Bohužel spotřeba elektrické energie budovy vždy neodpovídá aktuálně vyrobené energie ze solárních panelů. Míra tohoto nesouladu závisí na typu budovy (průmyslové, kancelářské, obytné, nákupní centra atd.) a na chováním lidí v těchto budovách. Průmyslové budovy mají tu výhodu, že jejich spotřeba je rovnoměrně rozložena po celý den (tří směnný provoz). Problémem jsou obytné budovy, kde je spotřeba elektrické energie největší v době, kdy není k dispozici mnoho solární energie. Není jednoduché synchronizovat výrobu energie z fotovoltaické elektrárny se spotřebou, aniž by se budova potažmo chování lidí přizpůsobilo slunečnímu svitu.
Obr. 1. Spotřeba vs výroba elektrické energie (Zdroj: www.se.com)
Co s nadměrnou solární produkcí?
Pokud je lokálně vyrobená energie vyšší než spotřeba je několik možností, co s touto energií můžeme udělat:
- Prodat zpět do distribuční soustavy (prodej energie, uložit do virtuální baterie)
- Omezit výrobu energie pomocí fotovoltaiky
- Přebytek energie uchovat pro pozdější použití (lokální baterie, virtuální baterie)
- Přesunout některé zátěže do období, kde je generován přebytek energie
Prodej přebytků
Prodej přebytků zpět do distribuční soustavy je nejjednodušší způsob, jak se přebytků zbavit. Není potřeba investovat do drahých akumulačních baterií. Výkupní ceny energie nejsou tak vysoké jako ceny, které nám distributor účtuje pro naši spotřebu. Nicméně je stále lepší energii prodat, než utlumit výrobu solární energie odpojením fotovoltaických panelů. Navíc jsou na trhu obchodní společnosti, které se zaměřují pouze na výkup solární energie. Takže zákazník nemusí být vázán jen dodavatelem, u kterého má uzavřenou smlouvu.
Virtuální baterie
Virtuální baterie je specifikum, na kterém se neshodne nikdo. Jedni ji obhajují a druzí ji zavrhují. Je pravda, že se při ukládání energie musí platit distribuční poplatky. Ty samé poplatky se musí také platit pokud si energii bereme zpět z virtuální baterie. Dále tu jsou pravidelné měsíční poplatky. Když si to vše sečteme, tak energie z virtuální baterie není nejlevnější, ale její cena se pohybuje okolo polovin ceny energie na trhu. I tak je virtuální baterie zajímavým produktem, jelikož zákazník nemusí řešit umístění drahých, těžkých lokálních baterií.
Lokální baterie
Jedná se o nejefektivnější využití solární energie, jelikož se vyprodukovaná energie spotřebuje přímo na místě, a to i v období, kdy slunce nesvítí (v noci, brzy ráno nebo když je zamračeno). Tato možnost je však nákladná a má dlouhou dobu návratnosti. Do rodinného domu se doporučuje baterie o velikosti od 5 do 10 kWh. Cena takové baterie se pohybuje v řádů desetitisíců a může se vyšplhat až nad sto tisíc korun. Není jednoduché jednoznačně říct, zda je výhodnější pořízení baterie lokální nebo virtuální. Nelze totiž jen porovnat náklady na instalaci. Do všeho nám totiž vstupují dotace. Pokud se rozhodneme do systému s lokální baterií, zákazník má nárok na vyšší dotace. A v tomto momentu rozdíl mezi systémem s baterií a bez ní může činit „jen“ několik desítek tisíc. A to při celkové investici několika set tisíc nehraje tak velkou roli.
Baterie se zkráceně označují jako Li-ion. Tato technologie vyřešila řadu nedostatků starších olověných baterií (velikost, hmotnost, kapacitu, i životnost). Díky tomu však stoupla cena. Do této skupiny spadá hned několik typů baterií podle chemického složení. Jejich základní rozdíly se pokusím popsat do několika vět.
- Lithium – mangan oxid (LMO) - Rychlé nabíjení, v porovnání s ostatními Li-Ion bateriemi mají o něco kratší životnost
- Lithium – nikl – mangan – kobalt oxid (NMC) – Velká kapacita, technologie, ale využívá vzácný a ekologicky problematický kobalt
- Lithium – nikl – kobalt – hliník oxid (NCA) – Velká kapacita a vysoká stabilita, ale opět přítomnost kobaltu.
- Lithium – železo – fosfát (LFP) - Dlouhá životnost, stabilita při teplotních výkyvech, zabudovaný ochranný obvod proti přehřívání. I tak patří tento typ u nových instalací k nejrozšířenějším.
Obecně Li-Ion baterie nabízejí proti starším typům vyšší kapacitu a velký počet nabíjecích cyklů. Nevyžadují formátování kapacity před prvním použitím, nemají sklony k samovolnému vybíjení a pokud jsou plně nabité dlouhou dobu tak to nemá na ně negativní vliv.
Řízení zátěže
Řízení zátěže nebo také přesunutí spotřeby do období, kdy je solární energie v maximální výši. Ač tato možnost zní dobře, že za nás vše vyřeší nějaký automatický systém, neobejde se to bez změny životního stylu. Příkladem tohoto řízení je nabíjení elektrických vozidel, ohřev vody nebo ovládání HVAC systému (topení, větrání a klimatizace).
Nabíjení elektrických vozidel je činnost, kterou potřebujeme realizovat v momentě, kdy dorazíme z práce. Čili pozdě večer a to je již sluneční svit v ne příliš maximální hodnotě. A čerpat energii z lokální baterie není příliš rozumné. Kapacita baterie automobilu se pohybuje v řádů desítek kwh, kdežto kapacita lokální baterie solárního systému je několik kwh. A každý den vybíjet baterie neprospívá její životnosti. Co se týče ovládání HVAC systému, tak jsme na tom podobně. Topení nebo chlazení potřebujeme hlavně v momentě, kdy jsme doma. A to není zrovna ta doba, kdy je nejvyšší sluneční aktivita.
Obr.2 Přesunutí spotřeby do doby, kdy je nejvyšší sluneční aktivita (Zdroj: www.se.com)
Výběr sestavy solárního systému není jednoduchou záležitostí a každý systém má své specifikum. Není jednoznačně říct, který z nich je pro daný rodinný dům a jejich obyvatele nejvýhodnější. Nicméně uvedu několik faktů, které pomohou porozumět fotovoltaickým systémům a vyvrátit některé nepravdy.
Co bychom měli vědět, než si pořídíme fotovoltaickou elektrárnu?
Proč se nejdříve spotřebuje energie z invertoru a ne ze sítě?
Vysvětlení je jednoduché. Cesta mezi invertorem a zátěží (spotřebičem) má nižší impedanci než cesta mezi distribuční sítí a zátěží. Elektřina prochází cestou nejmenšího odporu. Zátěž tedy bude spotřebovávat nejdříve vyrobenou solární energii a podle potřeby bude čerpat další energii ze sítě. Pokud je vyrobená solární energie větší než spotřeba zátěže, bude energie navíc mít tendenci jít zpět do sítě. Následující video tuto vlastnost vysvětluje.
Co znamená pojem self-consumption?
Self-consumption (vlastní spotřeba) je ekonomický model budovy. Vyjadřuje poměr vyrobené solární energie a spotřebované solární energie v budově. Tento poměr může nabývat hodnot mezi 0 % a 100 %, přičemž 100 % vlastní spotřeby znamená, že veškerá vyrobená solární energie je spotřebována zátěžemi. Poměr vlastní spotřeby nižší než 100 % znamená, že část vyrobené solární není lokálně spotřebována. V takových případech je přebytek prodáván zpět do sítě.
Musíme FV systém přes noc vypnout?
V noci fotovoltaické panely nevyrábí elektřinu. Jelikož solární invertory zůstávají přes noc v pohotovostním režimu, může systém nadále spotřebovávat malé množství elektrické energie. Této spotřebě energie v pohotovostním režimu lze předejít odpojením fotovoltaického systému v noci od sítě. Toto odpojení se neprovádí, jelikož vlastní spotřeba invertoru v noci se pohybuje okolo 1 až 2 W. Realizace takového odpojení vyžaduje instalaci dalšího zařízení a vzhledem k výše uvedené spotřebě se to jednoduše nevyplatí.
Můžeme využívat solární energii v momentě, kdy vypnou elektřinu?
Solární invertor je navržen tak, aby fungoval paralelně se sítí. Měří síťové napětí a frekvenci v místě připojení a poskytují výstupní výkon synchronizovaný s tímto napětím a frekvencí. Solární invertor tak negenerují nesoulad nebo nestabilitu v elektrické instalaci.
V momentě, kdy dojde k výpadku elektřiny, solární invertor se nemá s čím synchronizovat. V ten moment se invertor uvede do pohotovostního režimu (do režimu vysoké impedance). V pohotovostním režimu invertor měří napětí sítě a čeká až se napětí objeví, poté dojde k opětovné synchronizaci a připojení. Pokud by invertor i přes výpadek sítě dodával elektrickou energii, tak v momentě obnovy síťového napětí by došlo k nesouladu v elektrické instalaci (napětí a proud invertoru by nebyli v souladu s napětím a proudem sítě). Tento nesoulad si můžeme představit jako fázový posun napětí a v nejhorším případě může způsobit zkrat.
Pokud bychom chtěli využívat solární energii (z baterie nebo z fotovoltaických panelů) v momentě výpadku sítě je nutné domácnost nejdříve odpojit od distribuční sítě. Invertor musí mít tu vlastnost, že je schopen generovat elektrickou energii i bez synchronizace a zároveň monitorovat distribuční síť, kdy dojde k obnově napětí, aby se mohl opětovně synchronizovat a připojit.
Symetrický nebo nesymetrický invertor?
Solární invertor patří k těm menším prvkům fotovoltaické elektrárny. I přes svoji velikost má však obrovský vliv na návratnost investice. Výkon fotovoltaické elektrárny není jediným důležitým parametrem. Neméně důležitým parametrem je schopnost solárního invertoru rozdělit tento výkon do jednotlivých fází. Symetrický invertor bývá levnější, ale asymetrický je efektivnější a díky němu je i návratnost investice mnohem kratší.
Symetrický invertor rozděluje výkon fotovoltaické elektrárny rovnoměrně (symetricky) do všech tří fází bez ohledu na to, jaká je aktuální spotřeba v jednotlivých fázích. Asymetrický invertor dokáže rozložit výkon do jednotlivých fází nerovnoměrně (asymetricky), a to je jeho obrovská výhoda.
Nejlepším vysvětlením je uvést příklad z praxe. V běžném provozu není rozložení spotřeby na jednotlivých fází stejné. Představme si situaci, kde na jednotlivých fázích je následující spotřeba: Fáze 1: 0,5 kW; Fáze 2: 0,5 kW; Fáze 3: 2 kW. Fotovoltaická elektrárna aktuálně dodává 3 kW.
Symetrický invertor je schopen aktuálně pokrýt v jednotlivých fázích spotřebu 1 kW. Čili rozložení výkonu je následující: Fáze 1: 1 kW; Fáze 2: 1 kW a Fáze 3: 1 kW. Co to znamená v praxi? Na fázi 3 se musí vzít 1 kW ze sítě a z první a druhé fáze se 0,5 kW odvede do distribuční sítě. A to je značně neefektivní.
Na druhou stranu v případě asymetrického invertoru, dojde k asymetrickému rozložení výkonu do jednotlivých fází dle aktuální spotřeby. Čili Fáze 1: 0,5 kW; Fáze 2: 0,5 kW; Fáze 3: 2 kW. Asymetrický invertor je schopen dostat z fotovoltaické elektrárny maximum. Symetrický invertor je sice levnější, ale dokáže prodloužit návratnost investice do fotovoltaiky klidně i o několik let.
Závěr
Pořídit si fotovoltaickou elektrárnu je investice, která se určitě vyplatí. Není ale jednoduché se rozhodnout jakou verzi fotovoltaického systému si zvolit. Zda využít ke skladování energie lokální či virtuální baterii, jaký typ solárního invertoru zvolit. Vstupních parametrů pro rozhodování je mnoho a tento článek má posloužit jako odpověď na některé nezodpovězené otázky, které si před pořízením fotovoltaické elektrárny pokládá každý.
Komentáře
Horeni
Jeste bych doplnil - nevsiml jsem si toho v clanku - dulezitost jak ktere chemie clanku hori nebo jen coudi. Toto totiz muze byt jednim z omezujicich faktoru v urcitych objektech. V idealnim pripade by objekt mel mit svoji baterkovnu v oddelenem pozarnim useku. I kdyby pouzival treba LFP baterie ktere coudi, tak ten kour dokaze znicit elektroniku a zdravi take.
Jiny omezujici pripad jsem zahledl v lokalite, kde je ochranne pasmo vodniho zdroje. Tam je take asi potreba nejdriv badat, jake typy baterii tam mohou byt a jak ma byt uzpusobena baterkovna pro pripad pozaru.
Nejvetsi baterii u rodinnych domu je prekvapive bojler, do nej se mohou cpat prebytky a mit porad teplou vodu, protoze voda ma velke merne teplo - akumuluje ho velmi mnoho pri docela malem zvysovani teploty. Takze treba mit hlavni baterku 10kWh a k tomu bojler ktery pojme 100kWh energie muze byt docela bezne. Polovina spotreby rodinneho domu s ohrevem vody elektrikou je prave na vodu.
Doporucuji serii videi od Teslacka "OSTROV FVE 20kW PEAK Rozhovor: Ondřej Bajer" kde jsou dobre postrehy z provozu, zde konkretne skoro ostrovniho systemu.