Wielkość instalacji wynika ze zużycia, a nie z wolnej powierzchni dachu
Najczęstszy błąd przy fotowoltaice na domu jednorodzinnym jest prosty: inwestor patrzy na południową połać dachu, liczy, ile paneli się na niej zmieści, i ta liczba staje się założeniem projektu. Dach jest tylko górnym ograniczeniem. Prawdziwym założeniem jest dzienne zużycie energii w gospodarstwie domowym, bo o opłacalności nie decyduje to, ile instalacja produkuje, lecz to, ile z tej produkcji dom zużywa w momencie jej wytwarzania.
Powód tkwi w cenie. Kilowatogodzina pobrana z sieci kosztuje pełną stawkę wraz z dystrybucją i opłatami. Kilowatogodzina, którą wytworzy panel fotowoltaiczny i którą dom zużyje od razu, oszczędza cały ten koszt. Nadwyżka oddana do sieci jest warta tylko ułamek tej kwoty, a w zależności od modelu rozliczeń waha się od niskiej ceny skupu po proste rozliczenie ilościowe. Różnica jest tak duża, że dwie instalacje o tej samej mocy znamionowej i tym samym rocznym uzysku mogą mieć zupełnie różny czas zwrotu, wyłącznie w zależności od tego, kiedy domownicy są w domu.
O opłacalności decyduje autokonsumpcja
Autokonsumpcja to udział wytworzonej energii elektrycznej, który dom zużywa bezpośrednio. W domu jednorodzinnym bez jakiegokolwiek zarządzania odbiorami udział ten wynosi zwykle od jednej czwartej do dwóch piątych rocznej produkcji, bo instalacja osiąga szczyt w południe, gdy dom najczęściej stoi pusty. Reszta płynie do sieci i wraca w rozliczeniu o wartości, która nie odpowiada zaoszczędzonej kilowatogodzinie.
Przewymiarowana instalacja na domu bez zarządzania odbiorami jest więc gorszą inwestycją niż mniejsza instalacja w pełni pokryta własnym zapotrzebowaniem. Każdy dodatkowy kilowat mocy szczytowej ponad to, co dom jest w stanie wchłonąć, zwraca się wolniej niż poprzedni. Pierwsze kilka kilowatów na zwykłym domu zwróci się niemal na pewno; ósmy tylko wtedy, gdy istnieje na niego zapotrzebowanie.
Kolejność rozumowania jest zatem odwrotna niż zwykle: najpierw to, co dom zużywa w ciągu dnia i co mógłby zużywać, potem wielkość instalacji, a dopiero na końcu sprawdzenie, czy wybrana wielkość mieści się na dachu.
Co faktycznie podnosi autokonsumpcję
Autokonsumpcję można podnieść na dwa sposoby: przenieść zapotrzebowanie na godziny dzienne albo dodać odbiornik, który zamienia dzienną nadwyżkę w coś użytecznego. W praktyce działają cztery rzeczy i działają bardzo różnie.
- Pompa ciepła to najskuteczniejsze narzędzie, ale przesunięte sezonowo: grzeje najintensywniej w grudniu i styczniu, gdy instalacja daje najmniej. W okresach przejściowych i przy przygotowaniu ciepłej wody niezawodnie pochłania dzienną nadwyżkę.
- Zasobnik ciepłej wody to najtańszy magazyn, jaki dom może mieć. Grzanie sterowane tak, by pracowało w południe, a nie o świcie, przenosi kilka kilowatogodzin dziennie w godziny, gdy są praktycznie darmowe, i nie wymaga niczego więcej niż programatora lub prostego sterowania.
- Odbiorniki z opóźnionym startem, czyli pralka, suszarka i zmywarka nastawione na porę obiadową, to drobiazg, który powtarza się codziennie i nic nie kosztuje.
- Samochód elektryczny zmienia obraz najbardziej ze wszystkiego, ale tylko jeśli stoi w domu w ciągu dnia. Auto ładowane po dziesiątej wieczorem nie podnosi autokonsumpcji wcale.
Tabela dopasowuje profil gospodarstwa domowego do odpowiedniej dla niego wielkości instalacji. Przedziały są orientacyjne i należy je zweryfikować z rzeczywistym rocznym zużyciem domu.
| Profil gospodarstwa domowego | Sensowny przedział wielkości | Magazynowanie | Charakter autokonsumpcji |
|---|---|---|---|
| Dwie osoby pracujące, dom pusty w dzień, ogrzewanie gazowe | około 3 do 4 kWp | zwykle nie | niska, szczyt produkcji poza zapotrzebowaniem |
| Ktoś jest w domu w ciągu dnia, bez pompy ciepła | około 4 do 6 kWp | rozważyć później | umiarkowana, napędzana gotowaniem i codziennym funkcjonowaniem |
| Pompa ciepła i sterowane grzanie ciepłej wody | około 5 do 8 kWp | zasobnik przed baterią | dobra wiosną i jesienią, słaba zimą |
| Pompa ciepła i samochód elektryczny ładowany w domu w dzień | około 7 do 10 kWp | bateria zaczyna się opłacać | wysoka, zapotrzebowanie pokrywa też południowy szczyt |
| Basen, klimatyzacja lub ogrzewany warsztat | z pomiarów, nie z dachu | zgodnie z krzywą obciążenia | przesunięta na lato, podąża za produkcją |
Kiedy bateria zaczyna mieć sens, a kiedy przestaje
Magazyn domowy niczego nie wytwarza; tylko przenosi zużycie z południa na wieczór. Ma więc sens dopiero wtedy, gdy autokonsumpcja została wyczerpana tańszymi środkami, a dom nadal ma znaczną nadwyżkę. Tam, gdzie ciepła woda grzeje się jeszcze o szóstej rano, a pralka chodzi o siódmej wieczorem, bateria jest drogim łatanie problemu, który rozwiązuje programator.
Sensowna pojemność wynika z wieczornego zapotrzebowania, a nie z wielkości instalacji: magazyn powinien pokryć jeden zwykły wieczór i noc, a nie kilka dni. Bateria nic też nie daje zimą, gdy nadwyżki prawie nie ma, więc w domu z pompą ciepła nie należy jej rozumieć jako sposobu na odejście od sieci w styczniu. Zasilanie awaryjne podczas przerwy w dostawie to odrębny temat, wymaga innego okablowania i nie każdy system potrafi je zapewnić.
Orientacja i nachylenie: dlaczego wschód-zachód często bije czysty południe
Południe przy nachyleniu około trzydziestu stopni daje najwyższy roczny uzysk na naszej szerokości geograficznej. Nie znaczy to jednak, że daje najwięcej pieniędzy. Instalacja południowa wytwarza wąski, wysoki szczyt południowy, którego zwykłe gospodarstwo domowe nie jest w stanie wchłonąć, więc znaczna część tego szczytu płynie do sieci. Instalacja rozdzielona na połać wschodnią i zachodnią daje w ciągu roku nieco mniej, ale rozkłada produkcję na szersze pasmo z maksimum porannym i popołudniowym, czyli dokładnie wtedy, gdy dom rzeczywiście pobiera energię.
Nachylenie działa podobnie: bardziej strome przesuwa uzysk w stronę zimy i niskiego słońca, płytsze w stronę lata. Na dachu płaskim panele zwykle nie leżą płasko, lecz są osadzone na skromnych ramach, co poprawia też samooczyszczanie przez deszcz. Orientacja samego domu to z kolei decyzja podejmowana znacznie wcześniej niż fotowoltaika, przy usytuowaniu domu na działce.
| Orientacja i nachylenie | Roczny uzysk względem optimum | Kształt krzywej dziennej | Dla kogo |
|---|---|---|---|
| Południe, nachylenie 30 do 35 stopni | optimum odniesienia | wąski, wysoki szczyt południowy | dom o dużym zapotrzebowaniu w południe |
| Południe, dach płaski na ramach do 15 stopni | około jednej dziesiątej mniej | spłaszczony szczyt, mocne lato | dom z klimatyzacją lub basenem |
| Wschód i zachód, nachylenie 30 do 40 stopni | około jednej piątej mniej | dwa łagodne maksima, rano i po południu | rodzina z zapotrzebowaniem rano i wieczorem |
| Południowy wschód lub południowy zachód, 30 do 40 stopni | blisko optimum | szczyt przesunięty o godzinę lub dwie | większość zwykłych domów |
| Północ i północny wschód | znacznie mniej, zwykle nieopłacalne | płaski, bez użytecznego szczytu | tylko jako uzupełnienie przy braku powierzchni |
Zacienienie: komin, lukarna i drzewo sąsiada
Zacienienie to jedyny czynnik, który może zdewaluować skądinąd dobrze zaprojektowaną instalację nieproporcjonalnie do zajętej powierzchni. Panele połączone w jeden łańcuch dzielą wspólny prąd, więc pojedynczy moduł zacieniony przez komin ciągnie w dół wydajność całego łańcucha, a nie tylko swoją część. Dlatego cień wielkości dłoni może kosztować kilka procent rocznego uzysku.
Właśnie do tego służą optymalizatory i mikroinwertery: pozwalają każdemu modułowi pracować w swoim własnym punkcie pracy. Nie zastępują jednak analizy zacienienia. Komin, lukarnę, maszt antenowy i drzewo sąsiada można wszystkie nanieść z wyprzedzeniem, a część z nich da się przesunąć lub scalić, gdy dach jest jeszcze projektowany. Drzewo zresztą rośnie, więc ocenia się je w docelowej wysokości, a nie w dzisiejszej.
Instalacja jest trwałym elementem dachu, a nie dodatkiem
To jest część, którą teksty o fotowoltaice zwykle pomijają. Instalacja to trwały element elewacji, powierzchnia kilkudziesięciu m2 na najbardziej widocznej płaszczyźnie domu. Jeśli pojawia się później i jest montowana tam, gdzie akurat zostało miejsce, dom od razu to pokazuje: schodkowe krawędzie, panele rozdzielone wokół okna dachowego, rama w innym kolorze niż dachówki.
Różnica między dobrym a złym efektem to głównie kwestia kolejności, nie budżetu. Instalacja projektowana razem z dachem może być wyrównana do krawędzi, utrzymana jako jeden prostokąt, dopasowana kolorystycznie do pokrycia albo wpuszczona równo z płaszczyzną pokrycia jako rozwiązanie zintegrowane. Jednocześnie można skoordynować wszystko pod spodem: rozstaw krokwi i łat pod mocowania, położenie przepustów kablowych, trasę kabli do pomieszczenia technicznego i miejsce na falownik.
Instalacja obciąża też dach, zarówno własnym ciężarem, jak i przez zmianę oddziaływania wiatru i śniegu na powierzchnię pod sobą. W nowym budynku konstruktor uwzględnia to w projekcie dachu; w starszym domu trzeba ocenić stan konstrukcji. A jedna kolejność jest łamana częściej niż każda inna: jeśli dach czeka wymiana pokrycia, panele należą na nowy dach. Montaż na starym pokryciu oznacza konieczność zdjęcia i ponownego zamontowania całej instalacji.
Przyłączenie i ścieżki wsparcia
Fotowoltaika to nie tylko sprawa budowlana, ale też relacja z operatorem systemu dystrybucyjnego. Proces ma ustalony kształt: wniosek o przyłączenie źródła, stanowisko operatora z warunkami i limitem moc, umowa, montaż z protokołem odbioru elektrycznego, a na końcu wymiana licznika na dwukierunkowy. System inteligentnego opomiarowania rejestruje pobór i oddanie osobno, bo to właśnie ten podział decyduje o tym, co zostanie rozliczone jako zaoszczędzone, a co jako oddane.
W kwestii wsparcia obowiązuje ta sama zasada co w przewodniku po dotacji na remont domu: można polegać na mechanizmie, a nie na kwocie z zeszłorocznego artykułu. Fotowoltaika na domu jednorodzinnym jest wspierana albo jako bon w programie Zelena domacnostiam administrowanym przez SIEA, albo jako jedno z działań w ramach kompleksowej renowacji. Podwójne finansowanie tego samego elementu z dwóch programów na ogół nie jest możliwe. Kwoty, limity i terminy zmieniają się między rundami, więc przed podpisaniem jakiejkolwiek umowy z wykonawcą sprawdź je w aktualnym naborze.
Podsumowanie
Fotowoltaika dobrze się sumuje, gdy jest projektowana we właściwej kolejności. Najpierw spójrz na to, co dom zużywa w ciągu dnia i co mógłby zużywać, potem ustal wielkość instalacji i tanie sposoby podniesienia autokonsumpcji. Bateria przychodzi dopiero po tym. Orientacja i zacienienie decydują o kształcie krzywej dziennej, nie tylko o rocznej sumie. A instalację trzeba zaprojektować razem z dachem, a nie dokleić do niego później. Wolny dach to tylko dostępna powierzchnia, a nie odpowiedź na pytanie, ile paneli dom potrzebuje.