Archiwa kategorii: Z motyką na słońce

Cały mój prąd – czyli fotowoltaika bez smyczy

Fotowoltai­ka pozwala zmniejszyć rachun­ki za prąd, ale nie ma wiele wspól­nego z samowystar­czal­noś­cią ener­gety­czną. Pro­duku­jąc swój prąd nadal jesteś na smy­czy elek­trowni – i to nie tylko w nocy i w sty­czniu, ale o dzi­wo także w słoneczne lip­cowe popołud­nie, bo bez prą­du sieciowego więk­szość insta­lacji fotowoltaicznych nie będzie pra­cow­ać.

Czy z tej zależnoś­ci od dru­tu i elek­trowni da się i warto próbować się urwać? Prze­chowywanie prą­du w domowych warunk­ach zaczy­na być realne tech­nicznie i akcep­towalne finan­sowo, co otwiera drogę ku coraz więk­szej, fak­ty­cznej samowystar­czal­noś­ci ener­gety­cznej.

Jak to dzi­ała – sprawdza­łem na sobie przez min­iony rok, uży­wa­jąc nieza­leżnej od sieci, taniej, miniatur­owej insta­lacji fotowoltaicznej o mocy 720W (tak, siedem­set dwadzieś­cia). Ter­az pod­sumowu­ję doświad­czenia i sprawdzam, jakie są per­spek­ty­wy w tema­cie. A są spore – wiele rozwiązań jest w Polsce niez­nane lub pozosta­je na mar­gin­e­sie.

Zacznijmy od początku

Insta­lac­ja fotowoltaicz­na (PV) prz­er­abia światło słoneczne na prąd. Nie ma to nic wspól­nego z kolek­tora­mi słoneczny­mi – te prz­er­abi­a­ją światło słoneczne na ciepłą wodę. Laikom myli się to podob­nie jak mnie piani­no z fortepi­anem.

O ile kolek­to­ry słoneczne moż­na pros­to zbu­dować niemal z byle czego, to chałup­nic­zo skon­struować pan­eli PV prak­ty­cznie się nie da. Pozosta­je kupić gotowe podze­społy:

  • fotowoltai­ka z roku na rok tanieje, ale 1kW mocy to wciąż jest koszt jakichś 5 tys. zł.
  • Ten 1kW w ciągu roku jest w stanie wypro­dukować do ok. 1000kWh prą­du, co w stan­dar­d­owej tary­fie G11 jest warte w porywach 650zł.
  • Nieco nai­wnie licząc, insta­lac­ja zaro­bi na siebie w najlep­szym razie w ciągu 6–7 lat
  • Ten okres zwro­tu inwest­y­cji stale się skra­ca za sprawą spad­ku cen sprzę­tu i ros­nącego wspar­cia państ­wa. Skró­ci się także jeśli wzros­ną ceny prą­du – co nie jest korzyst­nym społecznie zjawiskiem, ale matem­aty­cznie patrząc posi­adacz insta­lacji PV na tym sko­rzys­ta.

Fotowoltai­ka nie niesie może zło­tych jaj, ale jest już dużo bardziej ren­tow­na niż obec­ne lokaty bankowe – nawet bez żad­nych dopłat. Tylko że bez dopłat trze­ba tylko wyłuskać te prze­cięt­nie kilka­naś­cie tysię­cy na start… Przed­staw­iać inwest­y­cję w fotowoltaikę jako sposób na niższe rachun­ki za prąd to tak, jak­by głod­ne­mu pole­cić zakup piekarni – będzie miał dar­mowy chleb. Ale jeśli braku­je mu na chleb, to za co kupi piekarnię?

Ogól­ny schemat insta­lacji fotowoltaicznej. Źródło: instalacjebudowlane.pl

Jako oczy­wis­tość przyj­mu­je się w Polsce fakt, że insta­lację PV podłącza­my do pub­licznej sieci ener­gety­cznej i tam odsyłamy nad­wyż­ki energii – nie mag­a­zynu­je­my prą­du u siebie. Widać to na wszel­kich tego typu schemat­ach jak powyżej. Aku­mu­la­to­ra niet.

Jed­nakże tak być nie musi:

  • moż­na mag­a­zynować część nad­wyż­ki prą­du a do sieci odd­awać tylko to, czego zmagazynować już nie ma jak – wtedy jest to insta­lac­ja hybry­dowa, mogą­ca dzi­ałać przy braku prą­du sieciowego
  • moż­na wcale nie odd­awać prą­du do sieci – mag­a­zynować go i później zuży­wać samemu – a pobier­ać prąd z sieci gdy włas­nego nie ma dość – i to jest insta­lac­ja wyspowa (off-grid)
  • moż­na w ogóle nie mieć przyłącza elek­trycznego – i to jest insta­lac­ja wyspowa (off-grid) w wer­sji ekstremal­nej (w Polsce raczej niere­alne aby dzi­ałała przez okrągły rok, ale na świecie miejs­ca­mi się sto­su­je).

Po co mag­a­zynować prąd? Czy to ma sens eko­nom­iczny albo jak­iś inny? Właśnie nad tym mam zami­ar się nieco poroz­wodz­ić – trochę na pod­staw­ie włas­nych testów, trochę obser­wu­jąc jak to robią ludy ger­mańskie na zachód od nas.

Instalacja sieciowa (on-grid) – na smyczy elektrowni

Insta­lac­ja PV odd­a­ją­ca nad­mi­ar prą­du do sieci jest obec­nie w Polsce rozwiązaniem naj­tańszym i najbardziej opła­cal­nym (najszy­b­ciej się zwró­ci).

  • Ener­gety­ka pobiera “prow­iz­ję” w wysokoś­ci 20%, czyli za 1kWh wysłaną do sieci odd­adzą nam 0,8kWh – co i tak jest najko­rzyst­niejszym dostęp­nym rozwiązaniem. Nieo­mal wszelkie formy mag­a­zynowa­nia prą­du są dalece mniej opła­calne (cza­sem wcale).
  • Insta­lac­ja on-grid może pra­cow­ać na 100% swoich możli­woś­ci, więc wypro­duku­je mak­si­mum prą­du, na ile pozwala pogo­da.

Czy insta­lac­ja on-grid ma jakieś wady? Owszem: choć mar­ket­ing fotowoltai­ki ostro lukru­je bajka­mi o samowystar­czal­noś­ci i nieza­leżnoś­ci ener­gety­cznej, insta­lac­ja PV on-grid to wciąż peł­na zależność od sieci ener­gety­cznej, z elek­trown­ią węglową na drugim końcu dru­ta.

  • Nawet jeśli w skali roku wyt­warza­sz ilość energii pokry­wa­jącą 100% two­jego zuży­cia, nie jesteś samowystar­czal­ny – nad­mi­ar odd­awany do sieci zuży­wa ktoś inny, a ty zimą i tak musisz korzys­tać z prą­du z elek­trowni. Nieste­ty – tu nie Kali­for­nia.
  • Insta­lac­ja on-grid wbrew pozorom nie jest awaryjnym źródłem prą­du. Kiedy aku­rat nie ma prą­du sieciowego – insta­lac­ja PV on-grid wyłącza się, mimo że słońce świeci. Jest to jak najbardziej celowe: tak te insta­lac­je zapro­jek­towano, że do dzi­ała­nia wyma­ga­ją obec­noś­ci napię­cia sieciowego. Aby insta­lac­ja dzi­ałała bez napię­cia sieciowego, potrzeb­ny jest spec­jal­ny inwert­er (hybry­dowy lub off-grid).
  • Przyłącze­nie małej domowej insta­lacji PV do sieci ener­gety­cznej jest obec­nie całkiem proste i korzystne finan­sowo, ale jed­nak potrze­ba na to zgody ener­gety­ki, jak również trze­ba infor­mować zakład ener­gety­czny o planowanych zmi­anach w zain­stalowanej mocy albo o przerwie/zwinięciu intere­su. Kogoś może mierz­ić sam fakt bycia w jakiejś ewidencji u ener­gety­ki.

Jak na razie w Polsce jesteśmy na takim etapie, że insta­lac­je on-grid opła­ca­ją się i to coraz bardziej – od tego roku jest ulga podatkowa m.in. obe­j­mu­ją­ca fotowoltaikę a dosłown­ie przed chwilą rząd uru­chomił pro­gram dopłat do insta­lacji PV: “Mój prąd”. Poszuki­wanie innych opcji może skusić jedynie oso­by o grub­szym port­felu, skłonne nieco bardziej go odchudz­ić w imię fan­aberii typu: nieza­leżność.

Instalacja off-grid (wyspowa) – niezależność, która kosztuje

Wyspowa insta­lac­ja fotowoltaicz­na (off-grid) nie przesyła prą­du do sieci – nad­wyż­ki są mag­a­zynowane w aku­mu­la­torach. Zuży­cie energii jest zaspoka­jane głównie włas­ną pro­dukcją a ener­gia sieciowa jest pobier­ana tylko na pokrycie braków. W wer­sji najbardziej hard­ko­rowej insta­lac­ja off-grid w ogóle oby­wa się bez dostępu do sieci ener­gety­cznej – co w naszej sze­rokoś­ci geograficznej jest mało realne, ale na świecie ludzie to osią­ga­ją.

Pod­sta­wowa zale­ta insta­lacji wyspowej to (praw­ie) peł­na nieza­leżność. Ener­gety­ka nic nie musi o tobie wiedzieć, bo insta­lac­ja wyspowa nie ma fizy­cznej możli­woś­ci przesyła­nia prą­du do sieci. W naszej częś­ci świa­ta do zas­tosowa­nia insta­lacji w pełni wyspowej może zmuszać tylko brak fizy­cznego dostępu do sieci ener­gety­cznej, np. gdzieś na rekrea­cyjnej dzi­ałce w Bieszczadach. Oby­cie się bez przyłącza ener­gety­cznego w nor­mal­nym gospo­darst­wie domowym było­by sza­le­nie trudne (a nawet nie jestem pewien, czy to prawnie możli­we). Ale moż­na zre­dukować zuży­cie prą­du sieciowego do min­i­mum.

Na świecie są ludzie, którzy z samowystar­czal­noś­ci uczynili styl życia. Ruch ten nazy­wa się home­steading i pole­ga na zaspoka­ja­niu możli­wie wielu potrzeb gospo­darst­wa domowego włas­ny­mi siła­mi i środ­ka­mi. Skła­da się na to samodziel­na pro­dukc­ja m.in. żywnoś­ci – a także samowystar­czal­ność ener­gety­cz­na. W US&A w wielu miejs­cach są ku temu znacznie lep­sze warun­ki nat­u­ralne (słońce w ciągu roku dostar­cza kil­ka razy więcej energii niż w Polsce), więc jest możli­we oby­cie się nawet bez sieci ener­gety­cznej.

Główną wadą wyspowej insta­lacji fotowoltaicznej pozosta­ją wysok­ie kosz­ty mag­a­zynowa­nia energii, które zazwyczaj czynią cały pomysł bezsen­sownym eko­nom­icznie jeśli w danym miejs­cu jest dostęp do prą­du sieciowego. Ale i na prob­lem tych kosztów są różne sposo­by – o czym będzie w szczegółach nieco później.

Moja testowa wyspowa nanoinstalacja PV

Właśnie mija rok dzi­ała­nia mojej wyspowej nanoin­sta­lacji fotowoltaicznej. Jest to insta­lac­ja wyspowa głównie dlat­ego, że jest mała – całe 720W. A jest mała, bo… moment, wszys­tko po kolei.

Podob­no nie da się mieć ciast­ka i zjeść ciastko. Ale moż­na zlizać luki­er. Właśnie tak spróbowałem pode­jść do tem­atu fotowoltai­ki: uzyskać więk­szą część korzyś­ci ponosząc mniejszą część kosztów. Byłem świadom, że to się praw­dopodob­nie w ogóle nie spina eko­nom­icznie. Mimo to chci­ałem spróbować.

Proszę nie trak­tować mojej relacji jako przepisu na gotową insta­lację PV. Jest to pod wielo­ma wzglę­da­mi par­tyzan­t­ka, gdzie na pewno jest wiele niedo­ciąg­nięć. Ale baw­ię się na włas­ny koszt i ryzyko.

Założenia projektowe

Za więk­szą część zuży­cia prą­du odpowiada­ją urządzenia o sto­sunkowo niewiel­kich mocach, ale pracu­jące dłu­go lub na okrągło (kom­put­ery, lodów­ki). Z kolei tym, co nakrę­ca kosz­ty insta­lacji PV, jest jej moc. Zatem: może wystar­czy zbu­dować insta­lację o sto­sunkowo niewielkiej mocy, aby zmin­i­mal­i­zować kosz­ty a zarazem zasil­ić więk­szość urządzeń? Tak sobie pomyślałem u zara­nia tego przed­sięwz­ię­cia.

Czy to jest trafne rozu­mowanie?

  • Trochę tak – bo rzecz fak­ty­cznie zadzi­ała i w słoneczny dzień wiosen­no-let­ni oby­wamy się prak­ty­cznie bez prą­du sieciowego przez więk­szość słonecznej częś­ci doby za pomocą insta­lacji o śmiesznej mocy ~700W.
  • Trochę nie – bo moc pan­eli PV narzu­ca ogranicze­nie na ilość wypro­dukowanej przez rok energii: instalu­jąc 1/4 potrzeb­nej mocy, w skali roku uzyskam max. 1/4 potrzeb­ne­go mi prą­du.

Czyli tak: fak­ty­cznie, więk­szość domowych sprzętów da się zasil­ić inwert­erem o sto­sunkowo niewielkiej mocy. Ale na mocy pan­eli nie ma co skąpić, szczegól­nie że zaczy­na­ją one być naj­tańszym ele­mentem całego układu.

Sprawę doboru mocy inwert­era kom­p­liku­je najczęś­ciej lodówka – taka z trady­cyjnym kom­pre­sorem tłokowym. Jej moc nom­i­nal­na jest rzę­du 200W, ale pod­czas rozruchu potrafi pociągnąć przez parę sekund pon­ad 1,5kW, co może doprowadz­ić do prze­ciąże­nia i wyłączenia inwert­era jeśli aku­rat łączne obciąże­nie przekroczy jego możli­woś­ci. Zupełnie inaczej sprawa wyglą­da w najnowszych lodówkach ze sprężarką śrubową – tam tego efek­tu przy star­cie nie ma. Prob­lem może doty­czyć też innego rodza­ju sprzętów – ja aku­rat tylko na to się natknąłem.

Sprzę­ty wybrane do zasi­la­nia z fotowoltai­ki podłączyłem do osob­ne­go obwodu elek­trycznego – co sprowadza­ło się do pociąg­nię­cia dodatkowych kabli gdzieś po zaka­markach.

Sprzęt

Inwest­y­c­ja obe­j­mowała następu­jące sprzę­ty:

  • Inwert­er Sinus­PRO 2000S o mocy ciągłej 1400W – 1000zł
  • Pan­ele monokrys­tal­iczne Sharp 360W – 2 szt. – 940zł/szt.
  • Aku­mu­la­to­ry AGM Divine 230Ah – 2 szt. – 1000zł/szt.
  • Trochę odpowied­niego kabla i wty­czek do budowy osob­nej insta­lacji elek­trycznej dla urządzeń zasi­lanych z inwert­era.

Całość kosztów zamknęła się w ok. 5500zł. Jest to ok. 1/3 kosz­tu, jakiego wyma­gała­by pełnowymi­arowa insta­lac­ja on-grid.

Ter­az widzę, że dało­by się to zro­bić znacznie taniej, pewnie w okoli­cach 4000zł:

  • może z wyjątkiem inwert­era, bo trud­no o tańszy, ale…
  • pan­ele moż­na kupić “mniej markowe” lub uży­wane – koszt spad­nie nawet o połowę albo za tę samą cenę będzie więk­sza moc, czyli więcej prą­du – i tu widzę najwięk­sze pole do poprawy osiągów bez znacznego wzros­tu kosz­tu
  • aku­mu­la­to­ry moż­na upolować uży­wane (2x230Ah to stan­dar­d­owy kom­plet do ciężarówek) lub kupić nowe, ale mniejsze – im mniejsze tym rzecz jas­na traci się na funkcji awaryjnego zasi­la­nia, ale za to moż­na zamknąć tem­at aku­mu­la­torów w ~1000zł lub mniej jeśli dobrze poszukać. W każdym razie ten inwert­er do poprawnej pra­cy wyma­ga jakichś, cho­ci­aż sym­bol­icznych aku­mu­la­torów, a ponieważ potrze­bu­je napię­cia 24V, stąd potrzeb­ne są dwie sztu­ki 12V.

2 x 360W pan­eli monokrys­tal­icznych Sharp zain­stalowane tym­cza­sowo na dachu.

Nie budzi zau­fa­nia? Owszem – to kon­strukc­ja prow­iz­o­rycz­na, powin­no się to robić porząd­niej, ale póki co było tak, gdyż nie wiedzi­ałem jeszcze, jaki układ pan­eli docelowo zas­to­su­ję. A jed­nak ta insta­lac­ja przetr­wała wszys­tkie zimowe wichury bez zas­trzeżeń. Wprawne oko doliczy się 150kg bal­as­tu.

Dwa aku­mu­la­to­ry 230Ah 12v o użytecznej pojem­noś­ci w porywach ~2kWh

Inwerter/UPS Volt Sinus­PRO 2000S o mocy ciągłej 1400W i chwilowej do 2000W.

Problem: zacienienie paneli

Początkowo byłem pewien, że mam w bród miejs­ca pod insta­lację fotowoltai­ki. Jest kawał płask­iego dachu oraz trochę połud­niowej ściany. Szy­bko jed­nak przekon­ałem się, że wcale tak różowo nie jest – kiedy tylko odkryłem wagę prob­le­mu zacie­nienia pan­eli.

Cień – coś, co nie jest ani trochę prob­le­mem dla kolek­torów słonecznych, dla fotowoltai­ki jest dra­matem. Jed­na gałąz­ka pob­liskiego drze­wa albo cień ante­ny choć­by zahacza­ją­cy o jeden tylko pan­el potrafi dra­maty­cznie zmniejszyć ilość energii wyt­warzanej przez całą insta­lację – nawet prak­ty­cznie do zera.

O ile znaleźć lokaliza­cję bez gra­ma cienia wios­ną-latem-jesienią nie stanowi więk­szego prob­le­mu, to miejsc bez cienia zimą – praw­ie że nie ma. Praw­da, że i słoń­ca też praw­ie wtedy nie ma, więc chy­ba nie ma co panikować jeśli jak­iś cień zahaczy o pan­ele w grud­niu – ale na pewno nie powin­no go tam być w bardziej słonecznym półroczu. A o to może być miejs­ca­mi trud­niej niż się zda­je.

W sty­czniu okazu­je się, że cień metrowego kom­i­na wenty­la­cyjnego ma dobre 5 metrów!

Są różne sposo­by radzenia sobie z prob­le­mem zacie­nienia insta­lacji. Nie chci­ałbym się w to prze­sad­nie zagłębi­ać ter­az. Ten artykuł dość ład­nie i obrazkowo wyjaś­nia prob­lem.

Destruk­cyjny wpływ zacie­nienia na pro­duk­ty­wność insta­lacji PV wyni­ka z budowy wewnętrznej pan­eli. Te kwadraty, które na pan­elu widać, to poje­dyncze ogni­wa połąc­zone w szere­gi zazwyczaj wzdłuż pan­elu. Szere­gowe połącze­nie ma to do siebie, że jeśli choć jed­no ogni­wo “pad­nie”, to cały szereg nie dzi­ała. W fotowoltaice zacienione ogni­wo nie dzi­ała – zami­ast pro­dukować prąd, stanowi “zator”, który mar­nu­je prąd pro­dukowany w danym szeregu ogniw.

M.in. dlat­ego na zdję­ciu powyżej pan­ele leżą na dłuższych bokach:

  • W takim układzie, gdy­by nawet cień kom­i­na ich dosięgnął, to przetnie 1–2 szere­gi ogniw. Moc pan­elu spad­nie, ale nie dra­maty­cznie.
  • Gdy­by te same pan­ele były zamon­towane krót­szy­mi boka­mi do dachu i cień zakrył­by ich dol­ną część, to wtedy pro­dukc­ja energii spa­da prak­ty­cznie do zera. To naj­gorszy sce­nar­iusz, którego bezwzględ­nie trze­ba unikać, bo inaczej z inwest­y­cji nici.

Szczegól­nym rodza­jem zacie­nienia jest zasy­panie pan­eli śniegiem – nawet takim marnym, jaki z rzad­ka pada na ziemi­ach zachod­nich. Nieste­ty same się szy­bko nie odkopią – trze­ba się na dach wdra­pać i im pomóc.

Efekty i wnioski po roku działania nanoinstalacji

Nie chci­ało mi się budować układu pomi­arowego, aby dokład­niej wiedzieć, ile prą­du wyt­worzyła ta nanoin­sta­lac­ja PV. Bazu­jąc na his­torii zuży­cia reje­strowanej przez licznik i dostęp­nej w ser­wisie Tau­ronu oce­ni­am, że moja wyspowa nanoin­sta­lac­ja PV pokry­wa max. 25% zapotrze­bowa­nia, co daje mi nie więcej jak 400zł oszczęd­noś­ci rocznie. Opła­cal­ność jest więc taka sobie – 12 lat trze­ba by czekać na zwrot tej inwest­y­cji.

Przy­pom­nę, że moc pan­eli to 720W, tj. ok. 1/4 mocy, jakiej bym potrze­bował w insta­lacji on-grid, aby w ciągu roku pokryć całe zapotrze­bowanie na prąd. Nato­mi­ast raczej kosz­towało mnie to więcej niż 1/4 ceny takiej klasy­cznej insta­lacji. Owszem, insta­lac­ja off-grid z powodu aku­mu­la­torów musi być droższa, ale – jak już wyżej wyjaśniłem – kosz­ty moż­na by jeszcze zop­ty­mal­i­zować.

To są efek­ty uzyski­wane właś­ci­wie tylko przy wyko­rzys­ta­niu prą­du pros­to ze słoń­ca, bez jego mag­a­zynowa­nia. Aku­mu­la­to­ry są uży­wane tylko buforowo – to znaczy, że nie są rozład­owywane w całym możli­wym zakre­sie (bo się to nie opła­ca) a jedynie inwert­er czer­pie z nich energię chwilowo, przy prze­jś­ciowych zach­murzeni­ach (rozład­owane mogą być tylko w sytu­acji braku prą­du sieciowego). Gdy­by były dostęp­ne tańsze aku­mu­la­to­ry, które opła­ca się rozład­owywać głę­biej, wtedy możli­we było­by znacznie więk­sze pokrycie zuży­cia prą­du w ciągu doby – przy­na­jm­niej w godz­i­nach wiec­zornych, które w tary­fie G12w są dro­gie.

Widzę ter­az, jakie minusy ma obec­na insta­lac­ja. Widzę też opc­je ich zni­welowa­nia.

Recepty na problemy instalacji wyspowych (off-grid)

Prob­le­mowi wyso­kich kosztów skład­owa­nia energii da się przy­na­jm­niej po częś­ci zaradz­ić – i to na różne sposo­by, nie tylko związane wprost z aku­mu­la­tora­mi, ale także przez nie­s­tandar­d­ową aranżację insta­lacji.

Tem­aty te są zde­cy­dowanie zbyt mało eksploa­towane w pol­sko­języ­cznym internecie. Zapewne przez opła­cal­ność klasy­cznej insta­lacji on-grid mało komu chce się kom­bi­nować w kierunku mag­a­zynowa­nia energii. Idea nieza­leżnoś­ci ener­gety­cznej jest znacznie sil­niej rozwinię­ta tuż za lin­ią Odry i Nysy Łuży­ck­iej.

Tanie akumulatory z odzysku

Wózek widłowy, lap­top, rozbi­ta Tes­la. Co łączy te trzy rzeczy? Każ­da może być daw­cą tanich baterii. Tak naprawdę nie ma złego rodza­ju baterii – jeśli jesteś w stanie pozyskać prymi­ty­wny 500-kilo­wy kwa­sowy kloc – ale sprawny i za grosze – nagle sta­je się on aku­mu­la­torem praw­ie ide­al­nym, bo mega-tan­im.

Ludzie na świecie pozysku­ją uży­wane aku­mu­la­to­ry do prze­chowywa­nia prą­du skąd tylko się da. Dobry­mi źródła­mi są np.

  • aku­mu­la­to­ry z wózków widłowych – dokład­nie nazy­wa się to bate­ria trak­cyj­na – gabary­tów europale­ty, o wadze 500kg, ale i słusznych pojem­noś­ci­ach, nawet jeśli już dość wyek­sploa­towane.
  • aku­mu­la­to­ry z aut i innych pojazdów elek­trycznych – jeśli uda się pozyskać uży­wane tanio.
  • ogni­wa 18650 – to jest cała gałąź DIY-prze­mysłu. Z takich ogniw składa­ją się aku­mu­la­to­ry w ogrom­nej licz­bie różnych sprzętów: od wkrętarek i lap­topów po hula­jno­gi i samo­chody elek­tryczne. Kto ma dostęp do dużych iloś­ci zuży­tych sprzętów elek­tron­icznych, ten może otwier­ać kopal­nię aku­mu­la­torów. Zużytą lub niedzi­ała­jącą bater­ię moż­na roz­mon­tować, prze­jrzeć poszczególne ogni­wa i może się okazać, że są one jeszcze całkiem dobre, bo awaria całoś­ci wynikała z defek­tu jakiegoś innego ele­men­tu albo tylko jed­nego ogni­wa.

Tu moż­na zobaczyć jak wyglą­da patrosze­nie baterii lap­topowych.

Z uży­wanych ogniw 18650 ludzie składa­ją nawet całe domowe mag­a­zyny energii. Na hasło “diy pow­er­wall” YouTube wypluwa mul­tum tego rodza­ju pro­jek­tów.

Majstrowanie przy uży­wanych aku­mu­la­torach to jed­nak nie zabawa. Wyma­ga solid­nej wiedzy. Bez tego moż­na sobie zro­bić sro­gie ku ku. Baterie litowo-jonowe mają bowiem pewną przykrą cechę: uszkod­zone mechan­icznie lub prze­ciążone (prze­grzane) – mogą ulec samoza­płonowi. A jest to o tyle per­fid­ny samoza­płon, że nie potrze­bu­je tlenu z atmos­fery – bo ma go dość w mate­ri­ałach składa­ją­cych się na bater­ię.

Poniżej przykład incy­den­tu samode­strukcji baterii litowo-jonowej. A gdy­by coś takiego zdarzyło się w piwni­cy wypakowanej po sufit taki­mi bate­ri­a­mi… brr! W pro­fesjon­al­nie wyko­nanej baterii ryzyko prob­lemów jest min­i­mal­i­zowane na wiele sposobów. W przy­pad­ku pro­jek­tów DIY, szczegól­nie z uży­ciem aku­mu­la­torów z odzysku – może być różnie, zależnie od kom­pe­tencji oso­by majstru­jącej.

Do budowy mag­a­zynu energii moż­na także wyko­rzys­tać nowe, ele­ganck­ie ogni­wa. Kosz­tu­ją znacznie więcej – porządne mar­ki to nawet pon­ad 10zł za sztukę – ale są nowe, więc i wszelkie para­me­try mają fab­ryczne. Z takich ogniw moż­na złożyć porząd­ną bater­ię, która będzie przede wszys­tkim mniejsza oraz dłużej poży­je (ogni­wa z odzysku częs­to mają już tylko resztkę swo­jej pier­wot­nej pojem­noś­ci i żywot­noś­ci – ale jeśli są za dar­mo lub za grosze, to ten prob­lem traci na znacze­niu).

Tanie gotowe magazyny energii

Pojaw­ia­ją się coraz to nowe gotowe rozwiąza­nia opra­cow­ane z myślą o mag­a­zynowa­niu energii elek­trycznej z OZE – niek­tóre z nich są już opła­calne: ich zakup się zwró­ci (a nawet może wyjść na plus) nim aku­mu­la­tor wyzion­ie ostat­nią kilo­wato­godz­inę. Nieste­ty szukać trze­ba poza grani­ca­mi Pol­s­ki.

Przykład: bate­ria Pylon­tech US2000B. Mod­ułowy mag­a­zyn energii opar­ty na bate­ri­ach LiFePO4  (litowo-żela­zowo-fos­fa­towych – trochę innych niż klasy­czne litowo-jonowe, ale nie jestem taki szpec, by o szczegółach opowiadać).

  • koszt: ok. 4000zł
  • pojem­ność: 2,4 kWh / mod­uł z czego użyteczne 2,0–2,2 kWh
  • żywot­ność: min. 6000 cyk­li przy rozład­owywa­niu na głębokość 80% pojem­noś­ci czyli 2,0 kWh
  • tedy koszt prze­chowa­nia energii w tym aku­mu­la­torze to jakieś 0,35zł/kWh – TANIUTKO! To jest kwo­ta (a) niższa od ceny prą­du z gni­azd­ka, (b) zostaw­ia­ją­ca w tyle wszelkie inne aku­mu­la­to­ry. Przykład­owo dla aku­mu­la­torów AGM, których użyłem w swo­jej obec­nej insta­lacji, koszt skład­owa­nia w nich energii to pon­ad 1,2zł/kWh.

Ofert sprzedaży takich aku­mu­la­torów najbliżej moż­na szukać na niemieckim eBay-u. Takich mag­a­zynów energii jest więcej, ale zazwyczaj ich ceny są powala­jące. W tema­cie prze­chowywa­nia prą­du w domowych warunk­ach wciąż jest wielkie pole do poprawy. I spad­ku cen.

Taryfy strefowe – G12 / G13

Tary­fa dwu-lub-więcej-stre­fowa wyda­je się być sojusznikiem fotowoltai­ki nastaw­ionej na własne zużycie/magazynowanie prą­du:

  • słoneczne godziny doby i dro­gie godziny tary­fy G12 w dużej mierze się pokry­wa­ją
  • w drogich godz­i­nach tary­fy G12 (~0,7zł/kWh) bardziej opłaci się uży­wać prą­du z aku­mu­la­to­ra
  • w tary­fie G13 jest szczyt popołud­niowy, w którym cena prą­du się­ga 0,9zł/kWh – tu korzys­tanie z aku­mu­la­to­ra opłaci się najbardziej
  • ale jed­nocześnie będzie to total­nie nieopła­calne w godz­i­nach taniego prą­du.

Jest tu potenc­jal­ny zysk, ale trze­ba by mieć możli­wość kon­troli nad tym, w jakich godz­i­nach zuży­wany jest prąd z aku­mu­la­to­ra. Na ile się zdążyłem zori­en­tować, inwert­ery raczej nie są pro­jek­towane z myślą o takim sce­nar­iuszu użytkowa­nia – pri­o­ry­tet źródeł zasi­la­nia z reguły wybiera się ręcznie i nie ma jak przełączyć go zdal­nie albo skon­fig­urować coś w rodza­ju har­mono­gra­mu godzi­nowego uży­cia lub nieuży­wa­nia aku­mu­la­to­ra.

Montaż fotowoltaiki na kierunku wschód-zachód

Fotowoltaikę niemal dog­maty­cznie mon­tu­je się w kierunku połud­niowym. Poniekąd słusznie – wtedy insta­lac­ja wypro­duku­je sumarycznie najwięcej energii. Ale czy ilość jest jedynym, co nas intere­su­je? Byna­jm­niej. Właśnie ta gór­ka pro­dukcji energii około połud­nia jest poniekąd prob­le­mem, bo trud­no to spożytkować. A właśnie zuży­cie prą­du pros­to z pan­eli PV jest zawsze najbardziej opła­calne. Czy da się w tej fun­da­men­tal­nej spraw­ie wymyślić coś świeżego?

Na świecie pomału prze­bi­ja się pomysł mon­tażu pan­eli na kierunku wschód-zachód. Po pros­tu: zami­ast ori­en­tować wszys­tkie pan­ele pros­to na połud­nie, połowę ustaw­ia się na wschód a drugą połowę na zachód. Wtedy wzglę­dem połud­nia płaszczyz­na pan­eli leży wtedy na płasko.

Kiedy pier­wszy raz o tym usłysza­łem, wydało się to głupie, bo pewnie pro­dukc­ja energii spad­nie na twarz? A skądże znowu! Ten układ pracu­je całkiem sen­sown­ie a przy tym ma szereg zalet:

  • pro­dukc­ja energii jest bardziej rozłożona w cza­sie – mniejsza jest gór­ka około połud­nia, za to prąd dostęp­ny jest wcześniej rano i dłużej pod wieczór
  • oszczęd­ność miejs­ca – pan­ele moż­na ustaw­ić bliżej siebie, bo mają krót­sze cie­nie
  • taka insta­lac­ja znacznie lep­iej wyglą­da na płaskim dachu – a na dachach dwus­pad­owych ustaw­ionych w kierunku wschód-zachód to rozwiązanie wręcz narzu­ca się samo
  • insta­lac­ja jest bardziej opły­wowa dla powi­etrza, co za tym idzie: odporniejsza na wia­tr, więc jej mon­taż na dachu jest prost­szy i tańszy

Przykład sys­te­mu mon­tażu fotowoltai­ki w układzie wschód-zachód. Źródło: https://www.sunpeakpower.com/sunpeak-technology-details

No dobra, ale jak wyglą­da ilość wypro­dukowanej energii w sto­sunku do klasy­cznej insta­lacji skierowanej na połud­nie? Źródła poda­ją, że jest mniejsza, w skali roku na sze­rokoś­ci­ach geograficznych zbliżonych do Pol­s­ki podob­no o jakieś 20% (tu licz­by bywa­ją różne, bo właśnie od sze­rokoś­ci geograficznej jest uza­leżniony wynik; jak również od kąta mon­tażu pan­eli).

Powyższe wykresy pokazu­ją różnice w uzysku energii w insta­lacji w układzie wschód-zachód latem i zimą. O ile latem różni­cy prak­ty­cznie nie widać, to im bliżej zimy, pro­dukc­ja energii zaczy­na wyglą­dać coraz miz­erniej – może jej być aż o połowę mniej. Czy to jest duży prob­lem? Niekoniecznie – wszak w zimowym półroczu i tak są jej małe iloś­ci. A spadek da się częś­ciowo zrekom­pen­sować nieco pow­ięk­sza­jąc insta­lację na zaoszczęd­zonym dzię­ki układ­owi wschód-zachód miejs­cu.

Jakie były moje skromne póki co doświad­czenia w tej dziedzinie:

  • Pier­wszy raz testowałem układ wschód-zachód na początku październi­ka 2018. Pan­ele ustaw­iłem pod niewielkim kątem ok. 15 stop­ni do dachu, tak jak wyczy­tałem, że zazwyczaj się to robi. Spadek pro­dukcji energii wobec dnia poprzed­niego był zauważal­ny, na oko co najm­niej o 30%. Po jakichś dwóch tygod­ni­ach zrezyg­nowałem z tego układu na na rzecz postaw­ienia pan­eli na połud­nie pod kątem jesi­en­no-zimowym, czyli praw­ie prostopa­dle do dachu. W grud­niu uzysk był i tak prak­ty­cznie zerowy, bo nie było słoń­ca.
  • Dru­gi raz zamon­towałem pan­ele w tym układzie na początku czer­w­ca 2019. Jed­nak tym razem sto­ją nachy­lone pod znacznie więk­szym kątem, ok. 30 stop­ni. Nie widać spad­ku w pro­dukcji energii (nor­mal­ka – słońce jest najwyżej na niebie), za to widać wyraźnie, że insta­lac­ja dzi­ała znacznie dłużej.

Pró­ba 1 – październik 2018

Pró­ba 2 – czer­wiec 2019

W czer­w­cu, przy całkowicie słonecznym dniu, insta­lac­ja w układzie wschód-zachód star­tu­je ok. 7. rano i poda­je dość prą­du do ok. 18.30. Przy nor­mal­nej, tj. znacznie więk­szej mocy insta­lacji niż te moje ~700W, czas jej pra­cy był­by jeszcze bardziej wydłużony.

Dla porów­na­nia podob­ny dzień jeszcze w układzie połud­niowym. Insta­lac­ja włącza­ła się ok. 9 rano a przed 18. było już po zawodach. Nie widać tego tak dokład­nie jak na pier­wszym wykre­sie, który w słonecznych godz­i­nach jest prak­ty­cznie płas­ki. Tutaj musi­ały być częś­ciej włączane jakieś urządzenia na insta­lacji sieciowej.

Widzę sens w układzie wschód-zachód i jeśli zde­cy­du­ję się na pełnowymi­arową insta­lację, to właśnie tak ją zor­ga­nizu­ję. Pan­ele PV tanieją, więc coraz bardziej opła­ca się nadłożyć kil­ka sztuk, ale mieć insta­lację ład­ną, zgrab­ną i pewną – niż cud­ować ze skom­p­likowany­mi kon­strukc­ja­mi, które mają każdy pan­el wyżyłować do granic możli­woś­ci.

Skra­jnoś­cią takiego żyłowa­nia jest track­er – w ojczys­tej mowie będzie to chy­ba “insta­lac­ja fotowoltaicz­na śledzą­ca słońce”. W każdym razie to wiel­ka pły­ta pan­eli PV osad­zona obro­towo na solid­nym masz­cie, obra­cana w ślad za ruchem słoń­ca. Zaj­mu­je miejsce, jest ruchoma, więc podat­na na awarie różnego rodza­ju a niedo­pra­cow­aną kon­strukcję może uszkodz­ić pier­wsza wichu­ra. Ale – śledze­nie słoń­ca daje abso­lutne mak­si­mum uzyskanej energii z metra kwadra­towego pan­elu PV. Tylko po co? Miało to sens gdy pan­ele były naj­droższym ele­mentem insta­lacji.

Przewymiarowanie instalacji fotowoltaicznej

Kole­jnym nie­s­tandar­d­owym pode­jś­ciem do pro­jek­towa­nia insta­lacji fotowoltaicznej może być jej przewymi­arowanie – zain­stalowanie na tyle dużej mocy pan­eli, by maksy­mal­nie pokry­wać bieżące zuży­cie prą­du w domu, nawet za cenę wyko­rzysty­wa­nia tej insta­lacji zwyk­le w niewielkim pro­cen­cie jej nom­i­nal­nych możli­woś­ci.

  • Więk­sza moc insta­lacji wcześniej osiąg­nie użyteczną moc z rana i dłużej ją utrzy­ma z wiec­zo­ra.
  • Również w ciągu roku więk­sza moc będzie dłużej dawać sen­sowne iloś­ci energii.

Tu trze­ba zaz­naczyć ciekawą cechę fotowoltai­ki – przewymi­arowanie jej nie szkodzi. Może bez prob­le­mu stać w pełnym słońcu przy małym albo zerowym odbiorze prą­du, więc nad­mi­ar mocy pan­eli nie jest prob­le­mem. Coś takiego w przy­pad­ku kolek­torów słonecznych skończyło­by się małą katas­trofą.

Oczy­wiś­cie wszys­tko ma swo­je granice. Nawet obwiesze­nie każdego wol­nego metra domu i pod­wór­ka fotowoltaiką i wypakowanie piwni­cy aku­mu­la­tora­mi – ignoru­jąc na moment kos­miczne kosz­ty takiego przed­sięwz­ię­cia – nie poz­woli zła­pać królicz­ka o imie­niu Peł­na Nieza­leżność Ener­gety­cz­na (przy­na­jm­niej nie w środ­kowoeu­rope­js­kich sze­rokoś­ci­ach geograficznych).

A jed­nak – nie braku­je takich, co go gonią. No, może nie tyle w Polsce. Niemiec­ki ter­min Autarkie oznacza samowystar­czal­ność ener­gety­czną. Wystar­czy wrzu­cić to w dowol­ną wyszuki­warkę, by się przekon­ać, jak bard­zo pop­u­larny to tem­at tamże. U Niem­ców to nie fan­aberia, ale konieczność – oni dawno przes­zli etap insta­lacji on-grid (który my dopiero zaczy­namy) i przekon­ali się, że sieć nie jest z gumy, że lep­iej było­by zuży­wać i mag­a­zynować tyle prą­du, ile się da, w miejs­cu pro­dukcji.

Poniższy film przed­staw­ia doświad­czenia goś­cia, który cały budynek obwiesił fotowoltaiką – ma jej 34kW i 33kWh prą­du jest w stanie zmagazynować. Ma też duże zuży­cie prą­du, na które składa­ją się m.in. ogrze­wanie elek­tryczne oporowe i dwa auta elek­tryczne. Mimo to sam zuży­wa 57% swo­jej pro­dukcji (w skali roku pokry­wa własne zuży­cie w 90%, ale już we współpra­cy z siecią). Nie za wiele, mimo tak wielkiej insta­lacji i mag­a­zynu energii.

Dalsze plany co do mojej wyspowej instalacji PV

W zasadzie powyższy artykuł to zapis mojego zas­tanaw­ia­nia się nad dal­szym roz­wo­jem obec­nej nanoin­sta­lacji i bada­nia różnych możli­woś­ci.

Najbardziej kuszą­ca wyda­je się:

  • pełnowymi­arowa insta­lac­ja wyspowa (czyli jakieś 3kW)
  • tańsze ale nowe pan­ele zamon­towane w układzie wschód-zachód
  • gotowy mag­a­zyn energii na min. 4kWh wyko­rzysty­wany tylko w godz­i­nach dro­giego prą­du
  • nowy inwert­er o mocy ~5kW aby zasil­ić najlepiej wszys­tko, co korzys­ta z jed­no­fa­zowej częś­ci domowej insta­lacji elek­trycznej

Cią­gle braku­je mi w tej układance inwert­era, w którym moż­na by swo­bod­nie i automaty­cznie zmieni­ać pri­o­ry­tet źródeł zasi­la­nia zależnie od tego, czy aku­rat prąd z gni­azd­ka jest dro­gi, czy tani – oczy­wiś­cie aby wyko­rzysty­wać prąd z aku­mu­la­torów tylko w drogich godz­i­nach. Jest wiele chińs­kich tanich inwert­erów off-grid, ale znaleźć takiego, który by to umi­ał – jak na razie mi się nie udało. W zanadrzu mam jed­nak pewne pomysły na “anal­o­gowe” obe­jś­cie braku takiej funkcji.

Nat­u­ral­nie wszys­tko to wyma­ga przekalku­lowa­nia. Jeśli w trak­cie okaże się, że insta­lac­ja wyspowa zwró­ci się w 20 lat, to fan­aberie i ekspery­men­ta odwieszam na haczyk, pod­pinam się do sieci i inwest­y­c­ja spła­ca się w 5–6 lat.