Fotowoltaika na drodze do niezależności – studium przypadku

Pomimo zmian zasad rozliczeń dystrybutorów energii z prosumentami w ramach nowego programu „Mój Prąd” branża fotowoltaiki i magazynowania energii elektrycznej ma dobre perspektywy rozwoju. Zwłaszcza nowe i remontowane budynki jednorodzinne mają duże predyspozycje do  uzyskiwania wysokiej samowystarczalności energetycznej i tym samym obniżania kosztów eksploatacyjnych. Spory potencjał mają też pozostałe budynki dzięki rosnącym możliwościom magazynowania energii elektrycznej z lokalnych instalacji PV oraz wzrostowi elektromobilności.

Hannes Haude, który mieszka w rejonie Górnej Frankonii, w Niemczech, od dziecka interesował się możliwościami wykorzystywania alternatywnych źródeł energii. Już w fazie budowy domu dla swojej trzyosobowej rodziny w 2015 roku, zamontował na dachu instalację fotowoltaiczną i dzięki temu od samego początku mógł czerpać korzyści płynące z zielonej energii, która jest przyjazna dla środowiska.

Mimo, że ta inwestycja jest usytuowana w Niemczech, możemy ją przyrównać do polskich realiów, tym bardziej po wprowadzeniu nowych zasad  w programie „Mój Prąd” 4.0  znowelizowanym w tym roku. Jeśli chodzi o warunki gospodarcze, stosunek poziomu wynagrodzeń do kosztów energii elektrycznej jest podobny w obu krajach. Tak samo porównywalne jest również nasłonecznienie terenu na zbliżonej szerokości geograficznej w środkowej Europie. Dlatego zasadność montowania paneli fotowoltaicznych jest opłacalna i w Polsce i w Niemczech, a ilości wygenerowanej energii słonecznej są podobne.
 

Analiza zapotrzebowania energetycznego

Roczne zużycie prądu przez rodzinę Haude wynosi około 9200 kWh. Z tego 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 na zasilanie klimatyzatora o mocy 5 kW i na zasilanie pozostałych urządzeń elektrycznych.

Wiele pomp ciepła to urządzenia nowej generacji, które mają możliwość płynnego sterowania lub komunikowania się po określonych protokołach z inteligentnymi licznikami energii. Dzięki temu priorytetem jest zużywanie energii własnej i minimalizowanie oddawania nadwyżki do sieci. Chwilowe nadmiary energii z instalacji PV są magazynowane w postaci ciepłej wody. Taka inteligentna współpraca fotowoltaiki i pomp ciepła jest zasadna ze względu na optymalizację kosztów. 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 rachunki za energię elektryczną z sieci energetycznej do minimum.
 

Zastosowane rozwiązanie

Przy doborze instalacji PV w domu Hannesa Haude`a wzięto pod uwagę konkretne zapotrzebowanie 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. Dzięki temu, domownicy w ciągu dnia mogą korzystać bezpośrednio z produkowanej energii elektrycznej  do zasilania standardowych urządzeń gospodarstwa domowego: zmywarki, pralki, suszarki, odkurzacza czy piekarnika. Praca tych urządzeń jest możliwa w czasie największego uzysku energii instalacji PV dzięki temu, że może być sterowana przez odpowiednie aplikacje 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, aby 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 w oparciu o prognozy pogody, możliwe jest uzyskanie bardzo wysokiego współczynnika samowystarczalności na poziomie 58%. Z kolei w skali roku współczynnik autokonsumpcji wyprodukowanej energii słonecznej wynosi około 59%, co oznacza, że od kwietnia do września rodzina Haude osiąga niemal pełną samowystarczalność.

W opisywanym przypadku prosument posiada samochód elektryczny i poziom autokonsumpcji bliski 60 proc. to bardzo dobry wynik. W sytuacji, gdyby prosument nie miał samochodu elektrycznego, przypuszczalnie ta wartość byłaby o wiele wyższa. Jest to spowodowane tym, że całość wyprodukowanej i zmagazynowanej energii elektrycznej zostałaby spożytkowana wyłącznie do celów zasilania urządzeń domowych. Aby uznać, że inwestycja w instalację PV się zwraca, powinniśmy utrzymywać wskaźnik autokonsumpcji na poziomie minimum 30%. Należy podkreślić, że zmieniając nasze nawyki jesteśmy w stanie bez problemu osiągnąć poziom autokonsumpcji nawet 35-38%. 
 

Autokonsumpcja - klucz do sukcesu

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

Należy też podkreślić, że istnieje możliwość naturalnego zwiększania poziomu autokosumpcji w domowych warunkach. To przede wszystkim korzystanie ze urządzeń elektrycznych wtedy, kiedy moduły PV generują najwięcej energii. Dzięki nowym technologiom i możliwości zaprogramowania chociażby pralki czy zmywarki możemy także zaplanować te prace domowe w momencie, kiedy nie ma nas w domu – szczególnie w godzinach okołopołudniowych, kiedy wygenerowana energia może być bezpośrednio wykorzystana bez konieczności jej magazynowania.
 

Jak zagospodarować nadwyżki energii? 

Hannes Haude może korzystać nie tylko z własnej instalacji PV do ładowania samochodu, gdyż jego pracodawca udostępnia swoim pracownikom stacje do ładowania „elektryków”. Dla pracowników to duża korzyść  - po powrocie do domu wieczorem 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. W letni dzień moduły generują tak dużo mocy, że teoretycznie samochód mógłby zostać naładowany do pełna trzy razy w ciągu dnia.

Ten model gospodarowania energią w gospodarstwach domowych 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 spotykanym w niemieckich przedsiębiorstwach jest udostępnianie stacji ładowania pojazdów elektromobilnych dla pracowników. Warto też dodać, że 35% Polaków biorących udział w podobnym badaniu rozważa kupno samochodu zasilanego elektrycznie.

Elektromobilność cieszy się w Niemczech sporą popularnością. W Polsce również coraz więcej osób interesuje się pojazdami hybrydowymi lub w pełni elektrycznymi. Jednak tu pojawia pewien problem, ponieważ w naszym kraju jest stanowczo za mało stacji ładowania. Przez to posiadacze tego rodzaju samochodów muszą bardzo skrupulatnie planować swoje podróże, aby móc skutecznie dojechać z punktu A do punktu B. Jednak obecnie, szczególnie w stosunku do poprzedniego roku, firmy oferujące nowoczesne technologie magazynowania energii elektrycznej i stacje ładowania odnotowują duży wzrost zapytań o te urządzenia. To napawa optymizmem branżę 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”.