Skúsenosť s domácou strešnou FVE v dátach

ABSTRACT: How much electricity can a home rooftop photovoltaic (PV) power plant produce daily and annualy? How much of that electricity can be self-consumed and how to manage the surplus? And what obstacles may one face when trying to maximize the yield of their solar panels? These questions and more are answered here by an owner of a rooftop PV in Bratislava, who is also an energy expert with over 40 years of experience in the sector.

Už starí Rimania si kládli otázku „Cui bono?“, teda v čí prospech? V oblasti fotovoltaických elektrární (FVE) možno túto otázku preformulovať asi takto: „Aký budem mať úžitok z investície do elektrárne?“ Pred jej zodpovedaním si treba vyjasniť motiváciu potenciálneho investora. Na základe mojich skúseností existujú zhruba tieto možnosti:

1)  Finančný profit;

2)  Nezávislosť od energetickej siete (najmä v lokalitách, kde ešte nie sú vedenia distribučnej sústavy. Alebo tam, kde síce vedenia sú, ale dodávky často a na dlhšiu dobu vypadávajú, napr. odľahlé samoty v lesoch.);

3)  Ako objekt bádania. To je viac-menej aj môj prípad, lebo som deformovaný 40 rokmi pôsobenia v energetike.

Možná je samozrejme aj kombinácia bodov 1 – 3. Ich podrobnejší rozbor je uvedený v ďalšom texte.

TECHNICKÉ PARAMETRE ELEKTRÁRNE
Počet panelov: 12 (od 21. 9. 2024 13)
Rozmery / výkon jedného panela: 1,5 × 1 m / 375 W 
Maximálny celkový výkon panelov na DC strane: 4,5 kW (od 21. 9. 2024 4,88 kW)
Maximálny výkon na výstupe invertora (dodávka 230 V AC): 4,2 kW 
Sklon panelov: 15°
Orientácia : Juh
Invertor: SOLAX X1-4.2-T 1 fázový, 4 620 VA, 4,2 kW
Akumulátory: Nie
Ostrovná prevádzka: Nie

GENÉZA NAŠEJ FVE

FVE sme si nechali s manželkou postaviť v novembri 2021 na kľúč špecializovanou firmou. Je na plochej streche rodinného domu s pôdorysom 10 × 10 m. Elektráreň sme financovali plne z vlastných zdrojov, v čase jej inštalácie štát neposkytoval v Bratislave finančnú dotáciu. Náklady boli tesne nad 5 000 €.

Dodávateľ nás informoval, že ročná výroba FVE v MWh je zhruba rovná jej výkonu v kW. Teda v našom prípade 4,2 MWh. Skutočnosť bola taká, že v roku 2022 sme vyrobili 4,26 MWh, v roku 2023 4,08 MWh a do konca septembra 2024 3,92 MWh. Ale zistili sme, že ročná spotreba nášho domu sa pohybuje od 4,4 do 4,8 MWh. Hľadal som teda spôsoby, ako zvýšiť výkon FVE, aby sme cez virtuálnu batériu (viď ďalší text) pokryli celú našu spotrebu. Pritom som odhalil nasledovné skutočnosti:

1) Zhruba do 10:00 nám tieni panely borovica, rastúca cca 5 metrov od severovýchodnej strany nášho domu. Manželka je milovníčka prírody, takže jediné s čím súhlasila bolo nepatrné prerezanie vetiev v blízkosti domu. Trocha to pomohlo, ale efekt tienenia počas časti dopoludnia ostal.

2) Pôvodne nám firma umiestnila dva panely za komín, ktorý im tienil. Po necelých dvoch rokoch ich na našu žiadosť premiestnila na oslnené miesto.

3) Použitý invertor mal z výroby nastavené obmedzenie výkonu na 3,3 kW, takže nedodával deklarovaných 4,2 kW. Po zistení tejto skutočnosti som toto reklamoval a firma problém po niekoľkých týždňoch odstránila. Výkon stúpol dokonca na 4,3 kW, ale vždy iba na pár minút. Potom klesol na hodnotu 3,5 kW.Pátral som po príčine tohto javu a zistil, že použitý invertor má možnosť pripojenia dvoch reťazcov (stringov) panelov na jeho dva vstupy. Každý reťazec po niekoľkých minútach obmedzí výkon na zhruba 3,5 kW. Použitie iba jedného stringu teda zbytočne obmedzuje výkon na výstupe invertora v dobe, keď panely na jeho vstup dodávajú povedzme 4,5 kW.

Rozhodol som sa preto rozdeliť panely do dvoch stringov. Preto som musel dodatočne ťahať zo strechy druhý pár DC vodičov od panelov a súčasne bolo treba pridať jeden panel (viac sa na strechu bez rizika nezmestí). Takto by sme mali pokryť s istou rezervou celoročnú spotrebu. Dohodol som sa s firmou, ktorá mi FVE inštalovala, že dodajú panel s držiakom a vykonajú rozdelenie panelov do dvoch stringov pre 6 + 7 panelov.

Dopadlo to tak, že po pol roku sľubovania cúvli. Takže som si musel sám zohnať panel, držiak, káble, konektory, špeciálne kliešte a tak ďalej a s pomocou kamarátov vytiahnuť panel na strechu a vykonať všetky práce svojpomocne; ešte že mám absolvované príslušné elektrotechnické vyhlášky a skúšky...

Pri delení na dva stringy som sa snažil oddeliť panely podľa ich zatienenia borovicou (Obrázok 1). Keďže nepoužívam optimizéry, čo i len jeden čiastočne zatienený panel obmedzuje výrobu ostatných pripojených s ním do série. Ak je teda zhruba polovica panelov do zmienenej 10 hodiny nezatienená, stúpne aj celková výroba (Obrázok 3).

S1  Panely zaradené do prvého stringu (menší vplyv borovice). 
S2  Druhý string. Tmavší panel vzadu je trinásty, dodatočne pridaný. Jeho odlišná farba je spôsobená (aj) tým, že na rozdiel od ostatných nebol zaprášený. Sklon má tiež 15º, hoci pôsobí kolmejšie – príčinou je rozdielny držiak, ktorý navyšuje umiestnenie panela o cca 10 cm oproti ostatným.

Obrázok č. 1: Panely opisovanej FVE, súčasný stav 

Obrázok č. 2: Pohľad na časť panelov zboku, so spomínanou borovicou a komínom v pozadí

Obrázok č. 3: Priebeh dennej výroby pred a po rozdelení panelov do 2 stringov a pridaní trinásteho panela, oranžovo zakrúžkovaná oblasť ukazuje zvýšenie výkonu pri čiastočnom zatienení vďaka rozdeleniu do 2 stringov

Obrázok č. 4: Graf mesačných hodnôt výroby FVE, elektriny spotrebovanej priamo z FVE a celkovej spotreby domácnosti za rok 2023

Obrázok č. 5: Pozitívny vplyv difúzneho svetla na výrobu v čase do cca 10:30 hod

ŠPECIFIKA PREVÁDZKY A VÝROBY

Prv, ako sa dostanem k prínosom vykonaných opatrení, rozoberiem otázku množstva elektriny vyrobenej FVE. V prvom rade samozrejme záleží na dobe a intenzite oslnenia panelov. Vlastním meteostanicu, ktorá okrem iného meria a ukladá namerané hodnoty slnečného žiarenia, takže môžem vyhodnocovať koreláciu medzi výkonom a slnečným žiarením (samozrejme ak nie sú panely v tieni). Aj vďaka tomuto porovnaniu som si potvrdil známy fakt, že výkon panelov pri danom oslnení klesá so stúpajúcou teplotou. V tomto horúcom lete sa to prejavilo dosť výrazne: výkon bol napriek vysokej intenzite žiarenia o poznanie nižší, ako v niektorých jarných dňoch, kedy bolo chladno a vial vetrík.

Ďalej je dôležité smerovanie a sklon panelov. Podľa strýka Google je v našich zemepisných šírkach z hľadiska maxima celoročnej výroby najlepšia južná orientácia a sklon panelov 38°. Takýto sklon znamená vyššiu veternú záťaž a kladie vyššie nároky na uchytenie panelov. Zrejme preto náš dodávateľ zvolil sklon 15°.

Istý vplyv má aj pokrytie panelov prachom, či snehom. Na prach som rezignoval, lebo liezť sa na strechu a umývať panely ma prestalo baviť. Okrem toho omytie panelov výrazne nepomohlo. Zato sneh už je iná káva: stačí pár centimetrov a výroba klesne na nulu. Jeho odmetenie samozrejme pomôže, ale v zime dosahuje FVE iba 10–20 % výkonu, takže rozdiel medzi nulovou a malou výrobou nie je až tak dramatický. A ja nie som až tak svižný penzista, aby som sa často štveral na strechu. Preto väčšinou počkám deň – dva – tri, kým sa sneh sám neroztopí, a tých pár kWh oželiem.

VIRTUÁLNA BATÉRIA: POŽIČOVŇA ELEKTRINY

V súvislosti s výrobou treba vedieť, ako funguje „virtuálna“ batéria (VB). Úvodzovky som použil zámerne, lebo elektrinu samozrejme možno ukladať iba do fyzickej batérie (ak sa odosobním od prečerpávacej elektrárne či iných technických riešení). Výstižnejší pojem, ktorý používa môj dodávateľ MAGNA, je „požičovňa elektriny“; zaužívanejší je ale VB, takže ostanem pri ňom.

VB ovplyvňuje prevádzku nasledovne: ak nespotrebujem všetku vyrobenú elektrinu, tak prebytky priebežne dodávam do siete. Odoberie ich odo mňa môj dodávateľ a akože uloží do VB (v skutočnosti ich predá inému odberateľovi). Takto sa mi v priebehu času ukladá prebytočná elektrina do VB, odkiaľ ju v čase, kedy je moja výroba nižšia ako spotreba, „odoberám“. Dodávka/odber sa bilancuje na mesačnej báze, dobu uloženia môj dodávateľ neobmedzuje. Od apríla do septembra prevažuje dodávka, v ostatných mesiacoch odber.

Za elektrinu odobranú z VB platím distribučné poplatky plus pomerne nízku stálu platbu za využívanie VB. Tým šetrím cca 40 – 50 % nákladov, ktoré by ma stála kompletná dodávka elektriny bez využitia VB. Celoročne pokryjem zhruba 35–38 % spotreby priamo z výroby FVE (to je elektrina „zadarmo“) a zvyšok z VB – teda až budem mať vo VB po všetkých úpravách uložený dostatok elektriny na celý rok. Momentálne keď vyčerpám kapacitu VB na nulu, kupujem od dodávateľa 200 – 400 kWh za plnú cenu.

V každom prípade je VB prínosná, otázkou je, dokedy sa oplatí ju dodávateľom elektriny prevádzkovať. Lebo s narastajúcim počtom FVE klesá cena elektriny v slnečných dňoch a tým aj motivácia dodávateľov odoberať elektrinu z konkrétnej FVE.

TECHNICKÁ ZAUJÍMAVOSŤ: SILA DIFÚZIE
Zistil som, že pri riedkej oblačnosti a zatienených paneloch, je výroba vyššia, ako pri priamom slnečnom svite. Konkrétne 14. marca 2022 bolo jasno a v čase od 6:00 do 10:30 bola výroba 0,64 kWh. Deň potom bolo mierne zamračené a vďaka difúznemu svetlu bola výroba v rovnakom časovom úseku 2,14 kWh. To je iba perlička, samozrejme pri priamom oslnení všetkých panelov v stringu je ich výroba výrazne vyššia.

MAXIMALIZÁCIA VLASTNEJ SPOTREBY

V nadväznosti na predchádzajúci odsek sa núka otázka, ako spotrebovať čo najviac elektriny vyrobenej FVE priamo doma. Existujú 2 možnosti:

1) Zapínať maximum spotrebičov v slnečných dňoch a minimalizovať odber v noci a keď je zamračené. Toto je samozrejme možné robiť iba do určitej miery. Okrem technických obmedzení (v noci treba svietiť, prevádzkovať chladničky, v zime čerpadlo kúrenia, ...) sú tu psychické limity. Ak manželke neustále pripomínate, aby pustila práčku, umývačku, začala žehliť a pod., lebo svieti slniečko, a naopak nevykonávala tieto činnosti, keď je zamračené alebo tma, tak v nej vypestujete averziu k slnku, prípadne k manželovi. A aj keď sa veľmi snaží(me), tak sa v celoročnej bilancii cez 38 % priamej spotreby neodstaneme.

2) Kúpiť si fyzickú batériu a/alebo elektromobil. Batéria sa momentálne neoplatí, doba návratnosti tejto investície je dlhšia ako životnosť batérie. Ak vlastníte elektromobil, tak je FVE určite prínosom. Ale pozor! Ani vlastníctvo batérie s veľkou kapacitou (povedzme 30 kWh) a elektromobilu vám nezaručuje 100% využitie výkonu FVE. V lete primerane dimenzovaná, alebo mierne predimenzovaná, FVE vyrába toľko elektriny, že sa „nezmestí“ do štandardných batérií. V zime je zase produkcia elektriny tak nízka, že batériu/e nenabijete naplno. Preto beriem s úsmevom tvrdenia zelených o tom, že elektrina z FVE pokryje jej spotrebu. Bez VB nepokryje; a už vôbec nie v zime. A ako som už uviedol, obávam sa, že službu VB postupne prestanú dodávatelia poskytovať.

NÁVRATNOST INVESTÍCIE

Doposiaľ som sa nevyjadril k otázke finančného profitu a s ním súvisiacej návratnosti investície do FVE. V našom prípade – teda bez fyzickej batérie, bez elektromobilu a pri využívaní VB a súčasných cenových reláciách silovej elektriny a distribučných poplatkov – je ročná úspora zhruba 500 €. Predpokladaná návratnosť našej FVE je teda cca 10–11 rokov. Pritom uvažujem aj zvýšenú výrobu vďaka opatreniam uvedeným vyššie.

Mimochodom, náklady na pridaný panel, držiak, káble atď., boli zhruba 550 €. Ich prínos možno iba odhadnúť na 10 – 15 % navýšenie výroby. V septembri 2024 po inštalácii trinásteho panela a rozdelení FVE na dva stringy stúpla výroba o 14 %. Vyčíslenie som vykonal porovnaním výroby deň pred úpravou a deň po nej, kedy bol takmer rovnaký slnečný svit.

Samozrejme, korektnejšie vyhodnotenie bude možné vykonať najskôr po roku prevádzky. Ale aj to za predpokladu, že celková ročná intenzita slnečného svitu nebude výrazne kolísať. Lebo napr. v roku 2022 podľa oficiálnych údajov bolo množstvo slnečného žiarenia o 10 % vyššie, ako je dlhodobý priemer.

Zhrnuté a podčiarknuté, akékoľvek vyčísľovanie úspor a návratnosti FVE je (bez vlastníctva kvalitnej vešteckej gule) vždy iba veľmi približné. A to po technickej i ekonomickej stránke.

O AUTOROVI

Ing. VLADIMÍR DUREC absolvoval SPŠ-E Tvrdošín a následne ČVUT FEL Praha (špecializácia audiofrekvenčná technika). Pracoval prevažne v energetike. V EGÚ Bratislava sa zaoberal systémami HDO, následne v SE, SEPS, ŽSR a firme OKONET sa venoval problematike fakturačného merania elektriny, diaľkových odpočtov z elektromerov a spracovania nameraných údajov. V súčasnosti je na penzii a pracuje na čiastočný úväzok vo firme TMC Servis.

Kontakt: javladu7777@gmail.com