Czas na własną energię!

Ceny prądu są coraz wyższe, co generuje dodatkowe koszty zarówno w gospodarstwach domowych, jak i w hodowlach, gdzie zapotrzebowanie na energię stale rośnie. Co zatem można zrobić, poza racjonalnym korzystaniem z prądu – a, jak wiadomo, nie jest to łatwe, a nawet bywa niewykonalne – aby obniżyć jego koszty? Jest na to sposób, mianowicie inwestycja w alternatywne źródła energii, takie jak ogniwa fotowoltaiczne, które zdobywają coraz większą popularność. I nie ma czemu się dziwić, to jest naprawdę przyszłościowa inwestycja.

tekst: Mateusz Uciński; zdjęcia: Hymon

Produkcja własnej energii to przedsięwzięcie, które z roku na rok zyskuje coraz większą liczbę entuzjastów. Z pewnością, jak wspomnieliśmy, mają na to wpływ podwyżki cen prądu, ale także sytuacja na rynku energetycznym, która jest, delikatnie mówiąc, nieciekawa. W ostatnich latach nasilają się problemy Krajowego Systemu Elektroenergetycznego, czego wyrazem był kryzys energetyczny w 2015 r., spowodowany prawdopodobnie wysokimi temperaturami i niekorzystną sytuacją hydrologiczną, a objawiający się znacznym spadkiem mocy wytwórczych przy jednoczesnym dużym wzroście krajowego zapotrzebowania na moc. W tej sytuacji Polskie Sieci Elektroenergetyczne SA, po wykorzystaniu wszystkich dostępnych środków zaradczych, aby pokryć zapotrzebowanie na moc, wprowadziły 10 sierpnia 2015 r. 19. i 20. stopień zasilania. Na skutek tych działań odbiorcy mocy powyżej 300 kW musieli ograniczyć jej pobór. W przypadku niedostosowania się do ograniczeń Urząd Regulacji Energetyki nakładał kary.

JEDNOSTKI STOSOWANE W FOTOWOLTAICE

> Kilowatogodzina, czyli kWh
kWh energii elektrycznej jest jednostką mówiącą o tym, jak duże zużycie prądu notuje urządzenie o mocy 1000 watów. System obliczeń opartych na kWh jest stosowany zwłaszcza w odniesieniu do gospodarstw domowych, w których zużycie prądu sięga najczęściej kilku do kilkunastu tysięcy kWh (w ujęciu miesięcznym).

> Kilo watt peak, czyli kWp
Jednostka określana mianem kWp (niestety, jeszcze nie istnieje jej polski odpowiednik) jest parametrem wykorzystywanym przede wszystkim w dziedzinie fotowoltaiki. kWp określa, jaką wydajność mogą osiągnąć panele fotowoltaiczne, jeśli ich praca odbywa się w tzw. standardowych warunkach pomiarowych. Najprościej ujmując – ile energii elektrycznej (1 kWh) jest w stanie wyprodukować dany panel lub cała instalacja fotowoltaiczna.

Rynek mocy i opłata mocowa

Aby zapobiec podobnym sytuacjom, w 2021 r. na naszych rachunkach pojawi się dodatkowa pozycja – opłata mocowa. Wynika ona z wprowadzenia tzw. rynku mocy, który ma zapewnić stałe dostawy prądu, a także zwiększyć stabilność cen energii i bezpieczeństwo energetyczne. Z tych środków finansowana będzie budowa nowych elektrowni oraz modernizacja już istniejących. Kwota zostanie doliczona do rachunków za prąd, które pokrywa końcowy odbiorca energii (każda jednostka korzystająca z prądu i pobierająca energię elektryczną). W praktyce oznacza to, że opłata zostanie nałożona zarówno na gospodarstwa domowe, jak i przedsiębiorstwa. Gospodarstwa domowe mogą zapłacić od 22,40 zł do aż 125,52 zł rocznie. Oczywiście im większe będzie zużycie, tym wyższa kwota zostanie naliczona. Z kolei przedsiębiorcy zapłacą 76,20 zł netto za 1 MWh pobraną w dniach roboczych między godziną 7.00 a 22.00.

Co z tego wynika? Otóż większość hodowców jest przedsiębiorcami, zużycie energii w ich gospodarstwach jest duże, i niestety oni również będą musieli uiszczać opłatę mocową. Nie da się przecież przenieść udojów na noc, bo krowy to zwierzęta solarne i funkcjonują w dzień. Tutaj jednak w sukurs przychodzą alternatywne źródła energii. Instalacja fotowoltaiczna może w znacznym stopniu lub całkowicie ograniczyć pobór prądu z sieci energetycznej. Panele fotowoltaiczne produkują energię, która w pierwszej kolejności trafia do danego domu lub firmy. Powstałe nadwyżki prądu przesyłane są do sieci energetycznej, skąd są pobierane w okresach mniejszej produkcji energii (w nocy lub jesienią i zimą). Odbiorca końcowy ponosi opłatę mocową jako stałą opłatę miesięczną. Przedsiębiorcy korzystający z odnawialnego źródła energii (np. fotowoltaiki) posiadają licznik zdalnego odczytu. Na podstawie uzyskanych z niego danych określana jest ilość energii pobranej z sieci w godzinach szczytowego zapotrzebowania na moc w dni robocze i obliczana jest opłata mocowa. Czym zatem jest fotowoltaika?

Jak działa instalacja fotowoltaiczna?

Zestaw instalacji fotowoltaicznej, który jest źródłem energii odnawialnej, składa się z paneli zbudowanych z ogniw fotowoltaicznych, inwertera (falownika) zmieniającego prąd stały w prąd zmienny, liczników zużycia i produkcji energii, okablowania oraz akumulatora wraz z regulatorem ładowania – w zależności od tego, czy jest to instalacja niezależna (off‑grid – wyspowa), czy przyłączona do sieci elektroenergetycznej (on-grid). Zasada działania paneli fotowoltaicznych polega na zamianie energii słonecznej w energię elektryczną. Foton (czyli minimalna jednostka światła) pada na płytkę krzemową, z której zbudowane jest ogniwo fotowoltaiczne. Jednostka światła jest pochłaniana przez krzem i wybija elektron ze swojej pozycji, zmuszając go do ruchu, czyli przepływu prądu elektrycznego. Dzięki zastosowaniu złącza półprzewodnikowego typu p-n (złącze dwóch półprzewodników niesamoistnych o różnych typach przewodnictwa: p i n.), możliwe jest połączenie tego procesu z obiegiem elektronów w sieci energetycznej. Energia świetlna zostaje przekształcona w elektryczną. Panele fotowoltaiczne produkują prąd stały, jeżeli więc chcemy korzystać z energii elektrycznej, musimy zainstalować falownik (inwerter), który zamieni prąd stały na prąd przemienny.

Panele zostały tak zaprojektowane, by wytrzymywały gradobicia czy temperatury -40°C. Są bardziej odporne na warunki atmosferyczne niż nowoczesne okna czy drewniane budynki. Każdy moduł zbudowany jest z ogniw krzemowych, połączonych szeregowo i/lub równolegle. Od góry i od dołu moduły są zalaminowane przezroczystą folią, dzięki czemu ogniwa pozostają w próżni. Przed uszkodzeniami mechanicznymi moduł chroni hartowana szyba o grubości 3,2 lub 4 mm. Zmniejsza ona także ilość odbitego promieniowania słonecznego, ograniczając straty energii, które powodują zmniejszenie uzyskanej przez moduł PV mocy. W ograniczaniu tych strat pomocne jest również polerowanie powierzchni szkła. W celu zmniejszenia odbicia światła pokrywa się je warstwą przeciwodblaskową lub stosuje się teksturowanie powierzchni. Od dołu szczelność modułu zapewnia specjalna folia typu backsheet. Do usztywnienia całej konstrukcji służy rama aluminiowa. Kolejnym elementem jest puszka przyłączeniowa, wyposażona w dwa kable zakończone wtyczkami łączące moduły w szeregi. Znajdują się w niej diody bocznikujące (by passy). Ich zadaniem jest zapobieganie przegrzaniu się panelu w przypadku wystąpienia zacienienia oraz niedopuszczenie do znacznego obniżenia ilości wytwarzanej energii elektrycznej. Niektóre puszki posiadają specjalny rozłącznik, który rozłącza szereg lub pojedynczy moduł w razie awarii. W instalacjach spotykamy różne rodzaje ogniw fotowoltaicznych: monokrystaliczne (wykonane z jednego dużego kryształu krzemu), polikrystaliczne (wykonane z wykrystalizowanego krzemu), amorficzne (wykonane z amorficznego, bezpostaciowego niewykrystalizowanego krzemu), CdTe (wykonane z wykorzystaniem półprzewodnikowego tellurku kadmu CdTe) czy CIGS (wykonane z mieszaniny półprzewodników takich jak miedź, ind, gal, selen). Każde z nich ma inne właściwości, dlatego podczas konsultowania własnej instalacji należy wypytać o szczegóły przedstawiciela firmy montującej.

Warto przyjrzeć się inwerterom – w zależności od przeznaczenia montowane są dwa typy: inwertery wyspowe (wykorzystywane do zasilania urządzeń wewnątrz budynku i ładowania akumulatorów, ale niepozwalające na podłączenie instalacji do sieci elektroenergetycznej) oraz inwertery sieciowe (dostosowane do przesyłania energii do sieci elektroenergetycznej).

Pamiętać należy również, że produkcja energii elektrycznej i przesyłanie jej dalej za pośrednictwem inwertera odbywa się bezobsługowo. Instalacja jest wyposażona we własny system bezpieczeństwa i należy pozwolić jej działać zgodnie z pierwotnym założeniem.

Rodzaje instalacji fotowoltaicznych

Wyprodukowaną w panelach energię możemy w całości zużywać na potrzeby własne, gromadząc nadwyżki w akumulatorach, lub pominąć magazyny energii i przyłączyć instalację do sieci elektroenergetycznej. Właśnie ze względu na sposób wykorzystywania energii elektrycznej wyprodukowanej przez zestaw paneli wyróżnia się dwa typy instalacji PV:

1. on-grid – system fotowoltaiczny zamienia pozyskiwaną energię słoneczną w elektryczną. Nadwyżka energii z kolei przekazywana jest bezpośrednio do sieci elektroenergetycznej, dzięki czemu system fotowoltaiczny zarabia sam na siebie. W jego skład wchodzą: panele fotowoltaiczne, inwerter (falownik), licznik produkcji prądu, licznik zużycia prądu, przyłączenia do sieci, zabezpieczenia.
2. off-grid – system fotowoltaiczny niepodłączony do publicznej sieci elektroenergetycznej. Generowana przez panele fotowoltaiczne energia elektryczna jest magazynowana w odpowiednich akumulatorach. Instalacja ta składa się z następujących elementów: paneli fotowoltaicznych, inwertera (falownik), regulatora ładowania, akumulatora, obciążenia i zabezpieczenia. Rozwiązanie to sprawdza się w odizolowanych obszarach lub tam, gdzie podłączenie do sieci jest nieuzasadnione ekonomicznie, mało wydajne, niestabilne lub nawet niemożliwe. Ze zmagazynowanej energii można skorzystać w dowolnym czasie, a nawet miejscu. Jednak zaznaczyć trzeba, że takie magazyny energii na razie są bardzo kosztowne.

Wybór i montaż instalacji

W tym miejscu trzeba mocno zaakcentować pewną kwestię. Jeżeli już ktoś zdecyduje się na taką instalację, która jest przecież inwestycją na długie lata, warto skorzystać z usług sprawdzonych firm o długoletnim stażu na rynku w tej branży. Fotowoltaika stała się modna, i ta moda długo nie przeminie, a co za tym idzie, wiele firm będzie chciało na niej zarobić. Naturalnie, nie piętnujemy tutaj nikogo, ale zalecamy ostrożność, gdyż podczas zbierania materiałów do artykułu dotarły do nas sygnały o wielu nieprawidłowościach zarówno natury technicznej, dotyczącej samych instalacji, jak i kwestii kosztów. Dlatego, zanim wybierzemy firmę, która zajmie się realizacją inwestycji, warto sprawdzić, czy przypadkiem jeszcze rok temu nie montowała bram, chociaż chwali się wieloletnim doświadczeniem w montażu paneli fotowoltaicznych. Warto również, kiedy już wybierzemy wykonawcę, pokazać jej przedstawicielowi swoje rachunki za prąd, aby trafnie oszacować zapotrzebowanie energetyczne w domu lub całym gospodarstwie.

Kluczowe dla tego typu inwestycji jest umiejscowienie budynku. Wiele firm, zanim rozpocznie proces montażu instalacji, przeprowadza rekonesans za pomocą map Google i odpowiednich aplikacji. Jest to niezbędne do wyliczenia kąta padania światła słonecznego w miejscu montażu paneli. Bardzo często następuje fizyczny audyt, który ma na celu sprawdzenie, czy jakieś kwestie budowlane lub techniczne nie uniemożliwiają realizacji przedsięwzięcia.

Jako że zamieszkujemy półkulę północną, panele słoneczne powinny być skierowane na południe i zamontowane pod odpowiednim kątem – optymalnie 35° (30°–60°). Jeśli spełnienie tych warunków nie jest możliwe, konieczne będzie zastosowanie dodatkowych wysięgników. Nieznacznie wzrosną więc koszty instalacji, a efekt wizualny może być gorszy. Panele fotowoltaiczne można montować wszędzie tam, gdzie będą wystawione na działanie promieni słonecznych, czyli na własnych wysięgnikach, ogrodzeniach i innych konstrukcjach.

Eksploatacja instalacji fotowoltaicznej

Ilość energii elektrycznej wyprodukowanej przez panele fotowoltaiczne będzie różna w zależności od wielkości instalacji. Nie bez znaczenia jest miejsce jej umieszczenia. Przyjmuje się, że panel o mocy 1 kWp (kilo Watt peak) skierowany na południe wyprodukuje w ciągu roku ok. 900–1100 kWh energii elektrycznej. Produkcja jest większa latem, przy pełnym słońcu, bez zacienienia paneli. Panele fotowoltaiczne zbudowane z krzemu działają najsprawniej w temperaturze ok. 25°C. Im niższa jest temperatura, tym mniej fotonów dociera do ogniw, im wyższa – tym mniejsza jest moc paneli. Jedno uszkodzone ogniwo wpływa na moc całego panelu. W takiej sytuacji warto oddać moduł do serwisu, po wymianie zużytego ogniwa cała instalacja ponownie będzie działać ze stuprocentową mocą. W Polsce przyjmuje się, że maj jest miesiącem, w którym produkcja energii jest największa. W lipcu, gdy temperatura powietrza przekracza 30°C, następuje spadek sprawności instalacji i zmniejszenie produkcji energii elektrycznej. Warto zwrócić uwagę, czy panele nie zostały czymś zacienione lub przykryte. Przyjmując, że czteroosobowa rodzina zużywa rocznie ok. 2500–3500 kWh, należy zainwestować w instalację o mocy 3 kWp. Naturalnie, w przypadku gospodarstwa hodowlanego wyliczenia te będą inne, warto je skonsultować z przedstawicielem firmy instalującej.

Kiedy już zamontujemy instalację fotowoltaiczną, na ogół nie magazynujemy energii i podłączamy się do sieci energetycznej, aby przesyłać do niej nadwyżki tego, co wyprodukujemy, lub w okresie mniejszej produktywności pobierać tyle energii, ile nam brakuje. Stajemy się prosumentami, czyli, zgodnie z nowelizacją ustawy o OZE z dnia 22 czerwca 2016, odbiorcami końcowymi, dokonującymi zakupu energii elektrycznej na podstawie umowy kompleksowej, wytwarzającymi energię elektryczną wyłącznie z odnawialnych źródeł energii w mikroinstalacji w celu jej zużycia na potrzeby własne, niezwiązane z wykonywaną działalnością gospodarczą regulowaną ustawą z dnia 2 lipca 2004 r. o swobodzie działalności gospodarczej (Dz.U. z 2015 r., poz. 584, z późn. zm. 2), zwaną dalej „ustawą o swobodzie działalności gospodarczej”. Od razu pragniemy uspokoić – oznacza to, że uzyskanej energii nie możemy odsprzedawać (musielibyśmy mieć koncesję). Jeśli chodzi o mikroinstalację fotowoltaiczną, to mówimy o instalacji, której moc nie przekracza 50 kWp. Skoro więc, jak wspominaliśmy wcześniej, dom czteroosobowej rodziny posiada instalację o mocy 3–4 kWp, to mikroinstalacja sprawdzi się również w większości hodowli bydła i gospodarstw rolnych.

Po zakończeniu prac montażowych instalacji fotowoltaicznej fakt ten należy zgłosić do zakładu energetycznego. Odbiór powinien nastąpić w terminie 30 dni od daty zgłoszenia. Zakład wymienia na własny koszt licznik energii na tzw. licznik dwukierunkowy, weryfikuje poprawność podłączenia instalacji i wydaje zgodę na jej uruchomienie. Od tego momentu rozpoczyna się odprowadzanie nadwyżek energii wyprodukowanej przez panele fotowoltaiczne do sieci zbiorczej. Pamiętać trzeba, że końcowe zużycie energii pobranej z sieci przez prosumenta zostanie pomniejszone o 70% (instalacje powyżej 10 kWp) lub 80% (instalacje do 10 kWp) ilości nadwyżek przesłanych do sieci, w zależności od mocy mikroinstalacji. Nasuwa się pytanie, co się stanie z nadwyżkami energii w przypadku ich niewykorzystania. Otóż na wykorzystanie nadwyżek wyprodukowanej energii oraz wprowadzonej do sieci prosument posiada aż 365 dni od daty odczytu rozliczeniowego, po upływie tego okresu traci taką możliwość.

Grzechem byłoby nie wspomnieć o okresie użytkowania tych urządzeń, a jest on całkiem spory. Przez pierwszych 20 lat po założeniu powinny działać bez zarzutu. Potem ich sprawność zacznie powoli spadać. Po 25 latach użytkowania będą miały ok. 80–85% pierwotnej sprawności. Producenci zdają sobie sprawę z trwałości ich produktu i proponują wieloletnie gwarancje. Przeciętny okres zwrotu inwestycji wynosi 5–7 lat.

Bezpieczeństwo

Zasadniczo systemy fotowoltaiczne są bezpieczne, niezawodne i nie stanowią zagrożenia dla osób czy mienia. Jednakże nie należy zapominać, że dopóki świeci słońce, panele fotowoltaiczne i przewody znajdują się pod napięciem prądu DC. Bez zachowania odpowiedniej ostrożności tak wysokie napięcie stwarza ryzyko porażenia prądem dla instalatorów, konserwatorów i strażaków. Dlatego niezwykle ważne jest bezpieczeństwo podczas instalacji, konserwacji czy w przypadku pożaru, zapewnia bowiem ochronę długoterminowej inwestycji. Badaniem bezpieczeństwa modułów fotowoltaicznych zajęło się kilka uznanych zagranicznych instytucji, takich jak TÜV Rheinland i Fraunhofer Institut für Solarelektronik z Niemiec oraz BRE National Solar Centre z Wielkiej Brytanii. Analiza TÜV Rheinland z 2015 r. wykazała, że w 2013 zaledwie 0,016% z funkcjonujących wówczas 1,3 mln instalacji uległo uszkodzeniu wskutek działania wysokiej temperatury lub pożaru. Podobna analiza BRE National Solar Centre wykazała, że do 2017 r. zamontowano w Wielkiej Brytanii ponad 1 mln instalacji fotowoltaicznych, a uszkodzenia powstałe na skutek działania wysokiej temperatury lub ognia z winy tych instalacji stwierdzono w mniej niż 0,006% przypadków. Pamiętać należy, że z roku na rok bezpieczeństwo paneli słonecznych rośnie. Najważniejsze jest zadbanie o profesjonalny montaż i uruchomienie instalacji, o czym już wspominaliśmy. Jak pokazują niemieckie i brytyjskie badania, do głównych przyczyn uszkodzeń należą błędy w montażu. Dlatego tak ważne jest, aby firma instalacyjna udokumentowała wysokie kwalifikacje w tej dziedzinie.

W ostatnich latach obserwuje się coraz więcej tego typu instalacji na dachach budynków gospodarczych. Nie ma czemu się dziwić, gospodarstwa rolne i hodowcy są dużymi odbiorcami energii, która często stanowi aż 20% całkowitych kosztów. Faktem jest, że im większe i bardziej zaawansowane technologicznie gospodarstwo, tym wyższe koszty za prąd ponosi rolnik. Wysokość faktur w gospodarstwach rolnych waha się od kilkuset złotych miesięcznie do nawet kilku tysięcy złotych za jeden okres rozliczeniowy. Niekiedy koszty energii pochłaniają znaczną część budżetu rolników. Dlatego uważamy, że warto przyjrzeć się alternatywnym źródłom energii, zwłaszcza instalacjom fotowoltaicznym, pamiętając, że wspomniana opłata mocowa może znacznie wydrenować kieszenie przedsiębiorców, do których należą przecież także hodowcy i producenci mleka; przewidywany okres obowiązywania tej daniny to najbliższych 10 lat. Na szczęście istnieje wiele możliwości dofinansowania takiej inwestycji. Apelujemy, aby dobrze kalkulować własne potrzeby energetyczne, uwzględniając także plany ewentualnej rozbudowy gospodarstwa, i – co najważniejsze – wybrać sprawdzonego dostawcę rozwiązań fotowoltaicznych, bo to jest gwarancją bezproblemowego korzystania z jej dobrodziejstw. 