Fotovoltaická elektrárna, část 1

První část se bude zabývat obecným úvodem. Takové suché povídání bez obrázků. To si pak vynahradíme v druhé kapitole, kde se zaměříme na praxi a pokusím se vysvětlit chování celého systému.

Nedávno byl posílen program Zelená úsporám, který umožňuje získat dotací až 155 000 Kč na fotovoltaickou elektrárnu. To znamená, že z dotace dostanete zpět asi polovinu ceny. To už je docela zajímavé.
Rozhodl jsem se, že fotovoltaika mi na domě zatím chybí, tak jsem začal zjišťovat informace a nakonec jsem se do projektu pustil. Vzhledem k nedostatku času jsem zvolil řešení "all inclusive". To znamená vlastní dodávku a sestavení, zapojení, úpravu rozvodné skříně, vyřízení dotace a vyřízení povolení připojení od distributora.

Fotovoltaiku můžete mít v několika verzích. Základem jsou solární panely + měnič (invertor), který je schopný energii z panelů proměnit na standardní střídavý proud a dodávat ji do vašich elektrických rozvodů. Tento základ může být doplněn o úložiště (baterie), do kterých přes den akumulujete přebytky a využíváte, když fotovoltaika nestačí nebo při výpadku energie. Jako alternativa (minimalistické levné řešení) mohou být panely s mikroinvertory, kdy každý panel má svůj malý měnič, které pak přímo zapojíte do své elektrické sítě. Pak šetříte, jen když svítí slunce. Přebytky můžete dodávat do sítě, použít pro ohřev teplé vody, vody v bazénu apod.

Panely

Doporučuji nešetřit na celkovém výkonu panelů. Přece jen nežijeme v pásmu, kde máme 300 slunečných dnů v roce. Já jsem zvolil celkový výkon panelů 5,4kW. Tento výkon mi zabezpečí i v počasí s hodně těžkými mraky (třeba zima) něco málo přes 300W, což je dost na provoz domu ve volnoběhu.

Měnič

Měničů je několik druhů - firma by vám měla doporučit a sdělit výhody a nevýhody. Ale hlavní snahou firmy je prodávat, takže vám nabídne to, co je pro ni nejvýhodnější a neřekne vám to, pokud se na to konkrétně nezeptáte. Kromě dělení na 1 a tří fázové měniče (podle připojení vašeho domu k síti) u měničů najdete označení hybridní. Pozor, někdy jsou takto označovány měniče, které ve skutečnosti hybridní nejsou.

Jaký je rozdíl mezi hybridním a nehybridním měničem

Oba dokážou zpracovat příkon z panelů, proměnit jej na síťové napětí, živit vaši síť, dobíjet baterie a případně dodávat přebytky do sítě. Takže v čem je vlastně rozdíl? Nehybridní měnič potřebuje ke svému provozu síť. Jakmile nastane výpadek proudu, měnič v podstatě přestane fungovat. Bude čerpat naakumulovanou energii z baterií a zásobovat dům, ale nebude čerpat energii z panelů ani dobíjet baterie. Pokud vypadne proud a vyčerpáte baterie, jste bez elektřiny a měnič zapnete až v okamžiku, kdy se obnoví dodávka energie.
Hybridní měnič ke svému chodu síť nepotřebuje. I v případě výpadku je schopný zpracovávat energii z panelů, dobíjet baterie, zásobovat domácnost - pracovat v ostrovním režimu nezávisle na síti.

Baterie

Jen ve stručnosti a opět zmíním pár věcí, které vám obchodníci neřeknou
Olověné baterie - na fotovoltaiku se používají hlubocevybíjitelné gelové (bezúdržbové) akumulátory. Olověnou baterii totiž nemůžete vybít úplně - zničili byste ji. Navíc má olověná baterie nejnižší počet cyklů (vybití) ze všech používaných baterií a počet cyklů se snižuje v závislosti na hloubce vybití. Pokud budete olověnou baterii vybíjet na nějakých 70% kapacity, po necelém roce bude po ní. Pokud při vybíjení budete čerpat jen 30-35% kapacity, zvládne baterie 1200-1500 cyklů. Olověné baterie jsou (ve srovnání s ostatními) velmi levné, ale mají nižší životnost a využijete jen asi 30% kapacity.
LiFePo4 - ty najdete ve formě inteligentních krabic. Počet cyklů může být i 8000 a využitelná kapacita je asi 80%. Opět je nesmíte vybít úplně. Ale to je starost inteligentní krabice, která komunikuje přímo s měničem. Ve srovnání s olověnými jsou velmi drahé.
LiOn - asi všichni znáte Tesla PowerWall - krabici na stěnu. Opět se jedná o inteligentní baterii, která uvnitř obsahuje články 18650, které známe třeba z notebooků, elektrokol, akumulátorového nářadí... Výhody jsou podobné jako u LiFePo4. Velký počet cyklů a velká využitelná kapacita. Nevýhodou je opět vysoká cena.

Pokud chcete být nezávislí na síti, plánujte využitelnou kapacitu baterie odpovídající vaší průměrné denní potřebě. Budete mít dostatečnou rezervu. Je třeba počítat s tím, že v zimě nebude dostatek světla, aby fotovoltaika vykryla plnou spotřebu (hlavně při vaření) a podobně to bude s dobíjením baterie.

Konkrétní parametry mého řešení

Fotovoltaické panely: 20ks 270W panelů, celkový výkon 5,4kW
Měnič: Imeon 9.12 - 3-fázový hybridní měnič
Baterie olověné gelové akumulátory, 4ks 200Ah, celková kapacita 9,6kW (teď bych bral vyšší)

Proč jsem se rozhodnul pro tyto konkrétní parametry

Fotovoltaické panely - výkon 5,4kW je předimenzovaný vzhledem ke spotřebě, ale jak již jsem psal, výkon panelů při nepříznivých podmínkách je necelých 10%.
Měnič. Imeon 9.12 patří mezi to nejlepší, co se dodává. Má několik výhod ve srovnání s levnějšími měniči. Dokáže z panelů brát jen to, co potřebuje domácnost a nedodávat energii zpět do sítě. Pro mne důležitější je, že dokáže energii do jednotlivých fází dodávat asymetricky podle potřeby. Když zatížíte jednu fázi, bude dodávat výkon pouze do jedné fáze. To je důležité hlavně při běhu na baterie nebo při nedostatečném slunečním světle.
Baterie. Vybral jsem olověné akumulátory vzhledem k současné ceně. Osobně čekám, že s rozvojem elektromobilů bude dostatek použitých baterií, které už autu stačit nebudou, ale pro domácí úložiště budou ještě spoustu let spolehlivě sloužit. A cena půjde rapidně dolů. Do té doby mi olověné baterie vydrží.

Na co se musíte připravit

Firma vše zařídí, namontuje a zapojí. Ale!
1. Bude třeba zvolit místo pro měnič a baterie (tyto 2 součásti musí být co nejblíž u sebe). Místo, kde nebude v zimě mrznout a v létě horko - nesvědčí to bateriím. Počítejte s tím, že měnič není úplně tichý, takže mimo obytné místnosti.
2. Bude třeba ze střechy přivést kabely od panelů k měniči. Jedná se o 2 asi 5mm kabely. Je v nich stejnosměrné napětí nějakých 700V (při 20 panelech) a protéká výkon v řádu kW.
3. Bude třeba přivést 3 fáze z rozvaděče k měniči a od měniče zase zpět. Pokud máte do technické místnosti 3 fáze přivedeny, můžete je využít.
4. Bude třeba od měniče přivést UTP kabel do rozvodné skříně. Tam se umístí měřič měniče, pomocí kterého pak měnič reguluje svůj výkon a balancuje napětí v síti.
5. Bude třeba zásah do rozvaděče - musíte si elektrickou síť rozdělit na zálohovanou část a výkonovou část. Počítejte s tím, že měnič (dle typu) je schopný dodat do fáze např. 3kW. Zdá se to dost, ale lehce to překročíte s vařičem, rychlovarnou konvicí, pračkou, ... Všechny tyto spotřebiče musí být napájeny z okruhu před měničem. To znamená, že u starších rozvodů, kde máte pro patro jen jeden okruh na zásuvky a jeden na světla nastává velký problém a bude třeba udělat zásah i do elektroinstalace.
6. Platíte plnou cenu elektrárny a dotaci dostanete od státu zpětně - je třeba mít dostatek prostředků. Dobré na tom je, že firma (záleží na výběru) od vás bude chtít první peníze až v okamžiku, když bude dotace schválená. Obvykle ve 2 platbách. Záloha a doplatek.
7. Budete potřebovat několik náhradních střešních tašek.
8. Po instalaci se připravte na revizi elektrikářem (tak pak jde dodavateli energie a jako potvrzení k dotaci)
9. Pokud chcete posílat energii do sítě (elektrárna je paralelně připojena k síti), čeká vás revize ze strany dodavatele energie, zda je vše v pořádku a elektrárna, která už je měsíc k síti připojena, může být připojena k síti oficiálně.

Doporučuji si promyslet hlavně bod 5, než se do toho pustíte. Výsledkem při 3-fázovém měniči budou 3 stávající fáze (před měničem) a 3 nebo 1 zálohovaná fáze (záleží na měniči) za měničem. Na tyto fáze pak napojujete stávající okruhy v domě.

Nerad bych, aby vznikl dojem, že pak fotovoltaická elektrárna živí pouze zálohované fáze za měničem a ty velké spotřebiče před ním ne. Není to tak. Výkon z panelů i baterií využívají všechny spotřebiče. Jen v případě výpadku proudu poběží v domě pouze zálohované okruhy.

O tom, jak to funguje v praxi si povíme v další kapitole. Tam se dozvíte, jak se celý systém chová, jaké výhody a nevýhody zvolená sestava přinesla.

Další díly článku

Fotovoltaická elektrárna 1 - úvod
Fotovoltaická elektrárna 2 - měnič a baterie
Fotovoltaická elektrárna 3 - výkup elektřiny
Fotovoltaická elektrárna 4 - baterie
Fotovoltaická elektrárna 5 - po roce provozu

a bonusová kapitola:
Fotovoltaická elektrárna v Černých ovcích