Kliknutím zvětšíteEvropská unie se snaží členské země dotlačit k uhlíkové neutralitě. Součástí má být přechod k obnovitelným zdrojům, k nimž patří i solární elektrárny. Tato snaha se přijímala mírně řečeno s rozpaky, jenže krach Bohemia Energy a válka na Ukrajině vše změnily a firmy dodávající fotovoltaiku nestíhají vyřizovat zakázky. Ukazuje se totiž, že se zvyšujícími se cenami elektřiny, které podle odborníků už nikdy nebudou nízké jako ještě nedávno, se fotovoltaika během pár let vyplatí většině rodinných domů.
Slunce má v sobě energii. Není jí mnoho a je řídká (to se odborně definuje jako plošná hustota). V ideálních podmínkách se pohybujeme u příkonu kolem 1 MWh na m2 za rok. A to ještě v místech s ideálními podmínkami, tedy kam slunce skutečně dopadá, protože ne všechna místa (třeba střechy) mají ideální postavení vůči slunci.
Ovšem i to málo, co k nám dopadne a s účinností mezi 20 a 30 % se převede na využitelnou elektrickou energii, je dost na to, aby se dalo svítit, přitápět, chladit apod. Záleží na využití plochy, která sluneční záření zachytává fotovoltaickými panely, a následném uložení získané energie na hodiny, kdy slunce nesvítí. Téma ukládání energie působí i mezi odborníky jako třecí plocha. Někteří říkají, že ekonomicky nejrozumnější je ukládání do vody a v létě naopak využívání energie pro chlazení, jiní si stojí za ukládáním do akumulátorů a využívání v době nedostatku. Každé řešení má svá pro a proti a záleží na dané instalaci, která je vždy jedinečná.
Celým domem
Pro pochopení, co vlastně fotovoltaika (FVE) v domě znamená, o jak složitý systém jde, je třeba projít od střechy až po elektroměr. Na střeše bývá umístěno několik fotovoltaických panelů, každý o hmotnosti přibližně 20 kg plus váha instalační a upevňovací sady. Panely jsou spojeny do několika stringů (společných zapojení). Pokud je některý panel stíněn třeba komínem, mohlo by se stát, že by tento panel blokoval ostatní. Proto se pro takové případy instalují takzvané optimizéry.
Součástí střešní instalace musí být také ochrana proti zásahu bleskem, takže fotovoltaika může znamenat i předělání hromosvodu.
Následně kabeláž prostupuje ze střechy do domu, kde se napojuje několik důležitých prvků – například regulátory MPPT (maximum power point tracking) zabezpečující optimální využití solárních panelů tak, aby odebíraná energie neustále dosahovala nejvyššího možného výkonu. Dalšími komponenty jsou střídače – tedy jedna z nejdůležitějších, nejsložitějších a bohužel také nejdražších součástí solární elektrárny. Střídače pomocí elektroniky převádějí elektřinu ze stejnoměrného na střídavé napětí. Symetrické střídače rozdělují výkon elektrárny do všech fází stejně, zatímco asymetrické rozdělují výkon do fází podle potřeby. Druhé jmenované jsou samozřejmě výrazně dražší a složitější, ale dokážou s výkonem pracovat mnohem hospodárněji, zejména v provozu s akumulátory.
Na první pohled to tedy vypadá, že asymetrické střídače jsou výrazně nevýhodné. Petr Pešek ze společnosti Pešek&Mudra, která se zabývá návrhem a instalacemi fotovoltaických elektráren, s tím však nesouhlasí: „Asymetrické střídače dokážou poslat výkon tam, kde je to potřeba. Takže když na jedné fázi zrovna pojede varná konvice a myčka, asymetrický střídač jejich spotřebu vykryje z FVE nebo akumulátorů.
U symetrického by se mohlo stát, že například výkon z vašeho akumulátoru bude odcházet do sítě. Pro logicky správné využití fotovoltaické elektrárny s akumulátory je asymetrický střídač nutností.“ Není ovšem od věci použít také takzvané součtové měření, jak vysvětluje další odborník na fotovoltaické systémy Zdeněk Pištěk: „Kdyby se neměřilo po fázích, většině českých domácností by stačilo instalovat jednofázovou hybridní fotovoltaickou elektrárnu o povoleném výkonu do 16 A.“
Nejjednodušší schéma. Do něj ještě může být zapojena spousta dalších součástí – od optimizérů, bojlerů po wallboxy…
Po střídači následuje elektrický rozvod domu napájející klasický odběr ve svítidlech a spotřebičích, ale i akumulátory s optimizéry nebo ohřívače vody pro přípravu TUV. Energie se může posílat také do tepelného čerpadla. To má sice vysokou pořizovací cenu a u rekonstrukcí se často musí přistoupit i k úpravě otopného systému, ale výrazně uspoří vstupní energie, když dokáže vykouzlit z jedné spotřebované jednotky násobně větší tepelný výkon.
Optimalizace rozvodů se však musí dělat se znalostí věci, protože neodborné nastavení může vést i k opačným extrémům, jako jsou zvýšení cen za energie, problematické souběhy přístrojů, výpadky a problémy s celým systémem. Na internetu lze najít spoustu příkladů, kdy neodborně navržený, nainstalovaný nebo technicky nedokonalý systém způsobil problémy, které se následně probíraly i v televizních pořadech.
Zpátky do sítě
Samozřejmě se objevuje otázka, zda se vyplatí vracet energii zpátky do sítě. Ta má hned několik rovin. Jednak není jisté, zda vůbec daná solární elektrárna může mít přetoky do sítě – distributor je totiž má právo odmítnout. Naše rozvodná síť je sice kvalitní, robustní, ale bohužel není chytrá. V každé obci tak stojí transformátory s vlastnostmi, které nelze změnit. V chytrých sítích (lze se setkat i s výrazem smart grid) se elektronika postará o vysoké výkony, které třeba v létě v poledne dodávají solární panely do sítě. Jenže to naše síť nedokáže, takže výkony ze špiček dne posílané od zákazníka k distributorovi by mohly trafostanici zničit. Dnes se proto velmi často povolují pouze FVE bez přetoků, jež sice jsou na síť připojeny, ale zpátky mohou poslat jen „technický přetok“, to znamená velmi malé odchylkové proudy.
Navíc výkupní cena elektřiny je u obchodníků velmi nízká a vlastně se vůbec nevyplatí uvažovat o prodeji přetoků jako o prostředku finanční rozvahy. To by se majitel FVE musel odpojit od známých obchodníků a sepsat smlouvu s firmou účtující dle spotových hodnot na burze. Cena na burze má totiž svou křivku – když je potřeba nejvíce energie (ráno, večer), cena dosahuje maxima, zatímco v létě v poledne nebo po půlnoci je nejnižší. Pomocí kvalitního řízení spotřeby a přetoků, nabíjení a vybíjení akumulátorů by se na přetocích dalo vydělat, ale do hry na ekonomické burze vstupují další činitelé, takže majitel může i prodělat.
Pro optimální nastavení získávání, distribuce a spotřeby je třeba mít navržený správný systém na kvalitních komponentech. Jakýmsi mercedesem mezi nimi pak jsou ty se značkou Victron
V neposlední řadě nabízejí velcí obchodníci zajímavou možnost takzvané virtuální baterie, kdy majitel FVE posílá přetoky do určité výše do sítě a pak si stejné množství může zase v době nedostatku zdarma vzít zpět. Zákazník samozřejmě stejně zaplatí paušální poplatky, distribuční poplatky za silovou elektřinu, OZE, rezervovaný příkon apod. Cena samotných kilowattů je ale skutečně nulová.
Co dovoluje zákon
Dle současné legislativy lze na střechu instalovat fotovoltaické panely s maximálním výkonem 10 kWp (kilowattpeak = maximální hodnota výkonu). Do této hranice není zapotřebí mít od Energetického regulačního úřadu licenci energetického výrobce. Zároveň je výrobce osvobozen od daní z příjmu.
V současné chvíli se v Poslanecké sněmovně připravuje zákon, který by měl tuto hranici posunout na 40 kWp. Tím by se legislativa měla zároveň vypořádat s momentálními mezerami, protože dosud ignorovala např. sdílenou energetiku, kdy mezi sebou lze sdílet energii se sousedy, nebo agrovoltaiku – tedy možnost pěstovat na polích plodiny a zároveň instalovat fotovoltaické panely. Potvrzuje to Zdeněk Pištěk, který má rozsáhlé zkušenosti z Německa: „Instalací v Německu je násobně víc a funguje i takzvané komunitní sdílení energie nebo agrofotovoltaika. To v ČR zatím bohužel pořád není aktuální.“
Princip FVE
Sluneční záření dopadající na polovodičový prvek dokáže pohlcováním fotonů na P-N přechodu uvolnit volný elektron. Tím se vyrábí elektřina. Jeden solární článek o rozměrech přibližně 10 x 10 cm vyrobí napětí přibližně 0,5 V. Spojováním více článků do takzvaných modulů se dosáhne požadovaných hodnot výstupního napětí. Články a moduly jsou zapouzdřeny do velkých desek, na nichž je propustné a pevné sklo (o tloušťce až 5 mm), zatímco zespodu články hermeticky uzavírá vrstva hliníku a speciální plastové fólie. Každý panel má určitou hodnotu výstupního napětí a proudu (výkonu).
Tento výkon není dostatečný pro žádné napájení. Proto musí být spolu sériově a paralelně zapojeno víc panelů. Výstupem je stejnosměrný proud, který se dá buď rovnou využít ve spotřebičích, které tomu jsou přizpůsobené, nebo jej pomocí elektronického střídače převést na proud střídavý. Střídavý proud se běžně užívá v domácnosti nebo se dá za určitých podmínek posílat do rozvodné sítě.
Fotovoltaika se pravděpodobně postupem času stane nejdůležitější součástí energetické výroby.
Zájem stoupá
Kvůli vysokým cenám energií se v celé Evropě strhla lavina žádostí o instalace fotovoltaiky. Podporují to i štědré evropské a státní podpory (u nás Nová zelená úsporám). Vznikl tak velký převis poptávky nad nabídkou, který žene do závratných výšin cenu, prodlužuje dodací lhůty a bohužel se podepisuje i na kvalitě projektů. „Doba dodání komponentů je v současné době cca 6–8 měsíců dle velikosti objednávky. Samozřejmě, že když objednáte střídač a 3 baterie, bude doba dodání jiná, než když objednáte 40 sad na instalace. Panely jsou v současnosti dostupnější, ale spíš při objednávce kontejnerového množství z Hamburku nebo Rotterdamu,“ říká odborník na instalace solárních panelů Zdeněk Pištěk.
Akumulátory
Když slunce svítí, je energie dost. Ovšem ani chvil, kdy nesvítí, není právě málo. Proto se hodí v dobách přebytku ukládat energii někam, odkud by se dala vzít při nedostatku. Akumulátory, které se pro tento účel dnes používají, mají bohužel mnoho omezení. Jejich životnost se pohybuje kolem třiceti let a je třeba se o ně vhodně starat – nabíjet je a vybíjet, nesmějí se přehřívat, některé typy mohou i vzplanout… Svět tudíž stále čeká na přelomový vynález, který by odhalil akumulátor s dostatečně velkou energetickou hustotou a bez výše uvedených nectností. I tak se aplikace dnešních akumulátorů (například vysloužilých setů z elektromobilů) jeví jako vhodný doplněk k FVE.
Nejproblematičtější tak zůstává cena, jež výrazně solární elektrárnu prodraží a posune její návratnost o několik let. Přesto se při dnešních cenách energií vyplatí, nemluvě o pocitu nezávislosti – ten je k nezaplacení.
Počáteční investice
Největším protivníkem instalace solárních systémů je počáteční investice. I když stát dotuje instalace statisícovými částkami, majitel musí mít peníze na celou investici předem, protože dotace přicházejí s několikaměsíčním zpožděním. Mít připraveno půl milionu nebo si za velké úroky půjčit u banky může být problém. V západních zemích jsou v tomto ohledu o kousek dál. Například firma Viessmann nabízí na německém trhu i pronájem solární elektrárny. Za měsíční poplatek (jakýsi operační leasing) dodá firma kompletní fotovoltaickou elektrárnu, která je navržena pro konkrétní dům. Následně ji servisuje, udržuje a nechává pojistit. Majitel má pak jistotu v pravidelných platbách, k nimž se může zavázat až na dvacet let.
Pro optimální nastavení získávání, distribuce a spotřeby je třeba mít navržený správný systém na kvalitních komponentech. Jakýmsi mercedesem mezi nimi pak jsou ty se značkou Victron
Fotovoltaika a tepelné čerpadlo
„Kombinaci FVE a tepelného čerpadla lze provozovat několika způsoby. Nejdůležitější je prvotní návrh, kdy investor musí mít rozmyšleno, jak chce FVE využívat, a následně zvolit technicky a ekonomicky smysluplné řešení,“ říká Robert Bicek, specialista na tepelná čerpadla a solární systémy společnosti Bosch Termotechnika.
Pro zpracování návrhu je vždy potřeba, aby se zákazník obrátil na odbornou firmu, která správně spočítá veškeré technické parametry a náklady a následně zajistí kvalitní instalaci. Pro správné nastavení se ale musí brát v úvahu nejen stávající systémy, ale i ty plánované. Lze vypočítat teoretickou potřebu tepla na vytápění a přípravu teplé vody v průběhu roku. Poměr pokrytí energie z FVE bude ovlivňovat výkon a uvažované zapojení fotovoltaické elektrárny. „V letních měsících, kdy není potřeba vytápět, je možné energii využít pro přípravu teplé vody nebo pro chlazení,“ vysvětluje Robert Bicek.
Jeden příklad za všechny
Solárních elektráren na střechách je velké množství. Jedna ale zároveň funguje i jako velká laboratoř. Inteligentní rodinný dům v Omicích postavilo několik špičkových firem v oboru pod dohledem odborníků na kvalitu vnitřního prostředí ČVUT UCEEB. Řídicí systém iCOOL4 pracuje na hardwaru firmy Teco – v obou případech jde o kvalitní české výrobky. Inteligentní dům je vybaven FVE s výkonem 9,7 kWp od společnosti S-Power Energies, domácím bateriovým úložištěm firmy AERS (do září 2021 typ AES s kapacitou 11,25 kWh, od září 2021 pak stanice HES s kapacitou 41,4 kWh), rekuperační vzduchotechnickou jednotkou WAFE a elektrickým sálavým vytápěním z produkce společnosti Fenix Group. Součástí domu je i wallbox pro nabíjení elektromobilu.
Díky integrovanému systému kontroly s adaptivní logikou lze regulovat a optimalizovat tok energie, maximalizovat míru energetické soběstačnosti domácnosti a zároveň ukládat energii vyrobenou fotovoltaickými panely. Elektřina z panelů tak jde přímo tam, kde je potřeba. Nebo může současně nabíjet akumulátory a zároveň vykrývat spotřebu domu. Přebytečná vyrobená elektrická energie se může vracet do distribuční sítě (pokud má domácnost smlouvu s distributorem). Nedostatek elektřiny v akumulační stanici se naopak může kompenzovat z veřejné sítě.
Největším protivníkem instalace solárních systémů je počáteční investice.
Zajímavé je, že stanice HES funguje vlastně jako systém vše v jednom – akumulační jednotka stojí samostatně, má rozměry 600 × 600 × 1 920 mm a obsahuje moduly pro sběr energie, třífázový střídač s možností nesymetrického zatížení či odběru, sadu akumulátorových bloků a nabíječ. Takže stačí kabely propojit s fotovoltaickými panely a domácím rozvaděčem.
Celý systém je napojen online na zainteresované firmy a výzkumníky v ČVUT, takže lze okamžitě zjišťovat data ze systému. Ztráty částečně působí uskladnění elektrické energie do baterií i samotný provoz HES systému. Vrácená energie z FVE putuje zpět do elektrické distribuční sítě. Ačkoli má dům relativně nízkou spotřebu velkých spotřebičů (pračka, sušička, trouba, varná deska apod.), potřebuje poměrně velké množství zásuvek. Kromě spotřebičů a běžné domácí elektroniky je totiž zapojena i mohutná rozvaděčová skříň, sauna nebo trvale zapnuté zobrazovací jednotky. Mezi významné spotřebiče patří i nabíjení elektrického vozidla.
4
Čtenář reportér
Kondice
Dům a zahrada
Kafe
iReceptář
TN.cz
