Domowa fotowoltaika – zanim zostaną wybrane ogniwa

Właściciele domów coraz częściej interesują się fotowoltaiką. Dzięki niej, każdy sam może produkować energię elektryczną z promieni słonecznych i ograniczyć lub całkiem nie korzystać z prądu sieciowego. Zmienia się też rola instalatora. Urządzenia i instalacje grzewcze coraz częściej współpracują z elektrycznymi, np. fotowoltaika, mikrokogeneracja. Oferta kompleksowej obsługi klienta, wymaga od instalatora bycia również… elektrykiem. 

Zastosowanie w gospodarstwach domowych

Instalacja fotowoltaiczna (PV) produkuje energię elektryczną z promieni słonecznych. W zastosowaniach domowych „prąd słoneczny” wykorzystywany jest do zasilania urządzeń RTV i AGD, oświetlenia i innych urządzeń elektrycznych. Obecnie promowane są rozwiązania, w których prąd słoneczny wykorzystywany jest również do ogrzewania domu np. pompą ciepła, do jego chłodzenia w lecie, czy do zasilania instalacji wentylacji z odzyskiem ciepła – rekuperatora. Dzisiejsza technika pozwala łączyć ze sobą wszystkie instalacje w budynku dla maksymalnego wykorzystania prądu słonecznego na tzw. własne potrzeby domu. A obecne regulacje prawne sprzyjają właśnie takim rozwiązaniom. Dzięki fotowoltaice i kompleksowemu podejściu do zużycia energii elektrycznej w domu, jego właściciel może stać się prosumentem, czyli producentem i konsumentem energii elektrycznej. Dzięki temu całkowicie może uniezależnić się od opłat za energię elektryczną. Wystarczy zamontować odpowiedniej wielości instalację fotowoltaiczną, żeby obniżyć rachunki za prąd niemal do zera. Można zapytać, jak to możliwe? Przecież w zimie słońca jest mało…

Ile mamy słońca?

Ile energii wyprodukuje instalacja PV zależy przede wszystkim od natężenia promieniowania słonecznego. W optymalnych warunkach pogodowych, czyli bezchmurne niebo, przejrzyste powietrze, pora południowa, wynosi maksymalnie ok. 1000 W/m² (na powierzchnię płaską). Pogorszenie warunków pogodowych i pora roku wpływa na zmniejszenie promieniowania docierającego do powierzchni Ziemi. Przy zachmurzonym niebie moc ta wynosi już tylko ok. 50-100 W/m². Przykładowo, maksymalne natężenie promieniowania w grudniowy pochmurny dzień wynosi ok. 100 W/m². Ale jeśli wyjdzie słońce, to nawet w grudniu może wynosić 500 W/m². Szacunkowe natężenie promieniowania słonecznego w zależności od pogody – w lecie i w zimie – jest przedstawione na rys. 1. Ilość energii słonecznej docierająca do powierzchni płaskiej (horyzontalnej) w ciągu roku na różnych obszarach kraju jest zbliżona do siebie i wynosi od 950 do 1100 kWh/m²rok. Przy optymalnym ustawieniu modułów (nachylone pod kątem do płaszczyzny poziomej), ilość energii słonecznej wzrośnie do: 1100-1280 kWh/m²rok.

W zależności od konfiguracji instalacja fotowoltaiczna jest w stanie wyprodukować w ciągu roku od ok. 950 do 1025 kWh energii elektrycznej z 1 kWp zainstalowanej mocy. Uzyski te mogą zmieniać się o ok. 10% ze względu na zmienne warunki klimatyczne. W przypadku instalacji PV, do budowy których użyto moduły wątpliwej jakości, ilość uzyskiwanej energii może spaść nawet poniżej 750 kWh/m²rok.

Produkcja słonecznej energii elektrycznej

Każdy z doświadczenia wie, że najwięcej słońca mamy do dyspozycji w półroczu letnim. W tym okresie instalacja fotowoltaiczna może wyprodukować najwięcej prądu słonecznego. Najmniej w półroczu zimnym. Nie pokrywa się to za bardzo z zapotrzebowaniem na energię elektryczną typowego gospodarstwa domowego. Zużycie prądu na potrzeby mieszkalne jest zbliżone do siebie w poszczególnych miesiącach roku, chociaż w zimie trochę większe niż w lecie. Ciepła z kolei do ogrzewania domu potrzebujemy w miesiącach zimowych. Im niższa temperatura zewnętrzna, tym większe zapotrzebowanie na ciepło w obiekcie. Tak więc np. pompa ciepła najwięcej będzie zużywać energii elektrycznej podczas silnych mrozów, a w tym czasie instalacja PV dostarczy go niewiele. Inaczej będzie z chłodzeniem budynku. W upalane letnie dni prąd słoneczny może pokrywać niemal całe zapotrzebowanie na energię elektryczną do zasilania urządzeń chłodzących pomieszczenia. Podsumowując, w lecie instalacja PV będzie produkować dużo prądu słonecznego, w zimie zaś mało. Z drugiej strony, dom najwięcej prądu potrzebuje w zimie, a najmniej w okresie letnim. Rozwiązaniem będzie tutaj magazynowanie energii, na przykład w publicznej sieci energetycznej.

Magazyn słonecznego prądu

Jeśli w lecie instalacja PV produkuje więcej prądu niż potrzebuje obiekt, to tzw. nadwyżki, odprowadzane są do publicznej sieci energetycznej, która pełni funkcję magazynu. W zimie możemy odebrać z sieci wcześniej zmagazynowany w niej prąd słoneczny. Bezpłatnie odbierzemy 80% prądu słonecznego dla instalacji PV o mocy zainstalowanej do 10 kWp. Przy instalacji o większej mocy będzie to 70%. Takie rozwiązanie pozwala na produkowanie słonecznej energii elektrycznej w lecie i korzystanie z niej w zimie, np. do zasilania ogrzewania domu pompą ciepła.

Własne potrzeby budynku

Największe oszczędności zapewnia maksymalne wykorzystanie prądu słonecznego na potrzeby własne budynku. To znaczy, instalacja PV produkuje energię elektryczną, która od razu i w całości wykorzystywana jest do zasilania odbiorników prądu w domu. Niestety, w rzeczywistości nie uzyskamy takiego efektu. Przykładowo, w danej chwili instalacja fotowoltaiczna produkuje 1500 W prądu słonecznego i w tym samym czasie domowe odbiorniki pobierają 2000 W energii elektrycznej. Wykorzystaliśmy w 100% prąd słoneczny na własne potrzeby budynku, a brakujące 500 W pobraliśmy z sieci. Jeśli domowe odbiorniki pobierałyby 1000 W, wówczas na potrzeby własne wykorzystalibyśmy prąd słoneczny w 100%. A że jest go trochę za dużo, to 500 W odprowadzilibyśmy do sieci energetycznej – do magazynu. To, kiedy korzystamy z prądu w domu, zależy od liczby mieszkańców, trybu ich życia, zastosowanych odbiorników elektrycznych, itd. Niezależnie od tego, instalacja PV produkuje najwięcej prądu podczas słonecznych dni. Nie zawsze będziemy w stanie od razu go wykorzystać. Zobaczmy to na przykładzie rodziny 4-osobowej, w której są dwie osoby dorosłe i dwoje dzieci – rys. 2.

Przykładowy słoneczny dzień, od godziny 7:00 do ok. 20:00 instalacja PV produkuje prąd. Wyraźnie widać, że w tym czasie załączane są urządzenia elektryczne, które pobierają ok. 1,5 kW mocy elektrycznej, np. czajnik elektryczny, mikrofalówka. Między godziną 13:00 a 14:00 wystąpiło największe zapotrzebowanie, które wynosiło nawet 4,5 kW (4500 W). Z wykresu wynika, że od godziny 8:00 do 18:00 instalacja PV pokryła całe zapotrzebowanie na energię elektryczną w domu. Wyprodukowała też więcej prądu słonecznego, niż potrzebowały domowe odbiorniki energii elektrycznej – nadwyżka prądu. Wyraźnie widać, że taki przebieg zużycia energii elektrycznej w ciągu doby może być odpowiedni dla rodziny, w której przynajmniej jeden mieszkaniec stale przebywa w domu, np. nie pracuje. Podobnie może wyglądać zużycie, jeśli pracujemy w domu. Jeśli jednak w godzinach porannych wszyscy mieszkańcy opuszczają dom i wracają późnym popołudniem, zużycie prądu w domu może wyglądać inaczej (rys. 3). W takiej sytuacji, niewiele prądu słonecznego jesteśmy w stanie od razu wykorzystać. Tym samym, zużycie na potrzeby własne będzie stosunkowo niewielkie – więcej prądu słonecznego odprowadzimy do publicznej sieci energetycznej. A im więcej prądu słonecznego wykorzystujemy od razu do zasilania domowych odbiorników energii elektrycznej, tym więcej pieniędzy zostanie w naszej kieszeni.

Do analiz opłacalności instalacji PV przyjmuje się wykorzystanie prądu solarnego na potrzeby własne w ciągu roku, na poziomie ok. 15 do 35%. Dotyczy to instalacji PV optymalnie dobranej do potrzeb gospodarstwa domowego, np. zużycie prądu w ciągu roku: 4000 kWh – instalacja PV o mocy ok. 4-4,25 kWp

Więcej bezpośrednio wykorzystamy, jeśli darmowy prąd słoneczny oprócz potrzeb mieszkalnych, zasilać będzie również pompę ciepła do ogrzewania domu i wody użytkowej. Jeszcze więcej, jeśli pompa ciepła chłodzi dom w lecie. A najwięcej, jeśli dodatkowo zasila rekuperator. Możemy spodziewać się największych oszczędności, jeśli wszystkie te instalacje wzajemnie ze sobą współpracują dla maksymalnego wykorzystania darmowego prądu słonecznego na potrzeby własne budynku.

Ile prądu rocznie zużywa przeciętna rodzina?

Instalację fotowoltaiczną dobiera się dla danego gospodarstwa domowego na podstawie ilości zużywanej w nim energii elektrycznej w ciągu roku. Optymalnym rozwiązaniem będzie sprawdzenie rzeczywistego zużycia, np. na podstawie rachunków za prąd. Można przypuszczać, że każdy wie, ile zużywa prądu w swoim domu i jakie płaci rachunki. Ale niekoniecznie tak jest. Jak pokazują badania Federacji Konsumentów, ponad połowa pytanych (52%) wie mniej więcej, ile zużywa energii elektrycznej w domu, a co czwarty wie dokładnie (25%). Pozostali nie wiedzą, ile zużywają prądu (23%). Jeśli jest to nowo budowany dom, sprawa może być bardziej złożona. W zależności od źródła informacji, znajdziemy bardzo różne współczynniki zużycia prądu w gospodarstwach domowych.
Według:
1. kalkulatora URE: 5-osobowe gospodarstwo domowe: ok. 2500 kWh/rok; z ogrzewaniem elektrycznym: do 8500 kWh/rok;
2. EnergyDirect.pl: gospodarstwo 5-osobowe zużyje: od 1700 do 5500 kWh (źródło: https://energiadirect.pl/poradniki/srednie-zuzycie-pradu);
3. producent inwerterów, firma SMA (źródło – aplikacja: www.sunnydesignweb.com), proponuje przyjmowanie zużycia prądu w zależności od liczby mieszkańców, ale również od sposobu pracy i liczby dzieci.
Przykładowe warianty:
• 3 osoby – 2 dorosłe (1 pracuje zawodowo), 1 dziecko: 2600 kWh/rok
• 4 osoby – 2 dorosłe (1 pracuje zawodowo), 2 dzieci: 4400 kWh/rok
• 5 osób – 2 osoby dorosłe (1 pracuje zawodowo), 3 dzieci: 5600 kWh/rok
• 4 osoby – 2 dorosłe (obie pracują zawodowo), 2 dzieci: 3600 kWh/rok
Dlaczego ważne są ilości zużywanego prądu w ciągu roku? Bo optymalnie zaprojektowana instalacja PV przyniesie największe korzyści finansowe. Za mała instalacja – niższe koszty inwestycji, ale i mniejsza ilość produkowanego prądu słonecznego, tym samym mniejsze pokrycie zapotrzebowania budynku. Za duża instalacja PV – niepotrzebnie wyższe koszty inwestycji, większa ilość prądu słonecznego magazynowana w sieci energetycznej. Warto też pamiętać, że jeśli w ciągu roku wprowadzone do sieci nadwyżki prądu słonecznego nie zostaną wykorzystane – przepadają.

Instalacja fotowoltaiczna on-line

Wielu producentów oferuje możliwość kontrolowania pracy instalacji PV on-line. Jest to o tyle istotne dla właściciela instalacji, bo on może łatwo kontrolować, ile słonecznej energii elektrycznej produkuje jego instalacja w ciągu dnia, miesiąca, czy roku. Na tej podstawie właściciel, jak również firma serwisowa, może stale kontrolować poprawność pracy instalacji.

 Jak pracują instalacje PV każdy może przekonać się na własne oczy. Firma SMA udostępnia podgląd do instalacji PV na całym świecie, w tym również w Polsce. Wystarczy wejść na stronę www.sunnyportal.com i wybrać „Instalacje udostępnione publicznie” – Publicly available PV systems. Znajdują się tam instalacje na modułach PV różnych producentów, o różnych mocach, pracujące w wielu krajach: ponad 6000 instalacji, w Polsce ponad 600 instalacji. Sortowanie instalacji można przeprowadzić dla danego kraju, miasta i mocy zainstalowanej.

Przykładowo, wybieramy kraj: Polska i instalacje o mocy od 2 do 10 kW. Po kliknięciu „Szukaj” pokaże się spis instalacji PV, których pracę można obserwować on-line. Przykładowa instalacja PV o mocy zainstalowanej 3,06 kWp, w miejscowości Przysiecz (woj. opolskie), uruchomiona 09.05.2015 r.,składająca się z 12 modułów polikrystalicznych, każdy o mocy nominalnej 255 Wp – link do instalacji. Wyniki pracy instalacji: – roczna produkcja słonecznej energii elektrycznej: ok. 3161 kWh/rok (1033 kWh/kWp mocy zainstalowanej), – redukcja emisji CO₂: ok. 2,2 ton rocznie.

Koszt inwestycyjny domowej instalacji fotowoltaicznej

W Polsce najwięcej wykonuje się instalacji fotowoltaicznych o mocy do 10 kW. W tym największą grupę stanowią instalacje o mocy między 3 a 5 kWp, czyli typowe, stosowane w budownictwie jednorodzinnym. Koszt instalacji PV zależy od jej wielkości (mocy zainstalowanej), sposobu i warunków zabudowy oraz od jakości zastosowanych modułów i komponentów, z których składa się instalacja. W tabeli znajdują się szacunkowe koszty kompletnych instalacji PV (obowiązujące w 2015 roku), które są cenami brutto i obejmują: projekt instalacji, dostawę urządzeń, montaż, monitoring instalacji, pomiary wykonawcze, wniosek do zakładu energetycznego. Dla instalacji montowanych na dachu budynku mieszkalnego o powierzchni do 300 m2 – podatek VAT wynosi 8%; dla instalacji na dachu budynku mieszkalnego o większej powierzchni, dla instalacji montowanych na gruncie oraz na dachach budynków o przeznaczeniu innym niż mieszkalne, podatek wynosi 23%.

Porównując koszty poszczególnych instalacji zauważymy, że im instalacja PV większej mocy, tym koszt jej wykonania jest niższy w przeliczeniu na kWp mocy zainstalowanej. Przykładowo, instalacja PV 3 kWp, koszt: 20 900 zł brutto, co daje 6967 zł/kWp. W tabeli 1 przedstawiono szacunkowe koszty kompletnych instalacji, ustalone w 2015 roku. A jak to wygląda dzisiaj? Ceny modułów PV z każdym rokiem są niższe. Producenci prześcigają się też w sposobach zachęcenia potencjalnych inwestorów. Kilka przykładów… Od zawsze zakup w zestawach pakietowych czy instalacji wraz montażem, był tańszy niż zakup osobno poszczególnych elementów instalacji. Zestaw wraz z montażem powinien wyglądać jeszcze bardziej interesująco. Sprawdźmy to…

Przykładowe wyliczenia kosztów konkretnych zestawów 

Przykład 1 (viessmann.pl) – zobacz więcej

Przykładowe zestawy pakietowe kompletnych instalacji PV, wraz z montażem na dachu pokrytym dachówką ceramiczną i 8% VAT – moduły polikrystaliczne, moc elektryczna pojedynczego modułu: 260 Wp. Cena zawiera: panele fotowoltaiczne wraz z niezbędnym wyposażeniem dodatkowym, inwerter, montaż instalacji, doradztwo, opieka serwisowa, 8% podatku VAT na materiały i montaż. Natomiast nie obejmuje: zabezpieczeń elektrycznych po stronie DC, zabezpieczeń elektrycznych po stronie AC, przewodów po stronie AC, rozdzielnic elektrycznych.

Przeliczając cenę kompletnej instalacji na kWp mocy zainstalowanej zobaczymy, że koszt jednostkowy wynosi przykładowo: 5602 zł/kWp (17 477 zł brutto/3.12 kWp = 5602 zł/kWp); 5282 zł/kWp (21 813 zł brutto/4,16 kWp = 5282 zł/kWp); 4810 zł/kWp (30 014 zł brutto/6,24 kWp = 4810 zł/kWp). Porównajmy ten koszt z cenami z 2015 r, np. dachówka, wysokosprawny, było to: 7300 zł/kWp (21 900 zł brutto/3,0 kWp = 7300 zł brutto /kWp); 7050 zł/kWp (28 200 zł brutto/4,0 kWp = 7050 zł brutto /kWp);

Przykład 2 (kolektory.com) – zobacz więcej

• 3,14 kWp z montażem: 16 790 zł brutto + dopłata do montażu na dachówce: 45 zł/moduł x 11 szt = 495 zł = 17 285 zł brutto/3,14 = 5505 zł brutto/kWp (kliknij)
• 3,99 kWp z montażem: 19 990 zł brutto + dopłata do montażu na dachówce: 45 zł/moduł x 14 szt = 630 zł = 20 620 zł brutto/3,99 = 5168 zł brutto/kWp (kliknij)
• 6,27 kWp z montażem: 27 490 zł brutto + dopłata do montażu na dachówce: 45 zł/moduł x 22 szt = 990 zł = 28 480 zł brutto/6,27 = 4542 zł brutto/kWp (kliknij)

Przykład 3 (hewalex.pl) – zobacz więcej

• 3,19 kWp z montażem, dachówka, monitoring, 11 modułów o mocy 290 Wp: od 15 947 zł brutto (cena zawiera VAT 8%); od 4999 zł brutto/kWp (kliknij)
• 4,05 kWp z montażem, dachówka, monitoring, 15 modułów o mocy 270 Wp: od 20 952 zł brutto (cena zawiera VAT 8%); od 5173 zł brutto/kWp (kliknij)
• 5,94 kW z montażem, dachówka, monitoring, 22 moduły o mocy 270 Wp: od 31 331 zł brutto (cena zawiera VAT 8%); od 5275 zł brutto/kWp (kliknij)

Wyraźnie widać różnice obecnie oferowanych instalacji, z tymi z 2015 roku. Co potwierdza, że moduły i instalacje PV są coraz tańsze. Co przekłada się również na coraz większe zainteresowanie inwestorów tymi systemami, które z pewnością z każdym rokiem będzie coraz większe.