Fotowoltaika na drodze do niezależności – opis przypadku

Hannes Haude, mieszkaniec regionu Górnej Frankonii w Niemczech, od dziecka interesował się możliwościami wykorzystywania alternatywnych źródeł energii. Już na etapie budowy w 2015 roku domu dla swojej trzyosobowej rodziny zamontował na dachu instalację fotowoltaiczną, dzięki czemu od samego początku mógł czerpać korzyści płynące z zielonej, przyjaznej środowisku energii.

Pomimo że inwestycja ta zlokalizowana jest w Niemczech, można ją przyrównać do polskich realiów, tym bardziej po wprowadzeniu w tym roku nowych zasad w programie „Mój Prąd” 4.0. Stosunek poziomu wynagrodzeń do kosztów energii elektrycznej jest w obu krajach podobny. Tak samo porównywalne jest nasłonecznienie terenu na zbliżonej szerokości geograficznej w środkowej Europie. Montowanie paneli fotowoltaicznych jest opłacalne i w Polsce, i w Niemczech, a ilości wygenerowanej energii słonecznej są podobne.

Analiza zapotrzebowania energetycznego

Roczne zużycie prądu przez rodzinę Haude wynosi ok. 9200 kWh. Około 33% zużywane jest na potrzeby ładowania samochodów elektrycznych, kolejna 1/3 wykorzystywana jest przez pompę ciepła, która zapewnia ogrzewanie pomieszczeń i przygotowanie ciepłej wody użytkowej, a reszta służy zasilaniu klimatyzatora o mocy 5 kW i pozostałych urządzeń elektrycznych.

Wiele pomp ciepła to urządzenia nowej generacji, które mają możliwość płynnego sterowania lub komunikowania się za pomocą określonych protokołów z inteligentnymi licznikami energii. Dzięki temu priorytetem jest zużywanie własnej energii i minimalizowanie oddawania jej nadwyżki do sieci. Chwilowe nadmiary energii z instalacji PV są magazynowane w postaci ciepłej wody. Taka inteligentna współpraca fotowoltaiki i pomp ciepła pozwala zoptymalizować koszty. Ponadto coraz więcej sprzętów AGD jest przystosowanych do standardu Smart Home, czyli domowych systemów inteligentnego zarządzania energią i wygodą, tak aby osiągać jak najlepsze warunki komfortu i jednocześnie obniżać do minimum rachunki za energię elektryczną z sieci energetycznej.

Zastosowane rozwiązanie

Przy doborze instalacji PV w domu Hannesa Haude’a wzięto pod uwagę zapotrzebowanie całej rodziny na energię i zdecydowano się na instalację o mocy 9,7 kWp, która jest w stanie wyprodukować nawet 9000 kWh energii słonecznej rocznie. Instalacja ta jest połączona z inwerterem o mocy 9 kW, a także systemem magazynowania energii elektrycznej o pojemności użytkowej 6,4 kWh. Domownicy mogą dzięki temu w ciągu dnia korzystać bezpośrednio z produkowanej energii elektrycznej do zasilania standardowych urządzeń AGD: zmywarki, pralki, suszarki, odkurzacza czy piekarnika. Praca tych urządzeń jest możliwa w czasie największego uzysku energii instalacji PV dzięki sterowaniu nimi za pomocą odpowiednich aplikacji w ramach technologii Smart Home.

Magazyn energii elektrycznej jest potrzebny tylko w godzinach wieczornych i nocnych, głównie do zasilania oświetlania oraz urządzeń RTV, a także doładowania baterii w samochodzie elektrycznym. Aby uzyskać wysoki poziom samowystarczalności, rodzina Haude zaprogramowała pompę ciepła tak, żeby pracowała tylko w ciągu dnia (przy wyższej temperaturze i nasłonecznieniu instalacji PV), miała priorytet podgrzewania ciepłej wody użytkowej i zasilała instalację centralnego ogrzewania, a latem klimatyzator. Późnym popołudniem pompa ciepła przestaje pracować, aż do następnego dnia, gdy na horyzoncie znowu pojawi się słońce.

Całość jest monitorowana przez inteligentną platformę do zarządzania energią, której zadaniem jest kontrola wszystkich przepływów energii elektrycznej w domu oraz ich optymalizacja. Bazując na danych pochodzących z platformy oraz prognozach pogody, możliwe jest uzyskanie bardzo wysokiego współczynnika samowystarczalności, na poziomie 58%. Z kolei w skali roku współczynnik autokonsumpcji wyprodukowanej energii słonecznej wynosi ok. 59%, co oznacza, że od kwietnia do września rodzina Haude osiąga niemal pełną samowystarczalność energetyczną.

W opisywanym przypadku prosument posiada samochód elektryczny, dlatego poziom autokonsumpcji bliski 60% to bardzo dobry wynik. Przy braku takiego auta wartość ta byłaby prawdopodobnie o wiele wyższa, gdyż cała wyprodukowana i zmagazynowana energia elektryczna zostałaby spożytkowana wyłącznie do zasilania urządzeń domowych. Aby uznać, że inwestycja w instalację PV się zwraca, powinniśmy utrzymywać wskaźnik autokonsumpcji na poziomie min. 30%. Należy podkreślić, że zmieniając nawyki, jesteśmy w stanie bez problemu osiągnąć autokonsumpcję na poziomie nawet 35–38%.

Autokonsumpcja – klucz do sukcesu

Aby jak najefektywniej korzystać z instalacji PV, rodzina Haude już na początku inwestycji zdecydowała się na zakup wspomnianego samochodu z napędem elektrycznym. Instalacja PV w skali roku dawała bowiem sporą nadwyżkę wyprodukowanej mocy, która nie była w pełni spożytkowana na miejscu. Dzięki stacji ładowania można przejechać samochodem elektrycznym ok. 100 km, korzystając z energii słonecznej, a następnie w ciągu zaledwie czterech godzin ponownie go naładować.

Należy podkreślić, że istnieje możliwość naturalnego zwiększania poziomu autokonsumpcji w domowych warunkach. To przede wszystkim korzystanie z urządzeń elektrycznych wtedy, gdy moduły PV generują najwięcej energii. Dzięki nowym technologiom i możliwości zaprogramowania chociażby pralki czy zmywarki użytkownik może zaplanować prace domowe także w czasie, gdy nie ma go w domu, szczególnie w godzinach okołopołudniowych, kiedy wygenerowana energia może zostać wykorzystana bezpośrednio bez konieczności jej magazynowania.

Przeczytaj także: Zintegrowany panel fotowoltaiczno-wiatrowy

Jak zagospodarować nadwyżki energii?

Hannes Haude może także korzystać ze stacji do ładowania „elektryków” udostępnianej przez jego pracodawcę. To dla pracowników duża korzyść – po powrocie do domu wystarczy jedynie nieznacznie doładować auto, wykorzystując do tego energię pochodzącą z domowego systemu magazynowania. Z kolei w weekendy możliwe jest całkowite naładowanie pojazdu z instalacji fotowoltaicznej w ciągu dnia, bez konieczności korzystania z magazynu energii. Latem moduły generują tak dużo mocy, że teoretycznie samochód mógłby zostać naładowany do pełna trzy razy w ciągu dnia.

Taki model gospodarowania energią cieszy się coraz większą popularnością. Według raportu opublikowanego przez Deloitte, 45% ankietowanych mieszkańców Niemiec rozważa zakup kolejnego samochodu napędzanego częściowo lub całkowicie energią elektryczną, a 13% respondentów planuje ładować samochody elektryczne w pracy. Popularnym rozwiązaniem w niemieckich przedsiębiorstwach jest udostępnianie pracownikom stacji ładowania pojazdów elektromobilnych.

W Polsce również coraz więcej osób interesuje się pojazdami hybrydowymi lub w pełni elektrycznymi. Według wyników jednego z badań, 35% ankietowanych Polaków rozważa kupno samochodu zasilanego elektrycznie. Niestety w naszym kraju wciąż jest stanowczo za mało stacji ładowania. Z tego względu posiadacze samochodów elektrycznych muszą bardzo skrupulatnie planować podróże, aby móc skutecznie dojechać z punktu A do B. Jednak obecnie firmy oferujące nowoczesne technologie magazynowania energii elektrycznej i stacje ładowania odnotowują duży wzrost zapytań o te urządzenia (szczególnie w porównaniu do poprzedniego roku). Napawa to branżę optymizmem i wskazuje na dalszy rozwój technologii PV i magazynowania energii elektrycznej oraz elektromobilności, pomimo zmian w zasadach rozliczeń za energię dla prosumentów. Sporym impulsem dla rynku będzie też program „Moje Ciepło” dla nowych budynków, który można łączyć z nowym programem „Mój Prąd”.