażona jest w urządzenie pozwalające na takie przekształcenie – inwerter (czym jest inwerter, przeczytasz w dalszej części artykułu).

Co nam dają panele fotowoltaiczne?

Panele dają tańszy prąd. Ten można wykorzystać na wiele sposobów. Od zasilania urządzeń podłączonych do gniazdek i oświetlenia przez ogrzewanie domu po ładowanie samochodu elektrycznego, a w niektórych przypadkach na sprzedaży energii kończąc. Rozwój technologii daje nam stały wzrost poziomu życia, ale powoduje też szybko rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną (ee). W ostatniej dekadzie średnie ogólne zużycie ee wzrosło o 8%. Z dużym prawdopodobieństwem można założyć, że podobna tendencja utrzyma się przez wiele kolejnych lat. W efekcie spodziewać się należy szybszej niż dotychczas rozbudowy sieci elektrowni wykorzystujących odnawialne źródła energii, ale także wzrostu cen prądu i spadku cen sprzętu wytwarzającego ee. Jeśli właściwie ocenimy nasze zapotrzebowanie na energię elektryczną i już dziś zainwestujemy w prawidłowo zaprojektowaną własną elektrownię słoneczną, możemy liczyć na duże oszczędności.

(WYKRES – zużycie energii elektrycznej po wojnie i prognozy na przyszłość?)

Ile energii z paneli potrzebujesz?

Na potrzeby tego tekstu przyjęto zużycie energii elektrycznej przez średnie 4-osobowe gospodarstwo domowe na poziomie 5.000 kWh rocznie. Jednak bardzo ważne jest, aby przy projektowaniu własnej elektrowni oprzeć się na konkretnych liczbach i danych, najlepiej z rachunków za prąd. Należy też wziąć pod uwagę planowaną rozbudowę np. systemu ogrzewania, oświetlenia, zakup samochodu elektrycznego czy instalację klimatyzacji, rekuperacji lub pompy ciepła. Panele fotowoltaiczne instaluje się na co najmniej 20 lat i co najmniej taki okres trzeba wziąć pod uwagę przy obliczeniach i prognozowaniu. Zdecydowanie zalecamy potraktowanie wyliczeń wykonanych na własną rękę jako punktu wyjścia do rozmów z profesjonalnymi firmami i do ewentualnej weryfikacji obliczeń firmy, która instalować będzie panele.

Załóżmy jednak, że podane wcześniej 5000 kWh rocznie to wartość, która wyjdzie z obliczeń. Instalacja fotowoltaiczna musi więc zapewnić taką właśnie ilość energii elektrycznej. Pamiętajmy jednak, że prąd ze słońca produkowany jest tylko wówczas, gdy słońce świeci, natomiast największe zapotrzebowanie na prąd w domu jest po zachodzie słońca. Z pomocą przychodzi nam tu dostawca prądu z sieci energetycznej, który magazynuje wyprodukowane w dzień nadwyżki, abyśmy mogli wykorzystać je nocą. Takie magazynowanie jednak wiąże się z opłatą. W chwili powstawania tego artykułu opłata za magazynowanie energii wynosi 20% i pobierana jest nie w gotówce, a w energii elektrycznej. Czyli oddając do sieci np. 100 kWh, odbierzemy 80 kWh. Choć tylko część energii magazynować będziemy u dostawcy, a część skonsumujemy w dzień bezpośrednio z naszych paneli, to warto przyjąć, że szacowane zapotrzebowanie na prąd (5000 kWh) powinno się powiększyć o opłatę dla dostawcy sieciowego. Chcąc więc uzyskać 5000 kWh, musimy wyprodukować i przesłać do sieci 6250 kWh (6250 kWh – 20% [1250 kWh] = 5000 kWh).

Dość powszechne jest planowanie przydomowych elektrowni słonecznych „z zapasem”. Takie podejście w niektórych przypadkach jest właściwe, jednak w sytuacji, gdy nie wykorzystamy zgromadzonej u dostawcy energii w ciągu roku od jej przekazania, stracimy ją, przy czym budując „większą” instalację, poniesiemy wyższe koszty. Planując jednak fotowoltaikę na wiele lat, prawdopodobnie przekonamy się, że „przeznaczenie na straty” energii w pewnym okresie opłaca się bardziej niż późniejsza rozbudowa już działającej instalacji fotowoltaicznej. Dla wielu ważnym aspektem będzie również fakt, że tzw. stracona energia w rzeczywistości nie zostanie stracona, a jedynie nie przyniesie bezpośrednich korzyści materialnych jej wytwórcy – przecież wyprodukowany przez nas prąd trafi do innego odbiorcy, zmniejszając w ten sposób produkcję prądu np. z paliw stałych.

Pamiętajmy także, że wydajność paneli wraz z upływem czasu spada – bezpiecznie jest przyjąć, że jest to spadek na poziomie niespełna 1% rocznie. Kwestię zapasu instalacji należy dobrze przemyśleć i przedyskutować z firmą projektującą przydomową elektrownię.

Kim jest prosument?

W poprzednim akapicie wspomnieliśmy o możliwości magazynowania energii elektrycznej u dostawcy sieciowego. Opisujemy tu sytuację, w której produkujemy energię na własne potrzeby. Artykuł nie dotyczy instalacji produkującej energię elektryczną na sprzedaż. Producent energii elektrycznej, który korzysta z sieci dostawcy sieciowego do celów magazynowania energii elektrycznej nazywany jest prosumentem. Aby stać się prosumentem, należy posiadać instalację fotowoltaiczną oraz zawrzeć umowę prosumencką z dostawcą energii elektrycznej. Po wykonaniu i odbiorze instalacji fotowoltaicznej oraz podpisaniu umowy przez dostawcę sieciowego instalowany jest specjalni licznik, który pozwala mierzyć przepływ prądu w dwie strony i od tego momentu pozostaje już tylko… wypatrywać słonecznych dni.

Wspominaliśmy też o 20% „opłacie” za magazynowanie energii. Taka wysokość dotyczy instalacji o mocy do 10 kW, czyli wg naszych założeń (moc pojedynczego panela) takiej, która składa się z nie więcej niż 33 paneli.

Kiedy panele produkują prąd?

Im więcej słońca, tym więcej prądu. Latem dzień jest dłuższy, więc panele pracują dłużej i wydajniej. Na ich wydajność wpływa także temperatura otoczenia: im chłodniej, tym wydajność mniejsza. W grudniu i styczniu panele wyprodukują najmniej energii, a w maju, czerwcu, lipcu i sierpniu najwięcej. Różnica pomiędzy najlepszym do produkcji prądu miesiącem a tym najmniej wydajnym jest około czterokrotna. 

(WYKRES – produkcja prądu z paneli w skali roku w Polsce)

Ile paneli potrzebujesz?

Wiemy już, że nasza elektrownia musi wyprodukować 6250 kWh. Dodajmy zapas na ewentualne zwiększenie własnego zapotrzebowania czy spadek wydajności paneli z czasem na poziomie 750 kWh, czyli przyjmujemy, że instalacja ma produkować 7000 kWh prądu rocznie.

Prezentowane w internecie oferty najczęściej oferują instalacje o wydajności około 5000 kWh, choć z naszych obliczeń wynika, że opierając się na statystykach, rozsądnie jest przyjąć 7000 kWh dla oferty kierowanej do średniego gospodarstwa domowego. Takie podejście producentów wiąże się prawdopodobnie z chęcią zaprezentowania jak najniższej ceny i zachęcenia przyszłego klienta do kontaktu. Jednak na etapie projektowania w większości przypadków wykonawca prawidłowo obliczy niezbędną moc dla konkretnego gospodarstwa.

Dostępne dziś panele fotowoltaiczne zapewniają produkcję prądu w zakresie od 250 do 350 kWh rocznie (jeden panel). Jego wymiar to zazwyczaj niespełna 180 cm na 100 cm. Dzieląc naszą przykładową wartość zapotrzebowania (7000 kWh) przez moc jednego panela (średnio 300 kWh) otrzymujemy (24 panele) ilość niezbędnych paneli. Oczywiście wartość wyniku dzielenia została zaokrąglona w górę.

Instalacja składająca się z 24 paneli o wydajności 300 kWh każdy wyprodukuje w średnich polskich warunkach nasłonecznienia około 7200 kWh rocznie.

Uwaga! Do obliczeń przyjęliśmy wartości nominalne i uśrednione. Założyliśmy, że panele będą odpowiedniej jakości, a ich lokalizacja optymalna względem słońca. Instalacja paneli pod złym kątem, skierowanie ich w orientacji innej niż południowa lub elementy zacieniające (drzewa, budynki itp.) mogą znacznie obniżyć wydajność przydomowej elektrowni.

Z czego składa się instalacja fotowoltaiczna?

Zasadniczo instalacja fotowoltaiczna składa się z dwóch elementów: grupy paneli i inwertera, czyli urządzenia zamieniającego prąd stały, produkowany przez panele, na prąd zmienny, który można „magazynować” w sieci lub wykorzystać do własnych potrzeb.

To jednak tylko część całej inwestycji. Niezmiernie ważnym elementem jest choćby konstrukcja, na której panele są zainstalowane, oraz okablowanie. Pamiętajmy, że instalacja ma nam służyć w dobrym stanie co najmniej 20 lat.

Panele fotowoltaiczne najczęściej instalowane są na dachach, a więc konstrukcja ingeruje w pokrycie dachu. Bardzo ważne jest, aby zadbać nie tylko o trwałość konstrukcji, ale również o solidność połączeń konstrukcji z połacią dachu. Połączenia muszą pozostać szczelne przez cały okres użytkowania instalacji.

Panele wytwarzają prąd o napięciu około 30 V i łączy się je szeregowo (czyli jeden za drugim). Za takim rodzajem połączenia przemawia wiele aspektów, jednak przede wszystkim chodzi tu o jak najmniejsze straty energii na etapie przesyłania jej do inwertera, który zazwyczaj znajduje się w jednym z pomieszczeń w domu. W uproszczeniu: im krótsze kable i im większe napięcie w nich płynące, tym niższe straty energii. Na straty energii ma oczywiście wpływ jakość i grubość kabli, i znów w uproszczeniu: im grubszy i o niższej oporności kabel, tym lepszy.

Inwerter

Do czego służy, napisaliśmy już wcześniej (głównie zamienia prąd stały w zmienny). Nie wspomnieliśmy jednak o żadnych z jego parametrów. Inwerter powinien być dopasowany do mocy instalacji i zazwyczaj moc inwertera jest nieco niższa od łącznej mocy paneli. Takie rozwiązanie stosuje się dlatego, że przez większość roku panele nie pracują na maksymalnej mocy, a więc inwerter bardzo rzadko wykorzystywany jest w 100% jego możliwości. To powoduje nieco większe straty, a przede wszystkim „mniejszy” inwerter jest tańszy. Tu jednak ponownie pojawia się pytanie: Czy nie lepiej nieco dopłacić na etapie instalacji, aby mieć szansę na choćby niewielką jej rozbudowę w niedalekiej przyszłości?

Inwerter pozwala też dokładnie śledzić parametry działania zarówno w danym momencie, jak i przeglądać dane historyczne. Większość nowoczesnych inwerterów posiada również możliwość podłączenia do lokalnej sieci Wi-Fi, a także do internetu, a to z kolei pozwala na śledzenie parametrów np. za pośrednictwem aplikacji w smartfonie. Choć sam fakt śledzenia zgromadzonych informacji może nie być najważniejszy, to już możliwość połączenia inwertera z dowolnym systemem zarządzania inteligentnym domem jest kusząca. Polecamy stosowanie inwerterów sprawdzonych firm, z możliwością podłączenia do Wi-Fi / internetu oraz takich, które pozwalają na integrację z inteligentnym domem.

Uwaga! Inwerter odpowiada za jakość prądu użytkowego, czyli także tego, który trafi do sieci dostawcy energii (operatora) w miejscu, gdzie instalowana jest przydomowa elektrownia słoneczna. Każdy operator zażąda odpowiednich certyfikatów, które gwarantują jakość prądu przekazywanego do „magazynowania”. Inwerter zabezpiecza również instalację / panele przed nietypowymi zdarzeniami, jak skoki napięcia czy nieprawidłowe oświetlenie promieniami słonecznymi. Warto zainwestować w dobry inwerter.

Najważniejsze aspekty techniczne instalacji

Instalując przydomową elektrownię słoneczną, należy właściwie wybrać jej lokalizację. Najczęściej jest to dach, jednak nie zawsze możliwe jest zbudowanie na nim idealnej instalacji. Utrudnić to mogą przede wszystkim warunki naturalne, jak np. orientacja połaci dachowych, z których żadna nie jest skierowana na południe, czy choćby okoliczna zabudowa lub roślinność.

Sam kształt dachu niejednokrotnie utrudnia prawidłowe i estetyczne rozmieszczenie paneli, bo pamiętajmy, że do przykładowej, omawianej tu instalacji potrzebujemy około 40 m² powierzchni łatwo podzielnej na prostokąty o wymiarach paneli. Choć aspekt estetyczny często spychany jest na drugi plan, to warto jest bardzo poważnie rozważyć nie tylko układ paneli na dachu, ale także kolor ramek paneli czy kolor konstrukcji. Dziś te elementy dostępne są w różnych wariantach, a kolor srebrny lub czarny są standardem.

Czy to się opłaca?

Odpowiedź na to pytanie oraz bardziej szczegółowe informacje i wskazówki na temat instalacji fotowoltaicznych znajdziesz w drugiej i trzeciej części tego tekstu, do którego link umieściliśmy poniżej, na dole tego artykułu, w sekcji „Wszystkie teksty kampanii Powietrze:2030”.

Wszystkie teksty kampanii Powietrze:2030

Fotowoltaika. Czas na słońce. Część 1.