W poprzednich dwóch artykułach niniejszego cyklu („EE” nr 3/2020, 5/2020) opisano doświadczenia z montażu, koszt budowy, możliwość otrzymania dofinansowania do własnej instalacji prosumenckiej, przewidywany czas zwrotu kosztów inwestycji oraz pierwsze doświadczenia z eksploatacji. Ponieważ minął już rok od uruchomienia instalacji, czas na podsumowanie efektów jej pracy.
Podstawowe dane instalacji
Instalację zabudowano na dachu budynku jednorodzinnego nachylonego pod kątem 45 stopni i skierowanego w kierunku południowym z około 10- stopniowym odchyleniem na wschód. W jej skład wchodzą:
- 10 modułów monokrystalicznych o mocy 340 W każdy,
- falownik jednofazowy 3,0 kW z możliwością podłączenia do www przez wi-fi,
- konstrukcje wsporcze do paneli,
- rozdzielnia DC z rozłącznikami i ogranicznikami przepięć,
- rozdzielnia AC.
Całkowity koszt instalacji wyniósł 17 tys. zł brutto, ale udało się go obniżyć do 9,96 tys. zł brutto dzięki skorzystaniu z dotacji w ramach programu „Mój prąd” (5 tys. zł dofinansowania) oraz z ulgi termomodernizacyjnej (odliczenie od podstawy opodatkowania kwoty faktycznie poniesionych wydatków).
Instalację uruchomiono 14 kwietnia 2020 roku; przyłączona jest do sieci dystrybucyjnej spółki Enea Operator. Umowa jest umową kompleksową z fakturowaniem w cyklu dwumiesięcznym i taryfą G11. Roczne zapotrzebowanie na energię elektryczną dla omawianego gospodarstwa wyniosło w 2019 roku 2222 kWh (planowano jego zwiększenie do wartości 2850 kWh rocznie i dla takiego przypadku zaprojektowano instalację PV).
Błędy na etapie projektowania instalacji / wybór firmy instalacyjnej
Już na etapie projektowania i budowy mikroinstalacji popełniono kilka błędów, wynikających z niepełnej wiedzy inwestora na temat ważnych aspektów technicznych instalacji. Najpoważniejsze błędy to:
- niedopasowanie mocy inwertera do mocy paneli fotowoltaicznych,
- zastosowanie inwertera jednofazowego zamiast trójfazowego,
- błędy w dokumentacji przekazanej następnie do OSD skutkujące przedłużeniem okresu przyłączenia mikroinstalacji do sieci elektroenergetycznej.
Ponieważ na dachu zainstalowano panele o łącznej mocy 3,4 kWp, a inwerter posiada moc wyjściową o wartości 3 kW, w dni o dużym nasłonecznieniu moc paneli przekracza moc inwertera. Skutkuje to odcięciem generacji o wartości przekraczającej 3 kW – miało to miejsce w 38 dniach w skali całego roku. Na szczęście ilość energii, która została wyprodukowana przez panele, a nie wyprowadzona przez inwerter do sieci, ocenić można na maksymalnie 20 kWh w skali roku. Dużo lepiej „odcięcie” zaobserwować można było przed opisanym okresem, tj. w kwietniu 2020 r. (instalacja została uruchomiona 14.04.2020 r., jednak artykuł obejmuje pełen rok kalendarzowy od 1 maja 2020 r. do 30 kwietnia 2021 r.). Na wykresie nr 1 pokazano przykład „odcięcia” na podstawie wykresu generacji w dniu 18.04.2020 r. – widać na nim, że przez ok. 2 godziny moc paneli przekraczała 3 kW, jednak inwerter nie mógł odebrać nadwyżki energii ponad tę wartość.
Wskutek zastosowania inwertera 1-fazowego zamiast 3-fazowego, co zdarza się często przy instalacjach prosumenckich o małych mocach, wartość autokonsumpcji jest bardzo niska. Ponieważ budynek posiada przyłącze trójfazowe, instalacja wewnętrzna została tak podzielona, aby poszczególne odbiorniki przyłączone zostały w miarę równomiernie do różnych faz, by uniknąć przeciążenia instalacji. Niestety skutkuje to tym, że energia oddawana przez inwerter zasila jedynie 1 fazę, czyli tylko wybrane urządzenia w sieci domowej. Odbiorniki przyłączone na pozostałych dwóch fazach zasilane są bezpośrednio z sieci elektroenergetycznej, co powoduje znaczący spadek autokonsumpcji, teoretycznie nawet trzykrotny.
Ostatnim błędem zawinionym przez firmę instalacyjną były błędy w dokumentacji dołączanej do zgłoszenia do OSD. Zgłoszenia dokonano w dniu 3 marca, instalacja została przyłączona do sieci dystrybucyjnej w dniu 14 kwietnia. Operator na przeprowadzenie całej procedury ma 30 dni, jednak tutaj opóźnienie zawinione zostało przez inwestora, który dołączył do zgłoszenia błędnie przygotowaną przez firmę instalacyjną dokumentację
techniczną, co niestety wydłużyło cały proces.
Produkcja energii elektrycznej
Omawiana instalacja w ciągu roku (1.05.2020 -30.04.2021) wyprodukowała 3658,72 kWh energii. Dzieląc ją przez moc zainstalowaną w panelach PV otrzymujemy wartość 1076,1 kWh/kWp, co wydaje się wartością stosunkowo wysoką jak na występujące w Polsce nasłonecznienie (na mapce nr 1 pokazano potencjalną produkcję energii z paneli PV).
Produkcja energii elektrycznej w instalacji PV charakteryzuje się ogromną zmiennością, zarówno godzinową, jak i dobową czy miesięczną. Największa dobowa produkcja energii elektrycznej (w omawianym okresie) nastąpiła 15 maja 2020 roku i wyniosła 23,72 kWh. W minionym roku nie było ani jednego dnia, kiedy ilość wyprodukowanej energii byłaby równa zeru, ale było co najmniej kilkadziesiąt dni, zwłaszcza zimowych, gdzie produkcja liczona była w dziesiątkach Wh.
Na wykresie 2 przedstawiono ilość energii wyprodukowanej w poszczególnych miesiącach. Widać wyraźnie, że waha się ona w granicach od 87,783 kWh (styczeń 2021) do 485,477 kWh (lipiec 2020).
Jeszcze większą zmiennością charakteryzuje się produkcja energii w poszczególnych dniach miesiąca. Dla przykładu na wykresie 3 przedstawiono energię wyprodukowaną w poszczególnych dniach kwietnia 2021 roku.
Jednak największą zmienność zaobserwować można na wykresie przedstawiającym moc instalacji w funkcji pory dnia. Na wykresie 4 przedstawiono zależność mocy instalacji od czasu dla 3 kwietnia 2021 roku. Dzień ten charakteryzował się bardzo zmiennymi warunkami pogodowymi: od
pełnego nasłonecznienia do całkowitego zachmurzenia.
Oczywiście, taka a nie inna zmienność wynika z metody produkcji energii przez ogniwa PV – moc jest wprost proporcjonalna do wielkości nasłonecznienia. Wpływ na wydajność ogniw ma także ich temperatura – wraz z jej wzrostem wydajność ogniw maleje. Bardzo ważne są również: kąt nachylenia ogniw oraz kierunek ich usytuowania, ponieważ jednak omówieniu podlega instalacja o konkretnym usytuowaniu, nie uwzględniono tego w niniejszym artykule.
Tak duża zmienność dostępnej z instalacji PV mocy powoduje istotne trudności związane z jej zagospodarowaniem. W standardowym gospodarstwie domowym, gdzie większość osób w ciągu dnia pracuje, a dzieci uczęszczają do szkoły, jedynie niewielka część energii podlega autokonsumpcji (bezpośredniemu zużyciu w gospodarstwie domowym bez pośrednictwa sieci elektroenergetycznej). Przy projektowaniu instalacji PV dla tego konkretnego przypadku założono, że autokonsumpcja wyniesie 20 proc. Jednak po roku użytkowania okazało się, że bezpośrednio w gospodarstwie domowym udało się zagospodarować jedynie 196 kWh energii, co stanowi zaledwie 5,35 proc. całkowitej ilości energii wyprodukowanej w instalacji (sytuację tę poprawiłaby zamiana inwertera 1-fazowego na 3-fazowy). A trzeba jeszcze pamiętać, że ostatni rok był wyjątkowy – na skutek pandemii koronawirusa większość z nas przebywała w domu dłużej niż standardowo (praca i szkoła w trybie zdalnym, brak możliwości podróżowania), co i tak zawyżyło jej wartość. Można oczekiwać, że w kolejnych latach wielkość autokonsumpcji jeszcze znacząco zmaleje.
Oczywiście, z punktu widzenia systemu elektroenergetycznego, ale także prosumenta, najbardziej korzystne jest zwiększenie autokonsumpcji do maksymalnego poziomu – optymalne byłoby całkowite zagospodarowanie energii wyprodukowanej przez instalację PV. Jednak jest niewiele prostych metod, które na to pozwalają. Najprostsze jest zaprogramowanie urządzeń AGD, np. pralki czy zmywarki, do pracy w godzinach, kiedy produkcja energii w instalacji jest największa. Innym rozwiązaniem jest wykorzystanie dostępnej z instalacji PV energii do ogrzewania wody użytkowej. Ten sposób może bardzo znacznie zwiększyć wielkość autokonsumpcji – niestety, wówczas możemy być zmuszeni do zakupu energii elektrycznej na inne cele komunalno-bytowe. Kolejnym wyjściem jest zasilanie samochodu elektrycznego energią z własnej instalacji – jednak tutaj potrzebna byłaby duża moc instalacji PV, znacznie większa niż w omawianym przypadku (przynajmniej 1,5 kWp na każde planowane 10 tys. km przebiegu rocznie). Inna możliwość to połączenie instalacji PV z pompą ciepła. Niestety, wymaga to stosunkowo kosztownej inwestycji. Ostatnim sposobem byłoby włączenie do instalacji zasilającej magazynu energii, który pozwoliłby na jego ładowanie w przypadku nadwyżki mocy w instalacji PV nad moc zapotrzebowaną, i oddawanie w przypadku jej niedoboru. Na pewno wpłynęłoby to na zwiększenie autokonsumpcji, ale pozwoliłoby to raczej na zagospodarowanie nadwyżek energii w skali pojedynczych dni lub tygodni, ale nie miesięcy czy pór roku – stąd znowu pytanie o opłacalność takiej inwestycji.
Rachunki za energię elektryczną
Zgodnie z obowiązującymi przepisami, energia elektryczna wprowadzona do sieci może zostać pobrana na potrzeby gospodarstwa domowego bez dodatkowych opłat przy użyciu współczynnika 0,8. W skali całego roku instalacja PV wyprodukowała 3659 kWh energii, z czego 196 kWh zużyto w ramach autokonsumpcji, a 3463 kWh wprowadzono do sieci. W tym samym czasie z sieci pobrano 2344 kWh energii, co spowodowało, że w magazynie pozostało nadal do wykorzystania 533 kWh (tabela 1).
Ponieważ instalacje oddano do eksploatacji w momencie znacznie wyższej produkcji niż zapotrzebowania na energię (14 kwietnia 2020 roku), udało się uniknąć sytuacji, w której zapotrzebowanie na energię w okresie objętym fakturą przekroczyłoby produkcję i „zapas” energii pozostającej na magazynie. Dzięki temu w całym rocznym okresie eksploatacji rachunki obejmowały wyłącznie część stałą, niezależną od zużycia energii elektrycznej. Odwrotna sytuacja może zaistnieć przy oddaniu do eksploatacji instalacji PV w okresie
jesienno-zimowym.
W tabeli 2 przedstawiono zestawienie wszystkich opłat wynikających z faktur za energię elektryczną w czasie rocznej eksploatacji instalacji. Ponieważ w omawianym okresie kilkukrotnie zmieniały się wartości stawek poszczególnych opłat, dla uproszczenia podano stawki jednostkowe obowiązujące na ostatniej fakturze, natomiast wartości dla poszczególnych miesięcy wyliczono na podstawie stawek obowiązujących w danej chwili.
Całkowita wartość rachunków za energię elektryczną przez rok użytkowania instalacji PV wyniosła 127,74 zł netto. Na koniec okresu w magazynie pozostało do wykorzystania 533 kWh energii (obowiązuje konieczność wykorzystania energii w czasie 12 miesięcy od daty jej wprowadzenia).
Tabela 3 obrazuje różnicę między rachunkiem za energię elektryczną dla tego konkretnego przypadku bez instalacji PV oraz z instalacją. Zużycie energii elektrycznej przyjęto na poziomie 2540 kWh (ilość energii pobranej z sieci plus autokonsumpcja), stawki jednostkowe poszczególnych opłat według obowiązujących teraz dla spółki Enea Operator.
Oszczędności wynoszą więc 1215,77 zł netto, czyli 1495,39 zł brutto rocznie. Przy całkowitym koszcie instalacji opiewającym na 9960 zł brutto widać, że instalacja powinna się zwrócić po niecałych siedmiu latach eksploatacji (zakładając brak wzrostu cen energii elektrycznej i zmian zasad rozliczeń). Oczywiście, okres ten dałoby się jeszcze skrócić, bądź poprzez zwiększenie zużycia energii o 533 kWh dostępnej w magazynie „darmowej” energii lub zmniejszając wielkość instalacji na etapie jej projektowania i budowy – co mimo stosunkowo prostych obliczeń jest dość trudne (zapotrzebowanie na energię elektryczną w gospodarstwach domowych jednak systematycznie wzrasta i groziłoby to z kolei koniecznością zakupu brakującej energii).
Podsumowanie
Na podstawie doświadczeń z zaledwie roku eksploatacji własnej instalacji PV wydaje się, że decyzja o jej budowie była jak najbardziej trafna. Jednak nawet po tak krótkim okresie eksploatacji nasuwa się kilka wniosków:
- niezwykle istotne jest odpowiednie usytuowanie instalacji – nachylenie i kierunek paneli – oraz sprawdzenie ewentualnej możliwości zacienienia jej przez wysokie obiekty – ze względu na jej ostateczną sprawność;
- bardzo ważne jest odpowiednie dobranie mocy projektowanej instalacji PV dla przewidywanego w gospodarstwie domowym zużycia energii;
- dobrze jest przewidzieć jeszcze na etapie projektowania, jaka jest realna wartość autokonsumpcji i czy można w prosty sposób ją zwiększyć;
- w nowo budowanych energooszczędnych budynkach warto się zastanowić nad rezygnacją z instalacji gazowej na rzecz instalacji PV zasilającej zarówno system grzewczy, jak i podgrzewania wody użytkowej;
- ważny jest wybór firmy realizującej projekt i budowę instalacji PV.
Materiał ten kończy cykl artykułów o mikroinstalacji PV z punktu widzenia prosumenta. W kolejnym postaramy się nakreślić podstawowe korzyści i problemy wynikające ze współpracy systemu elektroenergetycznego z mikroinstalacjami prosumenckimi. Serdecznie zapraszamy do dyskusji na łamach naszego miesięcznika!
