Instalacja fotowoltaiczna: on-, off-grid czy hybrydowa

Praca z siecią lub poza nią
Fot. Viessmann

Fot. Viessmann

Najczęściej instalacje fotowoltaiczne wykonuje się w domach jednorodzinnych. Ich moc zwykle nie przekracza 10 kWp. W zależności od potrzeb i oczekiwań inwestora mogą współpracować z siecią energetyczną, pracować niezależnie od sieci oraz łączyć zalety obu tych rozwiązań.

Instalacja sieciowa (on-grid)

Instalacja fotowoltaiczna połączona jest z publiczną siecią energetyczną (podłączona do sieci).
Energia elektryczna z modułów PV (prąd i napięcia stałe) przekształcana jest przez inwerter sieciowy na prąd i napięcie przemienne o parametrach zgodnych z parametrami sieci niskiego napięcia (230/400 V, 50 Hz) i wykorzystywana do zasilania domowych urządzeń elektrycznych.

Dodatkowo, inwerter pełni funkcje kontrolne i zabezpieczające oraz pokazuje statystyki produkcji energii elektrycznej.
W instalacji on-grid, w pierwszej kolejności prąd słoneczny wykorzystywany jest do zasilania domowych odbiorników energii elektrycznej. Jeśli w danej chwili jest go więcej niż potrzebuje budynek, tzw. nadwyżki odprowadzane są do publicznej sieci energetycznej, która staje się magazynem energii.
Jest to rozwiązanie najczęściej stosowane w domowych instalacjach.
Odpowiednio zaprojektowana instalacja PV pozwala maksymalnie wykorzystać słoneczne letnie dni do produkcji energii elektrycznej, której nadwyżki odprowadzane są do sieci energetycznej. W okresach przejściowych i w zimie, w 80% bezpłatnie odbierzemy z sieci zmagazynowany w niej wcześniej prąd słoneczny. W ten sposób, wyprodukowany w lecie prąd możemy wykorzystać również do ogrzewania budynku w zimie, np. do zasilania pompy ciepła.
W instalacjach połączonych z siecią, duże znaczenie ma dokładne określenie zapotrzebowanie na energię elektryczną budynku i optymalne zaprojektowanie instalacji PV. Jeśli znacznie przewymiarujemy instalację fotowoltaiczną, będzie ona produkowała więcej energii elektrycznej niż potrzebuje budynek. Wówczas, bezpowrotnie stracimy zmagazynowane w sieci nadwyżki prądu, którego w ciągu roku nie wykorzystamy – po prostu przepadną.
Niektórzy właściciele domów często oczekują, że po zastosowaniu instalacji PV będą mogli korzystać z własnego prądu słonecznego w przypadku zaniku napięcia w sieci energetycznej. Dla ochrony pracowników usuwających awarię sieci energetycznej, inwerter odłączy instalację PV od sieci i od instalacji domowej. Tak więc, przy braku prądu z sieci instalacja PV nie będzie zasilać odbiorników energii elektrycznej w domu. Chociaż można to rozwiązać, budując hybrydową instalację PV.
Przyłączenie instalacji fotowoltaicznej do sieci wykonuje zakład energetyczny. Przy okazji wymienia stary licznik analogowy na nowy dwukierunkowy, który mierzy ilość prądu pobranego z sieci oraz ilość prądu fotowoltaicznego do niej wprowadzonego.
W przypadku licznika cyfrowego może wystarczyć tylko jego przeprogramowanie.
Jeśli instalacja PV zostanie wykonana i uruchomiona przed wymianą lub przeprogramowaniem licznika, możemy spodziewać się wyższych rachunków za energię elektryczną. Licznik jednokierunkowy będzie bowiem mierzył ilość prądu fotowoltaicznego wprowadzonego do sieci. Jednak, nie będzie wiedział, że jest to prąd oddany i wskaże go jako zużycie prądu przez dom.

Fot. Vosti

Fot. Vosti

Instalacja wyspowa (off-grid)

Jest to instalacja, która nie współpracuje z publiczną siecią energetyczną.
Prąd stały z modułów PV zamieniany jest przez inwerter wyspowy na prąd przemienny o odpowiednich parametrach i wykorzystywany do zasilania domowych urządzeń elektrycznych. Nadwyżki energii z instalacji PV magazynowane są w akumulatorach/bateraich, z których będzie można je odzyskać, np. gdy instalacja fotowoltaiczna nie pracuje, wieczorem i w nocy.

Rozwiązania te stosowane najczęściej w budynkach niepodłączonych do publicznej sieci energetycznej. Obecnie są jednak jeszcze rzadko wybierane przez inwestorów ze względu na konieczność przewymiarowania instalacji i wyposażenia jej w akumulatory, co znacznie podnosi koszt inwestycji.
Instalacja off-grid może być doskonałym rozwiązaniem dla domku letniskowego, w którym przebywamy głównie w okresie letnim. Czyli, gdy mamy do dyspozycji dużo energii słonecznej.
Może sprawdzić się też jako alternatywny system zasilania, np. w przypadku zaniku prądu sieciowego.

Instalacja hybrydowa

Instalacja hybrydowa łączy zalety instalacji off-grid (wyspowej) i on-grid (sieciowej). Może być idealnym rozwiązaniem, jeśli zależy nam na maksymalnym wykorzystaniu prądu słonecznego na potrzeby własne budynku. Po odłączeniu się od sieci, instalacja może pracować wyspowo – zasilać odbiorniki w budynku przy braku prądu z sieci.

W domach jednorodzinnych ok. 10-30% prądu fotowoltaicznego wykorzystywane jest od razu przez urządzenia elektryczne, na potrzeby własne. Niewykorzystana od razu część, jako nadwyżka odprowadzana jest do publicznej sieci energetycznej.
W zależności od zastosowanej mocy instalacji PV i pojemności akumulatorów, instalacja hybrydowa pozwala zwiększyć wykorzystanie prądu fotowoltaicznego na potrzeby własne budynku do 50-80%.
Instalacja hybrydowa może pracować w trybie sieciowym, jak również w trybie wyspowym, wykorzystując akumulatory jako magazyn energii. Instalację taką można zrealizować za pomocą dwóch inwerterów – sieciowego i wyspowego lub stosując jeden inwerter hybrydowy.
Układ sterujący instalacji hybrydowej kontroluje przepływ energii dążąc do:
-    maksymalnego wykorzystania prądu fotowoltaicznego na potrzeby własne budynku;
-    jak największego ograniczania poboru prądu z sieci;
-    jak najmniejszej ilości prądu PV odprowadzanego do sieci.
W cyklu dnia odbywa się to w następujący sposób:
• rankiem instalacja fotowoltaiczna (PV) dostarcza mało prądu słonecznego – odbiorniki elektryczne zasilane są z sieci i prądem z instalacji PV; akumulatory nie są ładowane;
• przedpołudnie w słoneczny dzień oznacza zwiększoną produkcję prądu słonczego – wszystkie domowe odbiorniki zasilane są przez instalację PV; jeśli ilość prądu słonecznego przewyższa aktualne potrzeby urządzeń w budynku, nadmiar słonecznej energii elektrycznej kierowany jest do ładowania akumulatorów, zamiast do sieci energetycznej;
• słoneczny dzień, po południu – akumulatory są już całkowicie naładowane, a instalacja PV produkuje więcej prądu niż potrzebują domowe odbiorniki – nadwyżka prądu słonecznego kierowana jest do sieci energetycznej;
• wieczorem, wydajność instalacji PV maleje i nie wystarczy na całkowite pokrycie potrzeb budynku, wówczas inwerter uzupełnia brakującą ilość energii
z akumulatorów – pobiera prąd słoneczny wcześniej w nich zmagazynowany, zamiast pobierać prąd z sieci;
• w nocy instalacja PV nie pracuje – akumulatory zasilają budynek. Jeśli ilość zgromadzonego w nich prądu jest niewystarczająca, wówczas brakująca część pobierana jest z sieci.
Obowiązujące przepisy nakładają na właściciela instalacji fotowoltaicznej obowiązek umożliwienia zakładowi energetycznemu jej zdalne wyłączenie. Spowodowane jest to obawami, że przestarzałe sieci energetyczne mogą nie wytrzymać nadmiernej ilości prądu fotowoltaicznego. Dlatego zakład energetyczny może zdalnie odłączać instalacje PV. Przepisy nie są precyzyjne i nie mówią, kiedy dokładnie może to zrobić, na ile godzin i czy z racji odłączenia właścicielowi przysługuje jakaś forma rekompensaty za przymusowe odłączenie.
Uwzględniając powyższe, instalacja hybrydowa może być doskonałym rozwiązaniem przy często powtarzających się odłączeniach instalacji PV od sieci.

PV do c.w.u.

Jest to rozwiązanie alternatywne dla instalacji kolektorów słonecznych. Produkowany przez panele PV prąd stały zasila grzałkę lub grzałki elektryczne, które zamieniają go na ciepło i ogrzewają ciepłą wodę użytkową (c.w.u.). Zwykle instalacje tego typ wyposażane są w moduły PV o mocy ok. 2 kWp. W zależności od rodzaju modułów znajduje się w niej ok. 8 do 12 paneli fotowoltaicznych. Nad pracą instalacji czuwa sterownik grzałek. Kontroluje on parametry prądu przekazywane do grzałki.

Instalacja PV do c.w.u. może być alternatywą dla kolektorów słonecznych:
·    łatwiej jest poprowadzić dwa przewody elektryczne 4 mm2, niż przewody hydrauliczne o znacznie większej średnicy;
·    sterownik reguluje prąd doprowadzany do grzałki oraz kontroluje temperaturę wody użytkowej
w zbiorniku, dzięki temu instalacja nie przegrzeje się i nie ma problemu stagnacji, jaki może występować w przypadku kolektorów słonecznych. Po przekroczeniu zadanej temperatury układ rozłącza się
i grzałka nie pracuje;
·    w PV nie ma cieczy transportującej ciepło, więc nie ma niebezpieczeństwa rozszczelnienia instalacji;
·    nie trzeba kontrolować i wymieniać płynu solarnego.
Natomiast wadą instalacji PV do c.w.u. będzie konieczność zajęcia większej powierzchni dachu przez moduły, niż w przypadku dwóch kolektorów słonecznych.
W tego rodzaju instalacjach stosuje się najczęściej dedykowane grzałki elektryczne, o jednym lub kilku elementach grzewczych. Specjalna konstrukcja grzałki powoduje, że element grzewczy o najmniejszym oporze załącza się już przy minimalnym nasłonecznieniu.
Jeden z elementów grzewczych może być zasilany prądem sieciowym. Przy małej efektywności instalacji PV, np. pochmurna pogoda, woda użytkowa może być ogrzewana do wymaganej temperatury w tradycyjny sposób.
Instalacje PV do c.w.u. są rzadko stosowane. Obecne przepisy prawa pozwalają wykonać instalację PV dla całego domu, w tym również do jego ogrzewania. Przy wykorzystaniu systemu magazynowania prądu słonecznego w sieci energetycznej, jest to najbardziej uzasadnione ekonomicznie rozwiązanie.

Małe instalacje PV
Małe instalacje fotowoltaiczne oferowane są często w zestawach do samodzielnego złożenia. Można je wykorzystać do zasilania urządzeń 12 V, jak również 230 V; do oświetlenia, ładowania telefonu, tabletu, komputera, do zasilania czajnika, telewizora, lodówki czy hydroforu. Można je również wykorzystać do podtrzymania pracy pompy solarnej, pracy kotła na paliwo stałe, itd.
Pracą instalacji steruje regulator ładowania. Zasilany jest prądem stałym z modułów PV i przekazuje określoną wartość prądu do ładowania akumulatora, która zależy od stopnia jego naładowania.
Regulator kontroluje stan naładowania akumulatora, żeby nie został przeładowany lub nadmiernie rozładowany.
Do regulatora można bezpośrednio podłączyć odbiorniki prądu stałego 12V. Często regulator ma również port USB, do którego możemy podłączyć np. telefon komórkowy czy laptop.
W małych instalacjach łatwo możemy korzystać ze słonecznego prądu w postaci prądu przemiennego. Wystarczy niewielkim kosztem dołożyć przetwornicę prądu z tzw. sinusem modyfikowanym (nie jest to pełny sinus jak w sieci, ale po trapezie). Można również zastosować przetwornicę w pełnym sinusie, ale wiąże się to ze znacznie większym wydatkiem.

Oferta PV przykładowych firm

VIESSMANN
Strona internetowa: kliknij
Prospekt: kliknij
VAILLANT
Strona internetowa: kliknij
Prospekt: kliknij
HEWALEX
Strona internetowa: kliknij
IMMERGAS
Strona internetowa: kliknij
SUNTRACK
Strona internetowa: kliknij
Przykładowe zestawy fotowoltaiczne: kliknij
VOSTI
Strona internetowa: kliknij

Instalnews - bezpłatny biuletyn e-czasopisma InstalReporter 6/2018 1/2018 12/2017