Od czego zależy opłacalność instalacji fotowoltaicznych?

Zastosowanie instalacji fotowoltaicznej w aktualnych krajowych warunkach prawnych, jest uzasadnione w wariancie on-grid. Współpraca z siecią elektroenergetyczną odbywa się na zasadzie tzw. opustów. Właściciel instalacji PV może oddawać nadwyżki energii do sieci, magazynować je i odbierać w okresie 12 miesięcy. Obciąża go za to co prawda „prowizja” (odbieranie 0,8 kWh za każdą oddaną 1 kWh z instalacji PV o mocy do 10 kWp), ale taki wariant pozwala uniknąć zakupu stosunkowo jeszcze kosztownych prywatnych akumulatorów energii.

Na opłacalność inwestycji związanej z zakupem instalacji PV, wpływa bardzo wiele czynników, często zależnych od siebie. Dobór optymalnej dla właściciela domu instalacji wymaga zwrócenia uwagi przynajmniej na kilka z nich. Dostępne obecnie programy finansowego wsparcia inwestycji, powodują często, że bagatelizuje się znaczenie niektórych czynników. Skutkiem tego może być, mówiąc dosłownie, „zmarnowanie” dofinansowania tzn. klient może niepotrzebnie zakupić instalację droższą niż jest to wymagane, tłumacząc sobie, że i tak została odniesiona korzyść z dofinansowania. Do spotykanych nieprawidłowości należą m.in. takie sytuacje, jak:
• przewymiarowanie instalacji – motywowane przez wykonawcę różnymi powodami, czasem na zasadzie dodania „gratis” paneli, czy też „lepszym wykorzystaniem dotacji”,
• stosowanie inwerterów 3-fazowych w stosunkowo małych instalacjach (3-4 kW), co skutkuje znacznym zwiększeniem kosztów inwestycji (pozostaje przy tym aktualny nadal problem tzw. bilansowania międzyfazowego, który ma zostać uregulowany i ujednolicony),
• niekorzystna zabudowa paneli – zacienienia, czy też niekorzystne położenie względem stron świata, niewłaściwy podział na obwody (stringi), zwykle wynikający z braku lub pobieżnie wykonanej wizji lokalnej,
• stosowanie optymalizatorów mocy dla wszystkich paneli, a nie jedynie dla niekorzystnie zabudowanych – zbędne zwiększenie kosztów inwestycji.

1  Jednym z najbardziej pożądanych rozwiązań w ostatnim czasie staje się połączenie instalacji fotowoltaicznej z pompą ciepła typu powietrze-woda. Dzięki temu własna energia elektryczna może posłużyć do jeszcze bardziej efektywnego energetycznie ogrzewania i chłodzenia domu, a także podgrzewania ciepłej wody użytkowej (Fot. Hewalex)
2  Chęć maksymalnego wykorzystania powierzchni zabudowy paneli PV, kończy się niejednokrotnie pogorszeniem warunków ich eksploatacji. Niezwrócenie uwagi na ten fakt może znacząco obniżać opłacalność inwestycji

Dobór wielkości instalacji PV – pierwszy i kluczowy krok w planowaniu inwestycji

Dobór wielkości instalacji PV w stosunku do zapotrzebowania energii w budynku odgrywa zasadnicze znaczenie dla poziomu opłacalności inwestycji.
W obecnej chwili większość dobieranych dla standardowych domów instalacji PV mieści się w zakresie 3-5 kWp. Wynika to z najczęściej spotykanego wyposażenia takich obiektów i rocznego zużycia energii na poziomie 3-4 MWh/rok. Znacznie większe zużycie będzie występować oczywiście, gdy budynek będzie mieć pompę ciepła, klimatyzację, czy np. bojler elektryczny.
Dobór instalacji PV dla budynku istniejącego, z historią zużycia energii będzie znacznie łatwiejszy niż dla nowych (projektowanych) budynków. Dla tych ostatnich pozostaje szacowanie zużycia energii za pomocą kalkulatorów zużycia energii (np. Tauron) lub z wykorzystaniem tabel czy innych wskazówek (tab. 1).

Tabela 1  Szacunkowe wartości rocznego zużycia energii elektrycznej wraz z zalecaną mocą instalacji PV, w zależności od standardu wyposażenia budynku jednorodzinnego (standard WT 2017, powierzchnia mieszkalna 140 m2, rodzina 4-osobowa, dane na podstawie kalkulatora Tauron oraz kalkulatora SCOP pomp ciepła PORT PC)

Dobór wielkości instalacji PV, a jej opłacalność

Powszechnie przyjmuje się, że im większej mocy instalacja PV zostanie wybrana, tym wyższa automatycznie będzie jej opłacalność. Wynikać ma to przede wszystkim z niższego kosztu jednostkowego wyrażanego w jednostce zł/kWp. Nie jest to jednak regułą, gdyż na opłacalność wpływa tutaj szczególnie cena inwertera, a także udział kwoty z dotacji w koszcie inwestycji.
Porównanie w tabeli nr 2 przedstawia, jaki jest m.in. wpływ dotacji na opłacalność. Dla popularnej instalacji o mocy 4 kWp okres zwrotu kosztów inwestycji wspartej dotacją Mój Prąd skraca się o ponad 2 lata (2. Wariant). Przewymiarowanie instalacji (3. Wariant i 4. Wariant) obniża opłacalność z uwagi na niewykorzystywanie części wytwarzanej energii w okresie 12 miesięcy oraz wyższy koszt inwertera w 4. Wariancie. Optymalnym rozwiązaniem wydaje się tutaj 5. Wariant. Uzyskany jest w nim wyraźnie niższy koszt inwestycji dzięki zastosowaniu inwertera 1-fazowego o mocy 3 kW. Wyboru powinien dokonać tutaj ostatecznie klient, który zaakceptuje fakt nieco wyższych bieżących rachunków za zakup energii elektrycznej, w porównaniu do innych wariantów.

Tabela 2  Porównanie wariantów doboru instalacji PV dla domu jednorodzinnego, zapotrzebowanie roczne energii 4000 kWh, lokalizacja: Małopolska, zabudowa paneli o mocy 370 Wp na dachu w kierunku południowym, z nachyleniem 30o, koszty brutto wraz z montażem (Kreator ofert PV, hewalex.pl), cena energii elektrycznej w taryfie G11: 0,62 zł/kWh brutto (cena-pradu.pl), koszty całkowite zakupu energii bez instalacji PV 2480 zł/rok brutto, poziom autokonsumpcji energii: 30%
Tabela 3  Porównanie wariantów doboru instalacji PV dla domu jednorodzinnego. Dane dla 1. Wariantu zgodnie z tabelą 2

Wpływ dofinansowań na opłacalność instalacji PV, zależnie od jej mocy

Każda forma wsparcia finansowego wpływająca na realne obniżenie wkładu własnego na inwestycję, poprawi jej opłacalność. Popularny obecnie program dotacji Mój Prąd wspiera kwotą 5000 zł osoby dokonujące zakupu i montażu instalacji PV o mocy od 2 do 10 kW. Taka formuła programu, jak się okazuje, poprawia wyraźnie opłacalność małych instalacji PV. Udział kwoty dotacji 5000 zł stanowi około połowy kosztów inwestycji instalacji o mocy 2 kW. Okres zwrotu kosztów takiej inwestycji wynosi zwykle około 10 lat (potrzeby energii 2000 kWh/rok, pozostałe założenia, jak dla tab. 2), ale już przy wsparciu dotacją Mój Prąd jedynie 5,5 roku (45% krócej). Dla większych instalacji PV różnica w okresie zwrotu kosztów bez dotacji i z dotacją, będzie się zmniejszać wynosząc jedynie od 1,0 do 1,5 roku (instalacje o mocy > 6 kWp). Oznacza to, że uzyskanie dotacji jest szczególnie ważne dla opłacalności małych instalacji PV, a dla dużych – staje się mniej istotne (rys. 3).

3  Wpływ dotacji na procentowe skrócenie okresu zwrotu kosztów inwestycji, w zależności od wielkości instalacji PV (obliczenia dla założeń z tab. 2, na podstawie Kreatora ofert PV (www.hewalex.pl))

Wpływ niekorzystnych warunków zabudowy na opłacalność instalacji PV

Panele PV nie zawsze są instalowane w optymalnych warunkach. Można szacować, że jedynie 20-30% budynków ma idealne warunki zabudowy paneli (wolna powierzchnia dachu co najmniej 15-20 m2 bez przeszkód i zacienienia, skierowana na południe ±45o). Ważne jest, aby na etapie planowania inwestycji uwzględnić możliwości zabudowy paneli i wpływ tego na efekt ekonomiczny.
Jak wskazuje porównanie w tabeli nr 3, niekorzystne warunki zabudowy (6. Wariant – wschód/zachód) lub zacienienie części paneli (7. Wariant) obniżają opłacalność o 10-20%. Popularnym rozwiązaniem niwelującym w pewnym stopniu skutki zacieniania paneli, stało się stosowanie optymalizatorów mocy. W wersji podstawowej służą one jedynie temu celowi, a w rozszerzonej, także do monitorowania pracy całej instalacji i pojedynczych paneli PV.
Jeśli celem jest jedynie zniwelowanie negatywnych skutków zacieniania pojedynczych paneli PV, to wystarczające jest zastosowanie pojedynczych optymalizatorów bez dodatkowych akcesoriów. Spotykaną praktyką jest zabudowa optymalizatorów na wszystkich panelach w instalacji PV, co podwyższa koszty inwestycji i wydłuża okres zwrotu kosztów inwestycji (8a. Wariant). Uzasadnione zastosowanie jedynie kilku wymaganych optymalizatorów (8b. Wariant) powinno przynieść korzystniejszy efekt ekonomiczny.

Charakter zużycia energii elektrycznej (autokonsumpcja), a opłacalność instalacji PV

4  Wpływ autokonsumpcji energii na okres zwrotu kosztów inwestycji (na przykładzie instalacji PV 4,07 kWp wg założeń z tabeli nr 2 i 2. Wariantu). Standardowa wartość autokonsumpcji mieści się w zakresie 20-40%

Wysoki wpływ na opłacalność instalacji PV odgrywa sposób wykorzystania energii. Tak zwana autokonsumpcja energii określa, jaka jej część wytwarzana z instalacji PV jest zużywana bezpośrednio na miejscu. Im większy będzie procent autokonsumpcji (rys. 4), tym mniejsza ilość energii będzie podlegać bilansowaniu przez energetykę i mniejszą „prowizję” za magazynowanie poniesie właściciel instalacji PV.
Zwiększenie autokonsumpcji z typowej wartości 20-40% można osiągnąć częściowo odpowiednio używając lub programując pracę urządzeń elektrycznych w ciągu dnia. Jednak najwięcej możliwości daje tu stosowanie inteligentnych rozwiązań, które potrafią uruchamiać określone urządzenia elektryczne w domu, w zależności od dostępnych chwilowo nadwyżek energii. Znaczenie autokonsumpcji dla efektu ekonomicznego inwestycji powoduje, że nawet małe instalacji PV o mocy rzędu 2 kWp stają się opłacalne (rys. 5). Są one wobec tego uzasadnione ekonomicznie, gdy ograniczone warunki zabudowy lub inne względy nie pozwalają na wybór „pełnowymiarowej” instalacji.

5  Dzięki wyższemu niż zwykle poziomowi autokonsumpcji energii oraz większemu udziałowi dotacji w całkowitym koszcie inwestycji, także małe instalacje PV (> 2kWp) stają się opłacalne, o okres zwrotu kosztów inwestycji może wynieść dla nich jedynie 4-5 lat

Wpływ kosztów zakupu energii elektrycznej na opłacalność instalacji PV

W ocenie opłacalności instalacji PV nie można pominąć kluczowej kwestii – ceny zakupu energii elektrycznej. Im wyższa będzie cena zakupu energii, tym większa będzie opłacalność instalacji PV (tab. 4). Przy minimalnej w kraju cenie energii, w taryfie 1-strefowej G11 (cena-pradu.pl, 16.09.2020), okres zwrotu kosztów powinien wynieść 7,4 lat (9a. Wariant). W rejonie kraju, gdzie cena będzie maksymalna (9b. Wariant) okres ten skróci się do 6,4 lat.
Wybór taryfy wielostrefowej jak np. G12w wpłynie negatywnie na opłacalność instalacji PV. Należy jednak zaznaczyć, że analiza ekonomiczna w tym przypadku musi być przeprowadzona w szerszym ujęciu. Wybór taryfy G12w lub podobnej znajduje uzasadnienie głównie w budynkach wyposażonych w pompę ciepła do ogrzewania. Stanowi to pierwszy krok w obniżeniu kosztów eksploatacyjnych, czego dopełnieniem staje się zastosowanie instalacji PV dostarczającej bezpłatnej energii. Nieuzasadniony wybór taryfy typu G12w (zbyt mała ilość energii zużywanej „poza szczytem”), może przynieść odwrotny do zamierzonego skutek – wzrost uśrednionej ceny energii (zł/kWh) powyżej ceny z podstawowej taryfy 1-strefowej G11.

Tabela 4  Porównanie wariantów doboru instalacji PV dla domu jednorodzinnego. Dane dla 1. Wariantu zgodnie z tab. 2. Cena energii w taryfie 2-strefowej G12w jako szacowana średnio dla kraju, przy proporcji zużycia 60/40% noc/dzień (wartość realna przy zastosowaniu pompy ciepła do ogrzewania domu)

Podsumowanie – instalacja PV przewymiarowana a niedowymiarowana…

Porównując cechy niedowymiarowanej i przewymiarowanie instalacji PV (rys. 6.), korzystniejsza wydaje się być pierwsza z nich. Mała instalacja PV, o ile podlega pod dotacje (od mocy 2 kWp w programie Mój Prąd) jest łatwiej dostępna finansowo, a jej opłacalność nie powinna być niższa niż instalacji dużych.
Z kolei duże instalacje oferują niższy jednostkowy koszt zakupu (zł/kWp) i dodatkowo niskie bieżące rachunki za zakup energii. Opłacalność instalacji PV w obecnej sytuacji jest znacznie bardziej atrakcyjna niż jeszcze kilka lat temu. Jest to skutek i niższych cen urządzeń, i korzystnych dotacji, i stworzenia warunków do współpracy z siecią elektroenergetyczną. Ceny energii elektrycznej w ostatnich latach praktycznie nie rosły. Wyżej przytaczane analizy opłacalności wykonano przy założeniu wzrostu cen energii o 2% rocznie. Gdyby nastąpił wyższy wzrost cen, np. średniorocznie 5%, to obliczane okresy ulegną skróceniu o kilka, czy kilkanaście miesięcy zależnie od wariantu instalacji.

6  Ogólna analiza cech instalacji PV – niedowymiarowanej i przewymiarowanej

Bezpłatna prenumerata