Fotovoltaika pre rodinný dom - úvod

Fotovoltaika pre rodinný dom – výhody a nevýhody, návratnosť

Fotovoltaická elektráreň má za úlohu vyrábať elektrinu. Zmyslom jej inštalácie je odľahčenie distribučnej siete, určitá úspora peňazí na jej prevádzke a v neposlednom rade aj istá nezávislosť od dodávateľov, napríklad v prípade výpadku elektriny.

V našom článku sa bližšie pozrieme na jednotlivé prvky fotovoltaického systému na rodinnom dome, vysvetlíme si typy fotovoltaických elektrární, prejdeme výhody a nevýhody rôznych riešení a odhadneme výkon, približnú cenu inštalácie ako aj návratnosť pre bežnú domácnosť.
Fotovoltaická elektráreň pre rodinný dom - schéma

Prvky fotovoltaick

é

ho syst

é

mu

 

Bežný fotovoltaický systém pre rodinné domy pozostáva z nasledovných hlavných prvkov:

 

Fotovoltaické panely

Nosná konštrukcia pre fotovoltaické panely

Menič (invertér)

Batéria (voliteľný prvok)

Káblové rozvody

Fotovoltaický panel - Monokryštalický (tmavošedý odtieň)

Fotovoltaick

é

panely

 

Sú základným prvkom fotovoltaickej elektrárne, ktorý premieňa slnečnú energiu na elektrickú energiu. Každý panel má určitú účinnosť, čo znamená koľko percent z dopadnutej slnečnej energie premení na elektrickú energiu. V dnešnej dobe sa pohybuje účinnosť fotovoltaických panelov na úrovni 18-19%. Fotovoltaické panely vyrábajú jednosmerný prúd, ktorý je potrebné pre bežné využitie zmeniť na striedavý – toto sa deje v meniči (invertéri).

 

V praxi sú panely často označované číslom za názvom, napríklad 325Wp (Wp = Watt peak), toto číslo znamená, koľko elektrickej energie (vyjadrenej vo Wattoch) dokáže daný panel maximálne vyprodukovať (peak) za ideálnych podmienok (teplota 25°C a bezoblačná atmosféra - tieto ideálne podmienky samozrejme v praxi málokedy nastanú). Napríklad v uvedenom príklade 325Wp vidíme, že daný panel vyrobí maximálne 325W za hodinu, čo predstavuje 0,325kWh.

 

Životnosť

Výrobcovia zvyčajne poskytujú záruku 25 rokov na výkon fotovoltaických panelov (obvykle majú okolo 90 % nominálneho výkonu po 12 rokoch a 80 % nominálneho výkonu po 25 rokoch).

Bežná je aj záruka 10 rokov na vyhotovenie panelu (rám modulu, elektronické súčasti a kabeláž).

Skutočná životnosť panelov sa obvykle pohybuje v rozmedzí 25-30 rokov.

 

Typy panelov – monokryštalické a polykryštalické

Dnes už nie je zaujímavý výkonový rozdiel medzi tým, či používame monokryštalické alebo polykryštalické články.

Rozoznáme ich obvykle podľa farby - monokryštalické solárne panely majú väčšinou tmavý odtieň idúci do čiernej farby, polykryštalické solárne panely majú väčšinou modrý odtieň.

V minulosti boli drahšie (z dôvodu technológie výroby) monokryštalické články, avšak aj cenový rozdiel je dnes minimálny.

 

Monokryštalické panely

Pomalšie nabiehajú, avšak potom dodávajú mierne viac energie. Tieto panely sa hodia tam, kde je zaručená ideálna orientácia (presný juh, ničím netienený a sklon panelov 30-40°). Pri nižšej intenzite slnečného žiarenia podávajú mierne horší výkon ako polykryštalické solárne panely, pri ideálnej orientácii podávajú zasa mierne vyšší výkon.

 

Polykryštalické panely

Solárna elektráreň z týchto panelov má rovnomernejší výkon. Tieto panely sa hodia viac na miesta, kde je určitá odchýlka od ideálnej orientácie. Vo všeobecnosti polykryštalické panely majú mierne lepšiu účinnosť pri slnečnom žiarení pod rôznymi uhlami.

 

Nosný systém pre plochú strechu - v tomto prípade bola nosná hliníková konštrukcia namontovaná na závitové tyče, ktoré sú ukotvené do železobetónovej konštrukcie strechy. Panely boli osadené na "ležato".
Nosný systém pre šikmú strechu - v tomto prípade bola nosná konštrukcia namontovaná do dreveného latovania pod plechovou krytinou.

Nosná konštrukcia pre fotovoltaické panely

 

 

Nosná konštrukcia by mala byť čo najľahšia a zároveň čo najpevnejšia. Materiálovo je preto obvykle vyhotovená ako hliníková, kombinovaná s ušľachtilou oceľou, čím sa zabezpečí jej odolnosť voči korózii a zároveň potrebná pevnosť, aby odolala silným nárazom vetra.

 

Nosná konštrukcia panelov sa líši podľa toho či, ich umiestňujeme na plochú alebo šikmú strechu.

 

Plochá strecha

Na plochej streche môžeme panely umiestniť tak, že na existujúcu strechu rozmiestnime betónové kocky, na ktoré uchytíme nosnú konštrukciu (obvykle trojuholníkového tvaru) a následne na ňu uchytíme panely. Výhodou tohto riešenia je, že sa dá použiť na akejkoľvek plochej streche, ktorej nevadí dodatočné zaťaženie panelmi a betónovými kockami.

 

Druhou možnosťou je, pokiaľ na fotovoltaiku myslíme už vo fáze návrhu domu, že do stropnej železobetónovej dosky strechy sa navŕtajú závitové tyče, na ktoré sa priamo namontuje nosná konštrukcia panelov. Toto riešenie je pevnejšie ako vyššie spomínané a jeho výhodou je, že nepriťažuje strešnej konštrukcii. Nevýhodou je väčšie množstvo prestupov cez strešnú izoláciu, ktoré treba starostlivo spracovať, aby cez strechu nezatekalo.

 

Výhodou plochej strechy je, že máme úplnú voľnosť v nastavení sklonu a orientácie panelov, sme obmedzený len jej veľkosťou, kde platí, že od okraja strechy by sme mali nechať približne 0,75m odstup. Na jeden panel o bežných rozmeroch 1,0x1,6m je potrebné uvažovať okolo 4m2 plochy strechy. Panely sa dajú montovať orientované na výšku aj po dĺžke.

 

Šikmá strecha

Pri šikmej streche sa obvykle panely montujú na horizontálne nosné profily, ktoré sú ukotvené do latovania pod strešnou krytinou. Pri plechovej krytine sa to obvykle rieši skrutkami, čím nám vznikne viacero prestupov cez strešnú krytinu. Pri šikmej streche je to však menej háklivé na správne vyhotovenie ako u plochých striech. Ďalším riešením pre betónové a keramické škridle je uchytenie do latovania cez konzoly, ktoré vychádzajú popod škridle a tým nevznikajú dodatočné prestupy. Pokiaľ konzoly nadvihujú jednotlivé škridle, odporúčame zbrúsiť spodnú stranu škridiel natoľko, aby boli v rovine so zvyškom strechy.

 

Výhodou šikmej strechy je, že panely môžu byť na hustejšie a aj nosná konštrukcia býva lacnejšia a jednoduchšia. Nevýhodou šikmej strechy je, že jej sklon a orientácia nám väčšinou určí aj sklon a orientáciu fotovoltaických panelov.

 

V prípade šikmej strechy môžeme na jeden panel o bežných rozmeroch 1,0x1,6m uvažovať okolo 1,6m2 plochy strechy.

 

Priťaženie strešnej konštrukcii

Treba mať na pamäti, že umiestnením fotovoltaických panelov priťažíme streche. Samotné panely majú okolo 20kg na 1 kus. V prípade plochej strechy majú nosné trojuholníky hmotnosť okolo 10kg (1 pár pre 1 panel) a betónové kocky individuálne. V prípade šikmej strechy je nosná konštrukcia mierne ľahšia a odpadá aj variant s betónovými kockami.

 

Pre jednoduchosť môžeme pri fotovoltaike uvažovať s priťažením strechy okolo 25kg/m2.

Meni

č (invert

ér)

 

Elektrický prúd vyrábaný fotovoltaickými panelmi je jednosmerný. V rodinných domoch ale používame striedavý elektrický prúd (ten je potrebný na pohon zariadení s elektromotormi).

 

Zmenu jednosmernej elektrickej energie vyrobenej fotovoltaickými panelmi na striedavú, zabezpečujú práve meniče.  Menič je preto kľúčová súčasť fotovoltaickej elektrárne.

Okrem premeny elektrickej energie, ponúkajú viaceré kvalitné meniče možnosť monitorovania výkonu v reálnom čase ako aj ovládanie fotovoltaickej elektrárne na diaľku cez mobilnú aplikáciu. Stačí ich pripojiť k internetu a nakonfigurovať.

 

Niektorý výrobcovia ponúkajú zariadenia typu „všetko v jednom, ktoré dokážu nielen meniť prúd na striedavý, ale obsahujú aj nabíjač batérie, solárny regulátor, farebný monitor, vzdialenú správu a podobne, čím sa zjednoduší celá inštalácia.

 

Výkon meniča

Každý menič má určitý výkon udávaný vo volt ampéroch (VA). Napríklad 5 000VA, tento údaj je teoretické maximum. V praxi vie menič dlhodobo dodávať približne o 20% menej, napríklad v našom príklade 4000W. Toto je dôležitý údaj, ktorý treba zohľadniť pri výbere meniča, pretože ak máme na streche 12 panelov o výkone 300Wp = 12x300 = teoreticky 3600W, potom menič s reálnym výkonom 4000W by mal mať dostatočný výkon k našim panelom.

 

Jednofázový alebo trojfázový menič

Bežne používané fotovoltaické meniče sú jednofázové (trojfázové sú v súčasnosti veľmi drahé). Jednofázový menič môžeme pripojiť len na jednu fázu, a tým pádom môžu elektrinu z fotovoltaických panelov využívať len spotrebiče pripojené na túto fázu.

 

Z tohto dôvodu je potrebné si vopred rozmyslieť, aké spotrebiče chceme, aby využívali fotovoltaickú elektrinu a tieto pripojiť na tú fázu, na ktorú je pripojený menič. Neskoršie prepojenie fáz nemusí byť vždy možné!

 

Bežne sa na fotovoltaiku napája ohrev teplej vody (elektrický bojler), osvetlenie, klimatizačné jednotky, zásuvkové obvody v dome a podobne. Ideálne je napojiť spotrebiče, ktoré majú stály odber počas dňa, keď svieti slnko.

 

Rozmery a umiestnenie meniča v rámci domu

Rozmery meničov sú individuálne, obvykle sa pohybujú okolo 45cm x 35cm x 25cm. Nie sú to teda veľké zariadenia. Montujú sa na stenu a aj z tohto dôvodu nezaberajú veľa miesta. Pre jednoduchosť môžeme povedať, že v rodinnom dome si stačí vyčleniť pôdorysné miesto pri stene o ploche 60x60cm, ideálne v blízkosti rozvodnej skrinky s ističmi.

 

Menič a hluk

Meniče majú aktívne chladenie, to znamená, že z času na čas (pri vyššom výkone a teplote) sa pustia ventilátory, ktoré vedia robiť pomerne dosť veľký hluk. Okrem toho samotný menič, už z princípu svojho fungovania vydáva mierny piskľavý/bzučiaci zvuk. Nie je to výrazný hluk, ale aj tak jednoznačne odporúčame umiestniť menič do technickej miestnosti, prípadne uzavrieť do nejakej vetranej skrinky.

Fotovoltaika - Príklad Li-ion batérie od BMZ

Bat

é

ria (volite

ľn

ý

prvok

)

 

Prebytočná vyrobená elektrická energia z fotovoltaických panelov môže byť uskladnená v solárnych batériách. Batérie sa dobijú v priebehu dňa z nespotrebovanej energie zo solárnych panelov a potom vo večerných hodinách nám dodávajú určitú energiu.

 

Kapacita batérie

Batérie majú kapacitu udávanú v ampér hodinách (Ah) a pracovné napätie, pri ktorom fungujú udávané vo voltoch (V). Vhodnú veľkosť je potrebné zosúladiť s výkonom panelov, meničom a podľa toho ako využívame fotovoltaiku. Bežne sa kapacita pre rodinné domy pohybuje od 2kWh do 8 kWh. Napätie batérií býva zväčša 12V, 24V alebo 48V. Čím má batéria vyššie napätie, tým sú menšie straty na káblových vedeniach medzi meničom a batériou.

 

Ak chceme odhadnúť, koľko elektrickej energie z batérie dostaneme, musíme vynásobiť pracovné napätie batérie s jej kapacitou. Napríklad, ak má batéria s typickým pracovným napätím 12V udávanú kapacitu 200Ah, takáto batéria nám dodá približne 12V x 200Ah = 2 400Wh = 2,4 kWh elektrickej energie. Tento výpočet je však len približný a nezohľadňuje viaceré faktory ako napríklad to, že pracovné napätie batérie sa mení v priebehu jej vybíjania a podobne.

 

Typy batérií

 

Akumulátory olovené kvapalinové

Jedná sa o solárne akumulátory s tekutým elektrolytom (nie sú to však klasické štartovacie batérie). Kvapalinové akumulátory sú údržbové, to znamená, že vyžadujú pravidelnú kontrolu a dolievanie destilovanej vody. Okrem toho sa neodporúča vybíjať ich pod 50% kapacity, pretože sa tým výrazne znižuje ich životnosť (počet cyklov) – zhruba na polovicu. Konkrétny počet cyklov záleží od daného výrobcu, ale bežne sa pohybuje okolo 700-1200 cyklov. Ich nevýhoda plynie z nutnosti nabitie do plného stavu po každom aj čiastočnom vybití batérie. Ak sa tak nestane, znižuje sa životnosť batérie. Jedná sa o najlacnejší druh akumulátorov pre fotovoltaiku.

 

Akumulátory olovené gélové

Jedná sa o solárne akumulátory s elektrolytom viazaným na kremičitý gél. Majú dlhšiu životnosť a vydržia väčší počet cyklov ako klasické akumulátory s tekutým elektrolytom. Konkrétny počet cyklov záleží od daného výrobcu, ale bežne sa pohybuje okolo 1200-1500 cyklov. Výhodou gélových akumulátorov je, že môžu byť vybíjané aj v stave len čiastočného nabitia.

 

Akumulátory AGM

Jedná sa o solárne akumulátory gélové, ktoré majú elektrolyt viazaný v separátoroch s obsahom sklenených vlákien. Odporúčajú sa pre aplikácie kde sa očakáva občasné vybitie do 100%, alebo časté vybíjanie na 60-80% a zároveň užívateľ nechce/nemôže zvoliť drahšie Li-Iontové alebo LiFePo bChristineatérie. Životnosť a cyklickosť je podobná ako u bežných kvapalinových akumulátorov.

 

LiFePo4

Lítium-železo-fosfátové batérie nemusia byť plne dobíjané, postačuje čiastočné dobíjanie, čo je ich hlavná výhoda oproti oloveným batériám. Zároveň ich kapacita a životnosť nie je tak závislá na teplotách. Majú vysokú cyklickú životnosť. Môžu sa vybíjať aj na 20% jej celkovej kapacity (80% vybitia) bez toho, aby to malo výraznejší vplyv na jej životnosť. Bežne zvládnu 5 000 cyklov. Okrem toho sú schopné dávať relatívne veľké množstvo energie, bez toho by to batériu poškodilo čo je výhodné pri nárazovom odbere väčšieho množstva energie. Majú vysokú hustotu energie, čo znamená, že na kilogram ich hmotnosti pripadá relatívne väčšie množstvo energie ako u vyššie popísaných batérií. Spolu s Li-Ion sú to momentálne najlepšie typy batérie k fotovoltaickému systému.

 

Li-Ion

Sú veľmi podobné vyššie popísaným LiFePo4 batériám.

 

Hĺbka vybitia

 

Je to dôležitý údaj, ktorý nám hovorí o tom, koľko percent z kapacity batérie môžeme reálne využiť. Napríklad ak výrobca uvádza hĺbku vybitia batérie 80%, znamená to, že 80% z jej kapacity vieme reálne využiť. Hĺbka vybitia je rôzna pre rôzny typy batérie ako sme písali vyššie.

 

Životnosť batérie

Batérie vo fotovoltaických systémoch sú zaťažované cyklicky (jeden cyklus je jedno nabitie a vybitie). Výrobcovia bežne udávajú počet cyklov ako životnosť batérie. Z nich sa dá pomerne presne odhadnúť doba životnosti v rokoch. Napríklad ak denne batériu priemerne raz za deň nabijeme a vybijeme potom nám batéria s udávanými 5 000 cyklami teoreticky vydrží 5 000/1 cyklus za deň/365 dní v roku = 13 rokov.

 

Pre optimálnu životnosť batérie je dôležitá aj teplota okolitého vzduchu, ktorá by mala byť ideálne okolo 20°C. Pri takýchto teplotách je miera samovybíjania pomerne nízka (2%). Pri teplote -10°C klesá približne o 20-25%.

 

Veľkosť batérie a jej umiestnenie v rámci domu

Čo sa týka batérie, tá by mala byť ideálne čo najbližšie k meniču, aby nedochádzalo na káblovom vedení k väčším stratám. Bežne sa umiestňuje pod menič na podlahu.

Veľkosť batérie je rôzna podľa jej typu a kapacity, takže sa nedá univerzálne odhadnúť.

Fotovoltaika - Systémový prestup cez plochú strechu
Systémový prestup káblov cez plochú strechu - Vonkajší priemer je DN75,
ktorý poskytuje dostatok priestoru aj pre budúce opravy alebo zmeny v inštaláciách.

K

á

blov

é

rozvody

 

Jedná sa o káblové prepojenie jednotlivých prvkov fotovoltaického systému. Srdcom systému je menič (invertér), ktorý musí byť jednak prepojený s panelmi na streche, za druhé s domovým elektrickým rozvádzačom (skrinka s ističmi) a prípadne aj s batériou, ak je súčasťou systému.

Dôležité je myslieť najmä na káblové prepojenie fotovoltaických panelov s meničom, keďže sa jedná o háklivejší prestup cez strechu. Z tohto dôvodu je vhodné počas výstavby nového domu urobiť aspoň stavebnú prípravu, t.j. natiahnuť chráničku o priemere 40mm v stene a zhotoviť systémový prestup cez strechu s ohybom v hornej časti (aby nestekala dažďová voda do chráničky).

Čo sa týka batérie, tá by mala byť ideálne čo najbližšie k meniču. Obvykle má kabeláž medzi batériou a meničom dĺžku do 2m, avšak pri batériách pracujúcich s väčším napätím (napr. 48V) nie je problém aj 7m, pričom strata predstavuje v takomto prípade len okolo 2% z kapacity batérie.

 

Domový rozvádzač (skrinka s ističmi) musí byť takisto pripojený k meniču. Do domu sú takmer vždy privedené tri fázy v rámci jedného prívodného kábla. Bežný menič je však jednofázový (trojfázové sú v súčasnosti veľmi drahé), to znamená, že ho môžeme pripojiť len na jednu fázu, a tým pádom môžu elektrinu z fotovoltaických panelov využívať len spotrebiče pripojené na túto fázu.

 

Pokiaľ máme na dome bežné ističe na vstupe 3x25A (3 fázy po 25 ampérov), potom môžeme na jednej fáze pustiť spotrebiče o maximálnom výkone 25A*230V = 5 750W. Z toho vyplýva, že na jednu fázu, kde bude zapojená fotovoltaika, je potrebné zapojiť spotrebiče, ktoré neprekročia súčasne túto hodnotu, t.j. nebudú naraz bežať spotrebiče so spotrebou väčšou ako 5 750W. Pokiaľ fotovoltaika vyrába elektrinu (cez deň) tak sa k tejto hodnote ešte pripočítava aj jej výkon. Povedzme ak máme menič o reálnom výkone 4000W a na jednej fáze nám môžu bežať spotrebiče o výkone maximálne  5 750W, potom v čase keď fotovoltaika vyrába elektrinu môžeme teoreticky na tejto jednej fáze pustiť naraz spotrebiče o výkone 5 750W + 4000W = 9 750W.

Typy fotovoltaick

ý

ch elektr

á

rn

í

Pripojené na sieť (On Grid)

Sú to systémy pripojené do bežnej distribučnej elektrickej siete. V prípade potreby elektriny sa použije najprv elektrina vyrobená z fotovoltaickej elektrárne na dome a pokiaľ jej nie je dostatok, zvyšok sa doplní štandardne z elektrickej siete. Súčasťou takéhoto systému nie je batéria.

 

V prípade výpadku elektriny od distribučnej firmy sa vypne aj fotovoltaická elektráreň z bezpečnostných dôvodov aby neprúdila náhodná elektrina do distribučnej siete.

 

- Nevýhodou je nižšie využitie vyrobenej elektriny, pretože prebytky cez deň nie je možné uskladniť do batérie a využiť neskôr večer.

 

+ Výhodou je nižšia cena oproti systémom s batériou.

Fotovoltaická elektráreň pre rodinný dom - schéma on grid zapojenia

Ostrovné systémy (Off Grid)

Sú to samostatné systémy bez pripojenia do elektrickej siete, preto sa nazývajú ostrovné. Súčasťou takéhoto systému musí byť batéria, do ktorej sa ukladá elektrina vyrobená cez deň a tá sa potom využíva v čase keď nesvieti slnko.

 

Takéto riešenie však v podmienkach Slovenska nepostačuje na vykurovanie bežného rodinného domu v zime a obvykle ani na ohrev teplej vody celoročne. Pri správnom nadimenzovaní by však ostrovný systém mohol postačovať na všetky ostatné činnosti vyžadujúce elektrinu v domácnosti. Takýto systém je vhodný pre chaty, alebo odľahlé stavby, ktoré vyžadujú menšie množstvo elektrickej energie.

 

- Nevýhodou je vyššia vstupná investícia a potreba záložného elektrického generátora pre obdobia bez dostatočného slnečného žiarenia.

 

+ Výhodou je nezávislosť od verejnej distribučnej siete a maximálne využitie vyrobenej elektriny.

Fotovoltaická elektráreň pre rodinný dom - schéma ostrovného zapojenia (off grid)

Hybridné solárne systémy (kombinácia On Grid a Off Grid)

Sú to systémy pripojené do bežnej distribučnej elektrickej siete. V prípade potreby elektriny sa použije najprv elektrina vyrobená z fotovoltaickej elektrárne na dome a pokiaľ jej nie je dostatok, zvyšok sa doplní štandardne z elektrickej siete. Súčasťou takéhoto systému je batéria, ktorá potom slúži ako zdroj, napríklad v čase keď nesvieti slnko alebo v prípade výpadku elektriny (vtedy sa prepne do režimu ostrovnej prevádzky Off Grid).

 

- Nevýhodou je vyššia vstupná investícia.

 

+ Výhodou je nezávislosť od verejnej distribučnej siete a maximálne využitie vyrobenej elektriny.

Fotovoltaická elektráreň pre rodinný dom - schéma hybridného zapojenia

Virtuálne batérie

Keďže batérie sú zvyčajne najdrahšie prvky fotovoltaickej elektrárne, niektorý dodávatelia elektriny prišli s ponukou takzvanej virtuálnej batérie jedná sa o fiktívne uskladnenie elektrickej energie, ktoré funguje takým spôsobom, že v čase prebytku elektriny vyrobenej z fotovoltaiky sa vám táto započítava u dodávateľa elektriny a následne, potom v čase nedostatku elektriny z fotovoltaiky môžete rovnaké množstvo čerpať z distribučnej siete zadarmo alebo za zníženú sadzbu. Tieto riešenia majú často požiadavku na to, že celý fotovoltaický systém musí byť dodaný a nainštalovaný príslušnou distribučnou spoločnosťou. Ďalším úskalím môže byť, že aj keď elektrina z virtuálnej batérie môže byť zdarma, budete platiť dvakrát poplatok za jej prenos (raz smerom do siete a potom smerom zo siete). Vždy preto odporúčame dobre si preštudovať konkrétne podmienky.

V

ý

kon -

čo očak

á

va

ť od fotovoltaiky na rodinnom dome

 

Inštalovaný výkon

Výkon fotovoltaickej elektrárne sa udáva v kWh. Základný údaj je takzvaný inštalovaný výkon (alebo inak povedané maximálny výkon za ideálnych podmienok). Je to súčet výkonov udávaných výrobcom na fotovoltaických paneloch. Jeden fotovoltaický panel má bežne výkon 300Wp (Watt peak). Ak máme potom 12 takýchto panelov na streche, celkový inštalovaný výkon našej fotovoltaickej elektrárne bude 12*300 = 3 600Wp = 3,6 kWp. Takáto zostava nám teda v ideálnom prípade vyrobí 3,6kWh za 1 hodinu.

 

Skutočný výkon

Skutočný výkon fotovoltaickej elektrárne závisí najmä od intenzity slnečného žiarenia ako aj jeho trvania. Priemerný ročný úhrn slnečného žiarenia v kWh/m2 udáva tabuľka nižšie. Treba mať na pamäti, že fotovoltaické panely majú obvykle veľkosť 1,0x1,5m = 1,5m2 plochy. Takisto si je potrebné pozrieť účinnosť panelu, ktorý udáva každý výrobca. Napríklad v Bratislave by panel o rozmere 1,5x1,0m a účinnosti 18% dokázal za rok teoreticky vyrobiť 324 kWh (1200kWh/m2 x 0,18 x 1,5 m2 panelu).  

Intenzita slnečného žiarenia na Slovensku za rok

Zdroj obrázka: The World Bank, Global Solar Atlas 2.0, údaje a mapka sú z http://solargis.info

 

Z uvedeného teoretického výkonu je potrebné odpočítať straty vplyvom uhlovej odrazivosti panelov (okolo 3%), straty vplyvom okolitej teploty (aj do 7%), straty v káblových rozvodov (záleží od ich dĺžky) a straty samotnou zmenou jednosmerného prúdu na striedavý (okolo 10%).

 

Bežne sa preto počíta na straty okolo 20% z vyrobenej elektriny. 

 

Výkon v rámci regiónov Slovenska

Z hľadiska konkrétneho umiestnenia fotovoltaickej elektrárne v rámci Slovenska môžeme konštatovať, že najviac slnečného žiarenia dopadá počas celého roka na juhu Slovenska, najmenej Orave a Kysuciach. Rozdiel medzi najchladnejšími a najteplejšími regiónmi v dopadajúcom množstve slnečnej energie je iba približne 15%. Z tohto dôvodu má zmysel fotovoltaická elektráreň aj v chladnejším oblastiach Slovenska.

 

Pre jednoduchý prepočet môžeme uvažovať, že v podmienkach SR sa dá vyrobiť na 1kWp inštalovaného výkonu 1000kWh za rok.

Otázne je samozrejme, či danú energiu dokážeme priebežne využiť, prípadne koľko z nej odložiť do batérie na neskoršie využitie.

 

Na to, aby mala fotovoltaická elektráreň čo najväčší výkon je potrebné zabezpečiť čo najvhodnejšiu orientáciu panelov.

 

Ideálna orientácia a sklon

Ideálna orientácia panelov je presne na juh pod sklonom 30-40°, pričom by nemali byť tienené žiadnymi predmetmi počas celého dňa.

 

Je dobré vedieť, že aj keď panely nemôžu mať ideálnu orientáciu priamo na juh, ale sú umiestnené priamo na východ alebo západ, ich účinnosť je nižšia len približne o 14%. To isté platí aj pri rozdieloch v sklone, pokiaľ máme o 15 stupňov menší sklon ako 30°, alebo väčší ako 40°, výkon panelov býva menší len o pár percent (okolo 5-6%). Väčší rozdiel urobí to, či ich máme mierne zašpinené alebo úplne čisté.

 

Počasie a výkon fotovoltaiky

Pri oblačnosti klesá výnos približne na 50% a pri husto zatiahnutej oblohe až na 10% maximálnych hodnôt. V zimných mesiacoch sa vyrobí zhruba len 20% elektriny v porovnaní s letnými mesiacmi.

 

Pokiaľ na panely nasneží súvislá pár centimetrová vrstva snehu, ich výkon sa znižuje bežne na 5-10%. Sneh sa obvykle na klzkom povrchu panelov dlho neudrží, takže pokiaľ nie sú panely umiestnené v oblasti s veľkými snehovými zrážkami, toto by nemalo predstavovať problém.

Cena fotovoltaickej elektr

á

rne pre rodinn

ý

dom

 

Ceny jednotlivých komponentov sú približne nasledovné:

 

Bežné fotovoltaické panely stoja okolo 180€-200€ za kus s DPH

Nosná konštrukcia pod panely na plochú strechu stojí približne 80€ na 1 panel

Solárne meniče stoja od približne 1 500€ za 3000VA až po 3 000€ za 5000VA

Solárna batéria môže stáť od 500€ za olovené články o kapacite 4kWh až po 3 000€ za Li-Ion batériu o rovnakej kapacite

Montáž je individuálna, ale bežne sa pohybuje okolo 1 000 – 1 500€

Spotrebný materiál a kabeláž okolo 500€

 

Pokiaľ si spočítame hore uvedené položky, povedzme, že uvažujeme s 12 panelmi, nosnou konštrukciou na plochú strechu, menič o výkone 4000VA, Li-Ion batériu o kapacite 4kWh. S montážou, dovozom a ostatným materiálom vychádza cena na približne 9 500€.

 

Bez Li-Ion batérie by rovnaká fotovoltaická elektráreň vyšla na približne 6 500€.

 

Prípadná dotácia „Zelená domácnostiam“ by mohla investíciu o pár tisíc eur znížiť.

N

á

vratnos

ť - oplat

í

sa fotovoltaika?

 

Pokiaľ hľadíme na túto otázku čisto cez peniaze, potom skôr nie. Uvedieme si zopár problémov, pre ktoré je návratnosť pomerne dlhá.

 

Problémy fotovoltaiky, predlžujúce jej návratnosť

Keďže fotovoltaická elektráreň vyrába elektrinu len počas slnečných hodín dňa, je potrebné vyrobenú elektrinu ihneď minúť v rámci dňa, alebo naakumulovať do batérie a využiť neskôr, napríklad večer, keď už slnko nesvieti. Z tohto pohľadu sa javí batéria ako ideálne riešenie, jej problémom je však cena. Aby mala batéria reálny zmysel, potrebujeme pre rodinný dom kapacitu aspoň 4-5kWh. Kvalitné batérie, ktorých kapacita sa dá takmer celá využiť sú veľmi drahé, a tým pádom robia investíciu do fotovoltaického systému menej návratnou. 

 

Ďalším problémom je, že fotovoltaická elektráreň vyrába najviac elektriny počas letných mesiacov (jún, júl) a najmenej počas zimných mesiacov (december, január). Na Slovensku sa však najviac energie minie práve v zime, pretože potrebujeme vykurovať dom a viac svietiť. Na vykurovanie minieme obvykle viac ako 50% celkovo spotrebovanej energie v dome (či už kúrime plynom alebo elektrinou), na ohrev teplej vody okolo 20% a zvyšných 30% sa delí medzi činnosti ako varenie, pranie, osvetlenie, elektronika a podobne. Z toho vyplýva, že keď potrebujeme najviac energie, fotovoltaika nám produkuje najmenej a naopak.

 

Určitým problémom je aj to, že bežne používané meniče (invertéri) sú jednofázové a dokážu dodávať elektrinu len zariadeniam napojeným na túto fázu. Praktickejšie sú samozrejme 3-fázové meniče, ktoré dodávajú elektrinu z fotovoltaiky do všetkých troch fáz, avšak problémom je zasa ich vyššia cena, a tým pádom nižšia návratnosť celého systému. Pokiaľ si teda zle rozmyslíme, ktoré zariadenia pripojíme na fázu s fotovoltaikou, jej návratnosť sa môže radikálne predĺžiť.

 

Pokiaľ súčasťou systému nie je batéria, musí sa elektrina z fotovoltaiky spotrebovať ihneď, čo môže byť pomerne ťažké. Obvykle sa preto pripojujú na fázu s fotovoltaikou zariadenia, ktoré bežia hlavne cez deň alebo dlhodobo s menšími výkyvmi spotreby. Napríklad chladnička, alarm, klimatizácia, bojler na teplú vodu, ohrev vody v bazéne a podobne.

 

Výpočet návratnosti

Na základe uvedeného nám vychádza najpraktickejšie riešenie pre bežný rodinný dom také, kde je súčasťou systému menšia kvalitná batéria (4-5kWh) a výkon fotovoltaických panelov sa nadimenzuje na ohrev teplej vody a pripojenie určitých spotrebičov ako chladničky, klimatizácie a podobne (povedzme inštalovaný výkon 3kWp = 10 bežných fotovoltaických panelov). Svietenie večer s LED svietidlami a pripojenie určitej elektroniky potom nebýva problém. Investícia sa pohybuje v takomto prípade okolo 8 000€ aj s montážou. Návratnosť sa pohybuje okolo 18 rokov (pokiaľ uvažujeme s priemerným ročným zdražením elektriny okolo 2% pre domácnosti, čo je viac ako rástla integrovaná cena elektriny pre domácnosti v období medzi rokmi 2010 až 2020). V našom prípade uvažujeme s tým, že batériu bude treba po 12 rokoch vymeniť (započítavame 2 batérie za životnosť celého systému cca 24 rokov).

 

Môžeme skonštatovať, že fotovoltaický systém v dnešnej dobe nie je určený pre ľudí, ktorí by chceli čisto ušetriť peniaze na prevádzke domu. V lepšom prípade sa nám na konci životnosti zaplatí, a tým pádom sme ho mali po celý čas zadarmo. Výhodou fotovoltaiky sú ale iné charakteristiky, ako napríklad, nezávislosť od dodávateľa v prípade výpadku elektriny (ak je súčasťou systému batéria – čo je napríklad praktické pre napájanie alarmov alebo citlivej elektroniky), klimatizovanie v lete zadarmo, alebo ohrev teplej vody v slnečných mesiacoch bez toho, aby sme museli hľadieť na účet. Pre niekoho to môže byť predstava ekologickejšieho riešenia, už len minimálne tým, že určitá časť elektriny sa vyrobí na mieste spotreby, čím sa šetrí prenosová sústava.

 

Z hľadiska energetického posudzovania stavby v energetickom certifikáte vychádza stavba s fotovoltaickou elektrárňou lepšie, pretože má nižšie nároky na celkovú dodanú ako aj primárnu energiu. Od 1.1.2021 musia byť všetky nové budovy navrhované tak, aby mali primárnu energiu v kategórii A0, k dosiahnutiu tohto cieľa môže pomôcť práve aj fotovoltaický systém v kombinácii s ďalšou technológiou.

 

Poznámka:

Naša projekčná kancelária nie je spojená so žiadnym výrobcom alebo predajcom fotovoltaických systémov. Názory a čísla prezentované v článku vychádzajú z našich skúseností s konkrétnymi fotovoltaickými systémami na základe ich prevádzky a projekčnej činnosti.

Mohlo by Vás tiež zaujímať

EN  SK
Radi by ste sa dozvedeli viac informácií? Napíšte nám na Facebooku alebo nám pošlite email na adresu uvedenú nižšie, prípadne nám zavolajte na uvedené telefónne číslo.
DJS Architecture s.r.o., email: office@djsarchitecture.sk, tel.:  +421 (0)948 801 020