Instalacje fotowoltaiczne – coraz więcej, coraz bardziej opłacalne

Poprzedni rok nie był w żaden sposób podobny do poprzednich. Wiele branż do dzisiaj odczuwa skutki trwającej wciąż pandemii, tymczasem branża fotowoltaiczna okazała się wyjątkowo niepodatna i w dodatku zaliczyła kolejne rekordy. Wg raportu przygotowanego przez Stowarzyszenie Branży Fotowoltaicznej Polska PV w 2020 roku zainstalowano 321 407 nowych mikroinstalacji PV o łącznej mocy 2151 MW, co oznacza 3-krotny wzrost w stosunku do roku poprzedniego. Nic też nie wskazuje, aby rynek miał hamować. Wzrost opłat za energię elektryczną jest bardzo skutecznym argumentem za montażem instalacji PV.

Analiza rynku: fotowoltaika a pompy ciepła i rynek mieszkaniowy

Spróbujmy te wartości zestawić z innymi interesującymi danymi z rynku z zeszłego roku. 89 314 – to liczba nowych budynków mieszkalnych, jednorodzinnych oddanych do użytkowania. 56 500 – to z kolei liczba zainstalowanych pomp ciepła do centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody. Wnioski, jakie się nasuwają, są następujące: większość mikroinstalacji PV zamontowana została na budynkach już istniejących, a średnia moc zamontowanej mikroinstalacji PV była na poziomie 6,7 kWp – można zatem postawić tezę, że były one zazwyczaj dobierane z wyraźnym zapasem. Część z tych instalacji z pewnością zasila budynki ogrzewane przez pompy ciepła, zwiększające zapotrzebowanie budynku na energię elektryczną. Jednak nawet w bardzo optymistycznym wariancie liczba budynków wyposażonych w pompę ciepła i instalację PV stanowiła jedynie 17% wszystkich zamontowanych instalacji PV. Niepokojący jest ogromny wzrost zainteresowania grzałkami elektrycznymi do montażu w zbiornikach oraz oczywiście zbiornikami wody użytkowej z możliwością zabudowy grzałki elektrycznej. Urządzenia określane przez branżystów jako COP1 to bardzo prymitywna forma wykorzystania zielonej energii z dachu. Najlepszym obecnie rozwiązaniem pozwalającym wydatnie zwiększyć wskaźnik zużycia energii na potrzeby własne jest instalacja fotowoltaiczna współpracująca z pompą ciepła. Odpowiednie sterowanie pozwala na gromadzenie energii elektrycznej w formie ciepła lub chłodu, a te formy energii można łatwo i tanio magazynować do późniejszego wykorzystania.

Moduły PV – trendy, modele i preferencje rynku

Montowane są przede wszystkim moduły monokrystaliczne, z wiodącą prym technologią Half Cut Cell. Moduły są bardzo charakterystyczne i widać w nich wyraźnie, że klasyczne ogniwa fotowoltaiczne zostały przecięte na pół. Wartość prądu zależy od wielkości ogniwa, tak więc przecięcie na pół spowodowało obniżenie wartości prądu 2-krotnie i obniżenie strat nawet 4-krotnie w stosunku do klasycznego modułu. Każda część modułu – górna i dolna, stanowi 60 połówek ogniw połączonych w szereg. Obie części są z kolei połączone równolegle. Parametry prądowo-napięciowe są zbliżone do dotychczas znanych, tak samo jak i wymiary fizyczne modułu – z punktu widzenia montażu nie ma więc różnicy. Dla użytkownika natomiast moduły typu HCC oznaczają mniejsze straty, większą wydajność w słoneczne dni i większą moc z tej samej powierzchni. Dużo jest też innych ciekawych rozwiązań, jak np. technologia gontowa pozwalające „zagęścić” ogniwa na powierzchni modułu czy też technologie back-contact zwiększające powierzchnię czynną modułu, a więc pozwalające na uzyskanie większej mocy z tej samej powierzchni. Moduły w tej technologii dużo lepiej odprowadzają też ciepło, a więc charakteryzują się lepszą wydajnością w upalne dni.
Średnio co kwartał na rynku pojawiają się nowe moce modułów PV. Jeszcze kilka miesięcy temu standardem były moduły o mocy 345 Wp, a obecnie można na rynku znaleźć moduły o mocy przekraczającej 400 Wp. Technologie wprawdzie idą nieustająco do przodu, ale większa moc spowodowana jest często po prostu większymi wymiarami modułów. Moduły HCC o mocy 345 Wp mają powierzchnię 1,74 m2, moduł o mocy 375 Wp zajmuje już 1,82 m2, a z kolei o mocy 500 Wp to aż 2,35 m2. Moduły w technologii gontowej o mocy 400 Wp mają powierzchnię bliską 2 m2.
Moduły wykonane w technologii gontowej stanowią obecnie zaledwie 0,22% udziału w rynku, ale jest to technologia dobrze rokująca na najbliższą przyszłość. Nietypowe ułożenie ogniw fotowoltaicznych pozwala na maksymalne wykorzystanie powierzchni modułu. Strukturę wewnętrzną stanowią 2 generatory połączone szeregowo, z czego każdy z nich składa się z 5 łańcuchów ogniw połączonych równolegle. Każdy łańcuch z kolei składa się z szeregu ogniw fotowoltaicznych połączonych są ze sobą pionowo. Całość jest doposażona w 2 diody bocznikujące. Taka budowa sprawia, że wraz z zacienieniem części modułu spadek mocy jest relatywnie niewielki i zależy wprost od wielkości zacienienia. Współczynniki temperaturowe są nawet nieco niższe niż w technologii HCC MWT, tak więc wolniej spada generowana moc wraz ze wzrostem temperatury.

Falowniki – rodzaje i wymagania

Rynek falowników to oczywiście modele 1- i 3-fazowe, z czego te pierwsze występują zazwyczaj o mocy nie większej niż 3,5 kW. Zgodnie z kryterium przyłączenia mikroinstalacji PV przez zakłady energetyczne, dla mocy powyżej 3,68 kW stosować można jedynie falowniki 3-fazowe (dla instalacji o mniejszej mocy można stosować oba rozwiązania). Z punktu widzenia efektywności pracy falownika, przy małych mocach lepiej jest stosować modele 1-fazowe, ponieważ są one optymalnie obciążone po stronie DC. Modele 3-fazowe polecane są także w instalacjach, gdzie mimo niewielkiej mocy instalacji PV występuje wysoka impedancja prowadząca do wzrostu napięcia elektrycznego w punkcie przyłączenia powyżej wartości dopuszczalnej i powodująca blokowanie falownika do pracy. Sytuacje takie są częste w miejscach z gęstą zabudową nowych domów jednorodzinnych. Technicy zakładów energetycznych nie mogą tutaj pomóc – napięcie mierzone przez nich na zaciskach stacji po niskim napięciu mieści się zawsze w dopuszczalnych widełkach. Należy pamiętać o wykonaniu pomiaru impedancji przed doborem wielkości mikroinstalacji i to najlepiej w okresie największego nasłonecznienia w ciągu dnia, kiedy pobór energii elektrycznej w okolicznych domostwach jest najmniejszy.
Większość instalacji montowanych w zeszłym roku stanowiły falowniki 3-fazowe. Obserwując dostępność produktów, wyraźnie widać, że po początkowych próbach przebicia się przeróżnych firm, na rynku zostały tylko te o znanej marce i zapewniające kompetentny suport techniczny.
Kolejne lata tylko to wzmocnią, jak np. planowane od 1 maja 2022 r. zmiany wprowadzające wymóg obligatoryjnego stosowania certyfikatu potwierdzającego spełnienie wymogów kodeksu NC RfG (Network Codes Requirements for Generators – kodeks sieci dotyczący wymogów w zakresie przyłączenia jednostek wytwórczych do sieci).
Standardem stały się black-boxy bez wyświetlacza z pełną obsługą i nadzorem przez dedykowane aplikacje na urządzenia przenośne. Jest to oczywiście bardzo wygodne rozwiązanie zarówno dla wykonawcy instalacji, jak i samego użytkownika, który może na bieżąco śledzić pracę swojej instalacji i przekonywać nieprzekonanych.

O mocach, cenach, okresie zwrotu

W 2013 roku średnia moc mikroinstalacji PV w Polsce wynosiła 5 kWp, kilka lat później (w 2017 roku) było to już 6,4 kWp, a obecnie jest to o dodatkowe 5% więcej, czyli 6,7 kWp. Koszty budowy mikroinstalacji PV w odniesieniu do 1 kWp w 2015 roku wynosił 4500 zł netto, obecnie jest to około 4100 zł netto. Koszty usług stale rosną, tak więc widać tutaj wpływ niższych cen modułów PV i mniejszych kosztów konstrukcji montażowych przypadających na każdy 1 kWp mocy generatora. Osiągnięta obecnie granica kosztów wydaje się być wartością stałą na najbliższe kilka lat, nawet włączając dostępne programy wspierające. Szacując udział wskaźnika wykorzystania energii elektrycznej z instalacji PV na potrzeby własne na poziomie 20%, ogromną korzyść jaką oferuje nam system bilansowania energii oraz dodatkowe programy wsparcia inwestycji PV, okres zwrotu typowej instalacji oscyluje w granicy 6 lat, a to już horyzont czasowy akceptowalny przez inwestora i jest on najkrótszym w porównaniu z innymi zielonymi technologiami.
Fot. Viessmann