Uruchomienie instalacji fotowoltaicznej bez wymiany licznika?

Po montażu instalacji fotowoltaicznej, a przed wymianą licznika przez pracownika Zakładu Energetycznego (OSD), najczęściej zadawane jest pytanie: Czy mogę już włączyć moją elektrownię i ewentualnie co się stanie, jeżeli ją uruchomię?
Od strony formalnej jest to nielegalne, ale co się będzie działo od strony technicznej (elektrycznej)?

Przy prawidłowo wykonanej instalacji fotowoltaicznej nie stanie się nic groźnego i zagrażającego życiu lub zdrowiu. Może jednak narazić nas na zupełnie niespodziewane koszty.

Wszystko zależy od dwóch czynników, tj od tego jaki aktualnie posiadamy rodzaj licznika oraz od tego czy energia, którą zacznie produkować załączona elektrownia będzie w całości konsumowana przez nasze urządzenia domowe, czy jej nadwyżka będzie próbowała „wydostać się” przez licznik poza naszą domową instalacje elektryczną w kierunku sieci zasilającej. Liczniki energii elektrycznej dzielą się na indukcyjne i elektroniczne.

Starszy ze stosowanych w Polsce, licznik indukcyjny posiada aluminiową tarczę, która obraca się z szybkością zależną od wielkości zużycia energii elektrycznej oraz od jej kierunku. Wyglądałoby, że przy produkcji naszej energii licznik będzie się kręcił w drugą stronę, zmniejszając nasze rachunki za prąd. Niestety, nic z tego. Liczniki indukcyjne mają wbudowaną blokadę wstecznego obrotu tarczy. Co prawda, mogą się jeszcze gdzieś uchować najstarsze liczniki indukcyjne bez blokady tarczy, ale jest to bardzo mało prawdopodobne.

W sytuacji posiadania licznika indukcyjnego, przy produkcji energii z naszej elektrowni PV większej niż pobór przez domowe urządzenia, uzyskamy co najwyżej zatrzymanie licznika i tym samym nie zaliczenie nam wyprodukowanej energii.

W przypadku liczników elektronicznych, są one tak skonstruowane, że naliczają wielkość zużytej energii niezależnie od kierunku jej płynięcia. Jest to oczywiście bardzo niekorzystna sytuacja, ponieważ produkcja energii z naszej instalacji fotowoltaicznej będzie zaliczana na nasze zużycie. Jak widać z powyższego, należy jednak poczekać na pracownika z elektrowni, który założy nam licznik dwukierunkowy.

Liczniki jednokierunkowe elektroniczne i licznik indukcyjny:

Produkcja elektrowni słonecznej – ekspozycja na wschód, zachód, północ.

Statystyka ponownie przydaje się do kalkulowania spodziewanych uzysków z ogniw fotowoltaicznych. Korzystamy z portalu PVGIS wg parametrów w poniższej tabeli:

Porównujemy roczną produkcję elektrowni słonecznej w przypadku dachów skierowanych na wschód, zachód i północ. W jednym z poprzednich artykułów (Wielkość produkcji elektrowni słonecznej w różnych miesiącach roku) obliczony został uzysk roczny dla dachu ustawionego na południe. Dla przypomnienia dla mocy 1 kW jest to wielkość 995,6 kWh.
Wyniki obliczeń pokazane są w tabeli poniżej:

Na uwagę zasługuje wynik uzyskany dla ustawienia na północ. Wbrew obiegowym opiniom, że z takiego ustawienia ogniw słonecznych uzyskamy w ciągu roku jakąś bardzo znikomą energię, to jednak jest to ponad 50% energii, której wyprodukujemy z ustawienia na południe.
Niewielka różnica w produkcji między ustawieniami na wschód i zachód może wynikać z położenia geograficznego Polski. (półkula wschodnia). Oprócz tego jest dodatkowa korzyść położenia modułów na wschód, która wynika z tzw. współczynnika temperaturowego modułu PV. Ogniwa fotowoltaiczne wytwarzają większe napięcia przy niższych temperaturach, a jak wiadomo pora dnia przedpołudniowa (słońce świeci od wschodu), wiążą się właśnie jeszcze z nienagrzanym, chłodniejszym powietrzem.
Wielu przyszłych prosumentów rozważa umieszczenie paneli fotowoltaicznych na dachu jednocześnie na połaci od strony zachodniej i wschodniej. Co możemy powiedzieć o takiej konfiguracji? Produkcja w ciągu roku będzie niemal identyczna, jak przy ustawieniu wszystkich modułów na jedną ze stron świata (wschód lub zachód) pod warunkiem skorzystania z dwóch niezależnych wejść falownika tzw. MPPT . Zmieni się natomiast rozkład produkcji energii w ciągu dnia. Ilość wyprodukowanych kWh w godzinach porannych, ale i popołudniowych da nam możliwość elastyczniejszego „regulowania” zużycia energii, aby jej autokonsumpcja była największa. Dla przypomnienia, wg aktualnych przepisów, energia wysłana do sieci odlicza się w następnym okresie rozliczeniowym w 80%. Wobec tego, bardziej opłacalne jest zużywać jak najwięcej energii na bieżąco niż oddawać ją do sieci energetycznej. I jest jeszcze jeden przypadek warty przeanalizowania. Chodzi o usytuowanie modułów jednocześnie w trzech różnych orientacjach tj. na południe, wschód i zachód. Takie konfiguracje możemy dość często spotkać w przypadku dachów o skomplikowanych kształtach. Przy dwóch wejściach MPPT ,w które najczęściej wyposażone są falowniki, błędem jest przyłączanie do jednego wejścia MPPT dwóch stringów spiętych ze sobą szeregowo. Łączymy wybrane dwa stringi ze sobą równolegle, co da nam optymalnie energetycznie wykorzystanie instalacji. W powyższym przypadku konieczne jest zastosowanie odpowiednich obliczeń, które dopasują parametry napięciowo-prądowe modułów do wejść falownika.
W powyższych rozważaniach pominięto konieczność, ale i jednocześnie zaletę stosowania specjalizowanych urządzeń optymalizujących pracę pojedynczych modułów, ze względu na występowanie dużej ilości zacienień zależnych od fragmentów konstrukcji dachu, kominów, lukarn itp. lub od innych obiektów (budynki, drzewa).

Jakiej wielkości (mocy) ma być moja domowa elektrownia fotowoltaiczna?

To jest jedno z pierwszych pytań jakie zadają sobie przyszli prosumenci. Odpowiedź na to pytanie jest bardzo ważna od strony racjonalności gospodarowania swoimi pieniędzmi. Pytanie o wielkość instalacji PV zadają dwie grupy inwestorów.

Pierwsza grupa to ci, którzy budują, dopiero co wybudowali albo kupili dom oraz druga grupa zamieszkujących swój dom od minimum roku. W przypadku nowych domów nie ma historii zużycia energii. Trzeba ją oszacować korzystając np. z wiedzy własnej albo audytu elektryka. Można skorzystać również z licznych kalkulatorów dostępnych w internecie, określających tzw. profil i wielkość zużycia energii elektrycznej w ciągu roku.

Druga grupa prosumentów ma łatwiejsze zadanie, bo wystarczy, że przeliczy z faktur wielkość zakupu energii np. z poprzedniego roku. Należy wziąć pod uwagę tylko opłaty za dostarczoną energię wyrażoną w kWh (kilowatogodzinach). Opłaty stałe w tym wyliczeniu pomijamy. Mając, albo oszacowane albo rzeczywiste roczne zużycie energii możemy odpowiedzieć na tytułowe pytanie. Otóż, otrzymane zużycie energii podzielimy przez 1000 i otrzymamy nawet dość dokładną moc elektrowni, którą powinniśmy zainstalować.

Przykładowo, nasze zapotrzebowanie roczne to 4000kWh (4MWh). Po podzieleniu przez 1000 otrzymamy 4kW (kilowatów). Skąd ta liczba 1000? Wynika ze statystyki, z przeciętnej produkcji energii elektrycznej z określonej mocy instalacji, zamontowanej w określonym położeniu geograficznym (dla centralnej Europy w tym Polski), skierowanej modułami na południe i pod kątem 35 st. w stosunku do powierzchni ziemi.

Ważna poprawka do naszych obliczeń wynika z przepisów ustawy OZE, regulujące rozliczenie dystrybutora energii (OSD) z prosumentem. Otóż, energia wyprodukowana, ale nie zużyta na własne potrzeby, a wysłana do zakładu energetycznego zostanie w następnej fakturze w 80% odjęta od energii przez nas pobranej. Wobec tego należałoby podnieść o ok. 20% moc planowanej instalacji fotowoltaicznej. W naszym przypadku ostatecznie oczekiwana moc instalacji to ok 4,8kW. Przy rocznej względnie powtarzalności zużycia energii, moc instalacji sprawdza się wtedy jako optymalna. Moc planowanej elektrowni należy również zwiększyć w przypadku ustawienia modułów w stronę inną niż południowa. Przykładowo położenie elektrowni na zachód lub wschód to potrzeba zwiększenia mocy o następne 20%, a ustawienie na południowy zachód o ok.10%. Docelowo, ideałem jest zejście z opłatami rocznymi za energię tylko do wysokości niskich w sumie opłat stałych (abonament), w tym całkowite rozliczenie wysłanego do sieci prądu.

Bardzo ważne jest posiadanie z zakładem energetycznym umowy na roczne rozliczenie energii. Jeżeli mamy np. rozliczenie dwumiesięczne to trzeba to zmienić na okres roczny. Musimy pamiętać o tym, że jeżeli zbudujemy zbyt dużą instalacje fotowoltaiczną (przewymiarujemy) i nie wymyślimy sposobu na zużycie nadmiaru wyprodukowanej energii, to nie będziemy mogli jej rozliczyć i „pójdzie” za darmo do sieci, a my przecież zapłaciliśmy za zamontowanie elektrowni w cenie proporcjonalnej do jej mocy. Pojawią się pewnie wtedy różne pomysły na zagospodarowanie nadwyżki. Rozwiązania legalne (zainstalowanie klimatyzacji, podgrzewanie wody w basenie, dogrzewanie się grzejnikami elektrycznymi, ładowanie nowego samochodu elektrycznego, czy zasilanie koparek bitcoinów) oraz te nielegalne ( np. odsprzedaż, nieodpłatne odstąpienie energii sąsiadowi).

Zdarza się często, że zbyt mała ilość użytecznego miejsca na dachu lub na gruncie nie pozwala na instalację elektrowni optymalnie dostosowanej mocą do naszych potrzeb. Nie powinno to nas zbytnio martwić. W przypadku zbyt małej instalacji, nie uda nam się co prawda maksymalnie zejść z opłatami za energię elektryczną, ale oczywiście montaż nawet kilku modułów jest również opłacalny. Wszak energia ze słońca jest za darmo!

Panele fotowoltaiczne na ścianie (elewacji) budynku

W przypadku braku możliwości umieszczenia modułów fotowoltaicznych na dachu budynku, można rozważyć montaż modułów ustawionych pionowo (90 st. w stosunku do powierzchni ziemi) np. na elewacji budynku, ścianie, balkonach.

panele fotowoltaiczne na ścianie - panele słoneczne
Panele fotowoltaiczne na ścianie elewacyjnej biurowca

Czy taka elektrownia wyprodukuje satysfakcjonującą nas wielkość energii? Najlepsze efekty w skali roku uzyskujemy przy usytuowaniu modułów dokładnie na południe oraz pochylone 35 stopni w stosunku do powierzchni ziemi. Przy pomocy kalkulatora PVGIS obliczony został uzysk roczny przykładowej instalacji o mocy 1 kW mocowanej pionowo na elewacji budynku.

panele fotowoltaiczne na ścianie - panele słoneczne
Panele fotowoltaiczne na elewacji domu

Otrzymane wyniki poniżej:

Energia w kWh dla różnych miesięcy w roku

Dla przypomnienia należy podać, że moc 1 kW elektrowni, ale ustawionej optymalnie (azymut na południe i kąt pochylenia 35 stopni) wyliczono na 995,6 kWh w skali roku. Mimo, że panele ustawione pionowo wyraźnie „podbijają” produkcję w miesiącach zimowych, to nie na tyle, żeby skompensować jej stratę w miesiącach z długimi dniami.

W rezultacie moduły fotowoltaiczne mocowane na elewacji wypracują w ciągu roku 71,3% energii, którą wyprodukowałyby moduły ustawione pod kątem 35%.

Czy dużo tracimy przy modułach ułożonych poziomo?

W poprzednim artykule obliczony został uzysk elektrowni o mocy 1 kW, ulokowanej w centrum Polski skierowanej na południe i pod kątem 35 stopni w stosunku do powierzchni ziemi. Ogólnie dostępny w internecie kalkulator PVGIS wyliczył dla tej konfiguracji roczną produkcję energii wielkości 995,6 kWh. Na dachach stromych, kąt połaci najczęściej mieści się w granicach 30-40 stopni. Inna sytuacja dotyczy dachów nachylonych pod niewielkim kątem lub płaskich. Do wyboru są dwie możliwości montowania modułów, można je ustawić pod pewnym kątem, albo położyć płasko na połaci dachowej. Ta pierwsza metoda jest częściej stosowana, ale i droższa, ponieważ wymaga montażu dodatkowej konstrukcji (tzw. trójkąty). Jeżeli jednak zdecydujemy się zamontować moduły poziomo na płaskim dachu, to czy dużo stracimy rocznie na produkcji energii?

Odpowiedź mamy na poniższych ilustracjach:

panele fotowoltaiczne w poziomie
produkcja energi z paneli poziomych - fotowoltaika

Wynik porównania jest następujący: moduły fotowoltaiczne ułożone poziomo (0 stopni) w stosunku do powierzchni ziemi wyprodukują rocznie 84,6% energii, którą wyprodukują moduły usytuowane optymalnie, czyli pod kątem 35 stopni ( 842,7/995,6 kwh *100% = 84,6% ). Tracimy wobec tego w skali roku ponad 15% energii.

Wielkość produkcji elektrowni słonecznej w różnych miesiącach roku.

Najlepszą porą roku dla fotowoltaiki jest oczywiście lato, ale pozostałe miesiące roku są równie ważne. Nasłonecznienie w kwietniu lub maju może nam napędzić całkiem sporą ilość energii elektrycznej. Co na ten temat mówi statystyka?

Do projektowania instalacji i obliczeń produkcji energii elektrycznej z fotowoltaiki stosowane są najczęściej aplikacje (kalkulatory) m.in. od producentów falowników oraz kalkulatory organizacji gromadzących dane statystyczne nasłonecznienia w czasie i miejscu kuli ziemskiej.

Przy pomocy kalkulatora PVGIS ( Photovoltaics Geographical Information System) dokonano obliczeń biorąc pod uwagę położenie geograficzne – miejscowość w Centralnej Polsce, moduły fotowoltaiczne o mocy łącznej 1 kW (np.4 moduły po 250W) skierowane dokładnie na południe i pod kątem 35 stopni w stosunku do powierzchni ziemi. Wyliczony został uzysk energii w poszczególnych miesiącach i cała produkcja roczna.

Ile potrzebuję miejsca na instalację fotowoltaiczną?

Wymiary najczęściej stosowanych modułów słonecznych o mocy 250-320W to ok. 165x100cm. Jeden moduł PV, składający się z 60-u ogniw waży mniej niż 20 kG. Razem z konstrukcją mocującą (profil+uchwyty) nie stanowi większego obciążenia dla dachu (gruntu) niż 35 kG/m2 (nie dotyczy mocowań-obciążeń balastowych).

Moduły łączy się ze sobą, powiększając tym samym moc i wytwarzaną przez nie energię elektryczną. Np. 4 połączone moduły, każdy o mocy 250W dają łączną moc 1000W=1kW, ale już 4 moduły 320W dadzą moc 1,28 kW.

Coraz częściej stosuje się moduły o mocach do 380W i wymiarach 196×100 (72 ogniwa).

Przykładowo, instalacja 5,12kW na dachu skośnym potrzebuje ok. 28m2 wolnej przestrzeni na montaż 16 modułów 320W.

Na gruncie i dachu płaskim, w celu optymalnego usytuowania paneli w stosunku do słońca i uniknięcia zacienienia przez kolejne rzędy paneli, niezbędna powierzchnia pod instalację elektrowni 5,12kW może w zależności od ilości rzędów, wynieść nawet ok. 90m2.

Poniżej dwa z wielu modułów produkowanych przez polskiego producenta firmę Bruk-Bet Solar: solar.bruk-bet.pl

Moduł BEP-280
Moduł BEM-375