Moje solární systémy.

Velké téma poslední doby ochrana klimatu a životního prostředí  a  jeden z jeho pilířů, alternativní zdroje,  které by měly přispět ke spasení světa, mě přivedlo k rozhodnutí  prozkoumat realitu. Především kolik energie lze v místě mého bydliště (Brdy, střední Čechy) vytěžit různými solárními systémy. Vyzkoušel jsem solární ohřev teplé užitkové vody (TUV)a solární fotovoltaický (FV) panel s mikroinvertorem a akumulací do sítě:

Solární zdroj RE50W.
Ohřev teplé užitkové vody solárními kolektory.
Přípravky pro monitorování systému.
V plánu je FV panel s akumulací do baterie s měničem v ostrovním režimu.

Mýty a skutečnost

Pro porovnání jednotlivých systémů jsem s pomocí výše prezentovaných přípravků a SW vytvořeného pro tento účel, provedl srovnávací měření výkonu vytěženého PV panelem se systémem ohřevu TUV slunečním kolektorem. Dále jsem jako referenční, s laskavým souhlasem majitele, použil data z reálné malé hybridní FVE (5kWp). Data jsem analyzoval a porovnal s TMY z databáze Evropské komise PVGIS-SARAH:

Měření a analýza solárních systémů.

Z provedené analýzy plynou následující závěry:

  • Solární kolektor Vitosol 100-FM, typ SH1F s pevnou orientací na JJZ a elevačním úhlem 30° může vyprodukovat v místě instalace  166 kWh/m2/rok.
  • PV zdroj s mikroinvertorem RE50W s natáčením a elevačním úhlem 45° může vyprodukovat v místě instalace 77  kWh/m2/rok.
  • Malá PV elektrárna 5kWp s orientací panelů na JJV a elevačním úhlem 40° může vyprodukovat v místě instalace 140  kWh/m2/rok.
  • Na efektivitu systému má vliv počáteční (startovací) výkon měniče energie (Pmin) a to tím více, čím je větší poměr tohoto výkonu k jmenovitému výkonu solárního zdroje. Tento se jev projeví jen u malých zdrojů a to dosti výrazně. U velkých zdrojů se neprojeví a navíc je u zjednodušeného výpočtu efektivity implicitně ve výpočtu zahrnut.
  • Solární kolektor vytěží cca 2,15x více energie než malý PV panel s natáčením, nicméně vlivem vysokého Pmin v zimních měsících k ohřevu vody prakticky nepřispívá.

Lednička a FV panel s mikroinvertorem

Lednička třídy A++ má deklarovanou denní spotřebu 0,59 kWh. Aby byla spotřeba této lednice vykryta v plném rozsahu byly by potřeba tři výše prezentované zdroje RE50W  Aby to fungovalo alespoň v 2/3 roku, tak by muselo jít využít rekuperace přebytečné energie do rozvodné soustavy a v případě nedostatku tuto energii zpět odebrat.

Teoreticky lze s provozovatelem distribuční soustavy uzavřít smlouvu na dodávku energie do sítě (nenulový rezervovaný výkon). Pro připojení je však třeba splnit celou řadu podmínek viz. [2]. Uzavření smlouvy s provozovatelem distribuční soustavy na dodávku přetoků do sítě z malého zařízení provozovaného bez licence (do 10kW) může být obtížné. Někteří prodejci však nabízejí produkty, které nadvýrobu FV umožňují akumulovat do sítě a za určitých podmínek ji opět odebrat:

  • ČEZ: Elektřina pro soláry – ČEZ od zákazníka vykupuje elektřinu za 40 % ceny, kterou zákazník platí za odběr elektřiny podle svého tarifu. ČEZ takto vykupuje zákazníkovu elektřinu až do výše, která odpovídá zákazníkovu odběru ze sítě. Aby mohl zákazník využít „Elektřinu pro soláry“, musí odebírat elektřinu od ČEZ a mít elektrárnu provozovanou v režimu bez licence.
  • Bohemia Energy: Bonus S-power – elektřina je od zákazníka vykupována za momentální  tržní cenu elektřiny a zákazník může rovněž elektřinu za stejných podmínek ze sítě odebírat (produkt Energie A++). Za výkup každé megawatthodiny zákazník zaplatí 300 Kč. K využití Bonusu S-Power musí zákazník odebírat elektřinu od Bohemia Energy. Aktualizace: Bohemia Energy 12.10.2021 ukončila činnost !.
  • E.ON: Virtuální baterie – elektřina, kterou zákazník do sítě pošle, se mu eviduje na účtu (virtuální baterii) v kilowatthodinách. Když zákazník naopak elektřinu ze sítě potřebuje, nejprve se mu odečítají bezplatně kilowatthodiny z jeho účtu, a když svou zásobu vyčerpá, začne odebírat standardně zpoplatněnou elektřinu. „Bezplatně“ se v tomto případě týká jen množství silové elektřiny. Zákazník stále platí distribuční a další regulované poplatky a kromě toho ještě roční paušál za využití („pronájem“, „správu“) Virtuální baterie. Paušál začíná za 588 Kč za 1 MWh poslanou do sítě, další megawatthodiny mají vlastní ceník.

Není to zcela zadarmo a může se to vyplatit jen u větších zařízení. Tyto produkty prodejci nabízí proto, aby motivovali zákazníky ke změně dodavatele. Potom dojde ke krachu obchodní společnosti (viz. Bohemia Energy) a je vymalováno. Celé je to založeno na tom, že dojde ke spotřebování přetoků v rámci lokální sítě nn a obchodník přebírá zodpovědnost za přetoky do distribuční soustavy, které však jsou v praxi malé a toto riziko si nechá patřičně zaplatit.

Elektromobil

Základní verze Škoda Enyaq iV 50 má lithium-iontovou baterii o kapacitě 55 kWh, elektromotor s výkonem 109 kW a dojezd na jedno nabití až 340 km. Přepočítáme li výše naměřené výsledky na sestavu panelů na rodinném domku o ploše 40m2, potom můžeme průměrně získat 16,4 kWh/den. To je 30% energie potřebné k plnému nabití baterie elektromobilu.

Měření spotřeby

Mnohé napadne proč si nepořídit vlastní FV systém nezávislý na distribuční síti. Ostrovní fotovoltaický systém s mohutným bateriovým setem, s dostatečným počtem (případně směrově natáčených) panelů, který by měl být plnohodnotnou  energetickou náhradou distribuční soustavy, je neuvěřitelně nákladná záležitost a stejně se v zimních měsících, v podmínkách ČR, bez rozvodné soustavy neobejdeme. Takové systémy jsou ve zjednodušené variantě a ještě jištěné dieslovým agregátem, použitelné tam, kde není dostupná distribuční soustava. Jinde je to mimo ekonomickou realitu.

Je ještě možnost provozovat FV systém s bateriovým úložištěm  se zamezením přetoků do sítě a dimenzovaným tak, aby vykrýval špičky výkonu nad omezení dané hlavním jističem. Hlavní jistič tak může mít nižší hodnotu, a tím se sníží sazba za elektřinu ze sítě. Jenže od roku 2011 si distribuční společnosti v ČR prosadily změnu ve způsobu měření spotřeby, kdy místo součtového měření salda všech fází (tak to měřily staré mechanické elektroměry), se měří po jednotlivých fázích. Důsledky této změny pro majitele malých domácích solárních elektráren jsou probrány v [1]. Ve stručnosti to  lze shrnout tak, že pokud je nevhodně  navržený systém je návratnost investice v nedohlednu. Tento problém lze eliminovat použitím asymetrického střídače, nebo systémů s jednofázovými měniči, s vhodnou úpravu rozložení spotřebičů na jednotlivých fázích. Asymetrické měniče však  nejsou zcela běžné, protože jinde v celé Evropě se  používá měření součtové, kde symetrický měnič nevadí, tak proč by se výrobci pro Česko snažili.

Poznámka: Na tento problém jsem narazil i  při zkoušení RE50W. I když celkové saldo  spotřeby bylo kladné, na fázi s připojeným měničem vznikl přetok, protože tam právě odběr nebyl. Ten přetok byl navíc zpoplatněn, protože  standardní elektroměr měří přetoky do sítě jako spotřebu!

Závěrem

Pro majitele velkých solárních polí, kteří mají licenci a uzavřenou smlouvu s dodavatelem elektřiny o připojení zdroje k elektrizační soustavě, je fotovoltaika, díky dotované ceně dodávané energie, dobrý zdroj příjmů, bohužel na úkor ostatních. Náklady na zvýhodněný výkup platí totiž všichni v ceně za odběr.  Vzhledem ke značné nestabilitě solárního zdroje, musí rezervovaný výkon zajistit klasický energetický zdroj (natopená elektrárna v pohotovostním režimu), takže ekologii to prospívá minimálně. V případě mohutné rozvodné soustavy (evropská rozvodná sítˇ) se zase energie přelévá z jedné části kontinentu na druhý. Nehledě na přenosové ztráty, je to velmi nebezpečný stav, kdy hrozí rozpad sítě (blackout). Potom je třeba zavádět nákladná opatření, aby se blackoutu zabránilo.

Malé domácí PV elektrárny s  bateriovým úložištěm, by se vzhledem k jejich  decentralizaci, mohly stát významným  stabilizačním prvkem rozvodné soustavy. Majitelům těchto zařízení se však staví do cesty spousta legislativních a obchodních překážek. Dotace, které dobře živí odborné montážní firmy, nejsou pro provozovatele malých domácích elektráren motivací. Motivací by byla jen rozumná návratnost investice.

Pokud je cílem pouze ohřev TUV, případně vody v bazénu, jeví se vhodnější systém se solárními kolektory, který je méně nákladný. Protože však ohřev nelze v našich podmínkách zaručit v průběhu celého roku, je nutné počítat se záložním zdrojem ohřevu (elektřina, plyn, kotel ÚT). 

Literatura

  1. Měřeni po-fázich je pro vlastniky malych FVE problem
  2. Vyhláška o podmínkách připojení kelektrizační soustavě
  3. The Evolution of PV Solar Power Architectures(Mohd, Dr. Alaa - 2011/09/01)