Latem opisywałem swoje pierwsze podejście do niekonwencjonalnej instalacji fotowoltaicznej. Niekonwencjonalnej, bo opartej o magazyn energii, bez oddawania prądu do sieci. W międzyczasie rzecz ewoluowała do rozmiarów znacznie poważniejszych: powstała pełnowymiarowa instalacja z większym magazynem energii.

Instalacja ta przepracowała już ponad pół roku, więc można pokusić się o przedwczesne podsumowanie. Przedwczesne, bo to tylko pół roku, w dodatku dla fotowoltaiki jest to gorsze pół. Ale pewne wnioski już się kształtują.

Jeżeli ktoś ma zamiar zainstalować sobie fotowoltaikę żeby działała i zarabiała – to scenariusz, jaki tu przedstawiam, nie jest optymalny. Ale może być ciekawy i pouczający. Takie instalacje zaczną u nas powstawać gdy energetyka przesyci się już instalacjami on-grid, a na to poczekamy pewnie jeszcze kilka lat.

Nowa instalacja na dachu

Latem 2019 powstała (nie sama – było z tym trochę tyrania) tym razem pełnowymiarowa instalacja PV:

• 9 szt. paneli Maysun 315W mono – w układzie wschód-południe-zachód
• 2 szt. paneli Sharp 360W mono – skierowane na południe

Ile paneli i w jaki sposób rozlokować je na dachu – to była dłuższa rozkmina. Metodą brute force rozważyłem chyba wszystkie możliwe kombinacje, uwzględniając:

• chęć pomieszczenia paneli na minimalnej powierzchni dachu, na wypadek ew. potrzeby rozbudowy instalacji,
• potrzebę minimalizacji wysokości konstrukcji,
• unikanie zacieniania jednych paneli przez drugie oraz cienia jednego z kominów,
• możliwość jak najlepszego zabezpieczenia konstrukcji przed wiatrem

Efektem tego móżdżenia jest układ taki jak widać na zdjęciach. Składają się nań cztery sekcje paneli:

• wschodnia – 3x315W, kąt 50 st.
• południowa – 3x315W, kąt 0 st.
• zachodnia – 3x315W, kąt 50 st.
• druga południowa – 2x360W, kąt 55st.

Zasadniczo celowałem w instalację w układzie wschód-zachód. Jednak ułożenie wszystkich tych paneli po prostu w taki sposób nie pozwoliłoby pomieścić się na jednej stronie dachu a ponadto instalacja zaczęłaby być zacieniana przez jeden z kominów już we wrześniu. Stąd pomysł, aby część poszła na płasko, pomiędzy sekcję wschodnią i zachodnią. Na pewno nie jest to optymalne z punktu widzenia uzysku – ale jednocześnie wszystkiego zrobić idealnie się nie dało.

Jest jeszcze dodatkowa sekcja południowa złożona z dwóch paneli z poprzedniej instalacji. Odsprzedaż dwóch sztuk byłaby trudnym i kiepskim interesem, dlatego postanowiłem je wykorzystać, szczególnie że była ku temu okazja. Doświadczyłem już, że układ wschód-zachód ma słabe uzyski zimą – dlatego dodatkowa sekcja południowa jest ustawiona pod znacznie korzystniejszym dla miesięcy zimowych kątem, aby kompensować ułomność układu wschód-zachód.

Konsekwencją tej dodatkowej południowej sekcji była konieczność znalezienia inwertera z dwoma niezależnymi obwodami (dwoma MPPT). W zasadzie od początku myślałem o takowym, ale z myślą o wpięciu osobno strony wschodniej i zachodniej.

Konstrukcja nośna nie jest przymocowana do stropodachu. Jest to zgodne ze sztuką pod warunkiem odpowiedniego zabalastowania.

• Polskie źródła mówią o min. 75kg balastu na pojedynczy panel. Przy czym dotyczy to paneli montowanych "tradycyjnie" czyli "na sztorc" na południe. Taki panel przy północnych kierunkach wiatru stawia bardzo duży opór, a więc jest szczególnie podatny na przeminięcie z wiatrem.
• Zupełnie inaczej ma się sprawa z panelami w układzie wschód-zachód. Tutaj źródła zagramaniczne mówią o balaście raptem 25kg na panel, ponieważ jest to konstrukcja bardzo opływowa.

Tylko że moja konstrukcja jest czymś pośrednim. Zadałem jej 450kg balastu i na wszelki wypadek została zacumowana do dwóch kominów.

Efekty? Całość pozytywnie przeszła testy wszystkich jesienno-zimowych wichur, z wiatrem około 100km/h. Przy pierwszej wichurze trochę się cykałem, potem już jakby mniej...

Dlaczego po prostu nie zamocowałem wszystkiego do stropodachu? Z lenistwa rozsądku.

• Żeby w ogóle dokopać się do elementów mogących uchodzić za nośne, trzeba by pokonać ponad pół metra izolacji, w dodatku prując dwuletnie pokrycie wierzchnie. Co gorsza, nie jest do końca pewne, gdzie należałoby tych właściwych elementów szukać. A z pewnością dramatycznie wydłużyłoby to czas prac.
• Gdyby nawet to zrobić, mocowania wpuszczone przez papę trzeba fest zabezpieczyć, aby nie stały się źródłem przecieku.
• Konstrukcja zamocowana do stropu też pewnie byłaby w jakimś stopniu mostkiem termicznym, ale to już pomińmy.

Takie a nie inne rozwiązanie wybrałem głównie ze względu na pierwszy z tych problemów.

Nowy magazyn energii

W pierwszej mikroinstalacji użyłem zestawu akumulatorów AGM 12V 2 x 230Ah.

• Użyteczna pojemność takiego zestawu to zaledwie coś około 1,25kWh.
• Żywotność: zdaje się ok. 600 cykli, a na pewno nie więcej jak 1000.
• Kosztowały te akumulatory 2200zł (nowe).
• Zatem koszt przechowania 1 kWh – 2,5-3zł

Pod kątem magazynowania energii to jest dramat – z uwagi na koszt przechowania energii, nie ma to najmniejszego sensu. Można takie akumulatory potraktować co najwyżej jako bufor (na chwilowe wahania dostaw prądu ze słońca) i zasilanie awaryjne, gdzie nie są stale głęboko rozładowywane, więc przeżyją trochę lat. Można się pokusić o magazynowanie energii w tej technologii jeśli ktoś ma opcję pozyskać używane akumulatory bardzo tanio – wtedy nawet najprostszy kwasiak będzie dobrą opcją.

W poprzednim wpisie wspominałem, że dokopałem się do obiecujących akumulatorów LiFePO4 – renomowanej szwajcarskiej firmy Pylontech, czasowo przebywającej na Tajwanie (#pdk).

Ostatecznie nabyłem jeden moduł nowszej ich wersji: US3000. Od starszego modelu US2000 (na filmie) różnią się głównie większą pojemnością modułu (użyteczne 3 kWh vs 2 kWh).

Nie wiem czy nie za bardzo się podniecam, ale naprawdę na tle większości innych znanych u nas akumulatorów, te okazy to jak Kopciuszek kontra zła macocha.

• Użyteczna pojemność: 3 kWh
• Cena: 5200zł (obecnie widzę bliżej 6000zł niestety)
• Żywotność: min. 6000 cykli
• Koszt przechowania 1 kWh: 0,29zł (a nawet 0,24zł jeśli skorzystać z ulgi termomodernizacyjnej). Nie znalazłem niczego, co wypadałoby korzystniej.

Na świecie jest trochę więcej podobnych baterii – ale pod względem ceny Pylontech plasuje się w czołówce, a niska cena nie dzieje się kosztem jakości, bo w testach wypada bardzo dobrze.

Deklarowana żywotność baterii Pylontech to 10 lat (gwarancja – 7 lat, po zarejestrowaniu na stronie producenta – 10 lat), choć bardziej niż wiekiem mierzy się ona liczbą wykorzystanych cykli ładowania. Technologia nie jest kosmiczna, baterie LiFePO4 są znane od jakiegoś czasu i jeśli tylko wykonanie jest uczciwe, to takie osiągi nie są wyssane z palca.

Jako rzekłem: póki co nabyłem jeden moduł z myślą o pokryciu zapotrzebowania na prąd w drogich godzinach taryfy G12w. Na te potrzeby okazał się on niemal wystarczający – może zimą momentami kołdra jest ciut przykrótka, ale zima to scenariusz pesymistyczny. W letnim półroczu, gdy dni będą dłuższe niż noce, akumulator pewnie nie zdąży się wyczerpać nawet do połowy.

Posiadanie tylko jednego akumulatora niesie nieoczywistą niedogodność: ogranicza moc, jaką można z instalacji wydobyć. Każda bateria ma to do siebie, że nie można z niej pobrać dowolnie dużej mocy, ale tylko taką, jaką przewidziała fabryka. Dla baterii Pylontech US3000 zalecany limit pobieranej mocy to 1800W – jak to pogodzić z faktem, że inwerter ma moc 5000W?

• jeśli jest po zmroku i inwerter pracuje tylko na akumulatorze, a ja załączę jednocześnie pralkę i czajnik (w sumie moc ponad 2000W) – inwerter przełączy się na drogi prąd sieciowy.
• jeśli włączyłbym pralkę i czajnik w południe w słoneczny dzień – inwerter najpierw pogoniłby do roboty fotowoltaikę, brakującą moc dobrałby sobie z akumulatora i nie musiałby dotykać prądu sieciowego; chyba, że moc dostępna z fotowoltaiki byłaby akurat zbyt niska – wtedy musiałoby nastąpić przełączenie na sieć.

Absolutne maksimum mocy ciągłej, jaką jest w stanie dostarczyć ta bateria, to 3600W. Jeśli trzeba, można zatem podkręcić moc z zalecanych 1800W aż o drugie tyle. Jednak jeśli inwerter ma większą moc niż 3600W, i tak czasem zdarzą się sytuacje, że bateria nie nastarczy i nastąpi przełączenie na sieć.

Wygląda zatem, że minimalny komfortowy magazyn energii z użyciem tych baterii powinien się składać z dwóch modułów. Jedna sztuka też zrobi większość roboty, ale nie załatwia wszystkiego.

Nowy inwerter off-grid

W roli nowego inwertera wystąpił chiński sprzęt sprzedawany pod przeróżnymi markami, np. PIP, Axpert, Voltacon itd. Parametry jego:

• Moc: 5kW
• Dwa osobne obwody PV – potrzebne mi były w celu podpięcia osobno dodatkowej południowej sekcji paneli.
• Cena: 3600zł

Na pewno nie jest to sprzęt wysokich lotów – ale jest tani, i za to lubiany. Póki co – działa. Jedyne co mi w nim od początku przeszkadzało to fakt, że w środku siedzi pokaźne stadko dość głośnych chińskich wiatraków. Ale ponieważ jest tani, to szybko mu to wybaczyłem. Zresztą trzymam go w piwnicy a nie w sypialni, więc idzie przeżyć.

Wybór inwerterów off-grid (czy nawet hybrydowych) jest w Polsce mizerny. W Europie, zwłaszcza w Niemczech – znacznie szerszy. Praktycznie wszystko jest klepane w Chinach, ale poważniejsze marki kosztują min. dwa razy więcej niż taki chiński no-name.

Oczywiście coś za coś: nie ma tu bajerów typu dostęp i sterowanie przez internet. Da się znaleźć takie marki chińskie, gdzie za niewiele wyższą cenę takie rzeczy są dostępne. Póki co to, czego potrzebowałem, udało mi się osiągnąć. Chodziło głównie o możliwość sterowania priorytetami zasilania w taki sposób, aby zużywać prąd z akumulatora tylko w godzinach drogiego prądu sieciowego. To się udało z wykorzystaniem narzędzia przez kogoś napisanego, zainstalowanego na Raspberry Pi podpiętej do inwertera via USB.

Podsumowanie kosztów

Dla jasności, wszystkie główne koszty upgrade'u instalacji:

• nowe panele PV – 4700zł
• bateria – 5200zł
• inwerter – 3600zł

Razem: 13 500zł – po uwzględnieniu ulgi termomodernizacyjnej: niecałe 11 tysięcy. Plus 2000zł w dwóch panelach z poprzedniej instalacji.

Zimowe osiągi fotowoltaiki

Od listopada do stycznia osiągi fotowoltaiki są dramatycznie beznadziejne.

Jeden problem w tym, że w ogóle bardzo mało jest chwil słonecznych. Gdy już słońce wyjdzie, to nie jest tak źle. Nawet ten krótki dzień z nisko przemykającym słońcem potrafi wykręcić pod 800W mocy z tych 3,5kWp (23% – szału nie ma, ale akumulator podładuje).

Gorszy problem w tym, że w ogóle jest bardzo mało światła. Fotowoltaika nie potrzebuje bezpośredniego słońca do działania – to prawda. Wystarczy jej to, co przedostaje się przez chmury. Oczywiście jest to mniej energii niż w bezpośrednim słońcu, ale nawet to potrafi godziwie podładować akumulator, jeśli przez cały dzień mimo zachmurzenia idzie dobre 500-600W.

Tylko że w grudniu-styczniu tego światła przez chmury też jest tyle, co kot napłakał. W zasadzie dominuje półmrok. Przez większość dnia instalacja nie rozwija mocy większej niż 50-100W (2-5% mocy zainstalowanej).

Strzałem w dziesiątkę okazał się pomysł ustawienia dwóch "adoptowanych" paneli na południe pod kątem "zimowym". Te śmieszne 720W, dzięki optymalnemu na zimę ustawieniu, dostarcza połowę zimowego uzysku całej instalacji! Np. moc 829W (fot. powyżej) była osiągana około południa 1. stycznia 2020. W tym:

• 400W przypadało na dodatkową sekcję południową (tj. 55% mocy zainstalowanej)
• 429W przypadało na całą resztę instalacji (tj. 15% mocy zainstalowanej)

W miarę jak dzień się wydłuża, pod względem rozkładu produkcji prądu układ wschód-zachód spełnia swoje zadanie: użyteczne ilości energii zaczynają być dostarczane przez wschodnią sekcję paneli jakieś pół godziny po wschodzie, czyli gdy tylko słońce wychyli się zza budynków na horyzoncie.

Układ wschód-zachód równiej rozkłada produkcję prądu w ciągu dnia – ale cudów nie dokona. Tak czy inaczej największe zużycie prądu przypada na godziny popołudniowo-wieczorne, gdzie słońca jest niewiele albo wcale. Bez choćby symbolicznego magazynu energii nie zajedzie się daleko.

Ile teraz kosztuje prąd

Taryfa G12w to były dwa rodzaje prądu. Teraz mam do wyboru aż pięć.

Przyjmuję, że prąd z PV zużyty natychmiast jest "darmowy" a urządzenia do produkcji tegoż "darmowego" prądu spłacają się z oszczędności przez pierwsze kilka lat. To kwestia umowna, ale ten wariant wydaje się korzystniejszy psychologicznie: zachęca do zużywania prądu z PV bezpośrednio.

Alternatywnie można by podzielić koszt instalacji przez spodziewaną ilość energii, jaką dostarczy w ciągu oczekiwanych 25 lat działania – wyszłaby kwota 12-15 gr/kWh.

Cena prądu z akumulatora ładowanego fotowoltaiką to koszt cyklu ładowania: ~30gr, choć, jak zaznaczyłem powyżej, po uwzględnieniu ulgi podatkowej wychodzi ~24gr a więc akumulator ładowany z PV okazuje się tańszy w użyciu nawet od taniego prądu sieciowego.

Najmniej opłacalną opcją (ale nadal na plusie) jest doładowywanie akumulatora tanim prądem sieciowym w celu korzystania z niego w godzinach z drogim prądem. Warto to stosować tylko kiedy brakuje prądu z fotowoltaiki. Głównie dzięki tej praktyce udało mi się obniżyć rachunki za miesiące zimowe.

Jak wyglądają rachunki za zimowe półrocze

Tak się złożyło, że nowa instalacja wystartowała niemal idealnie na przełomie okresów rozliczeniowych z zakładem energetycznym – tuż za połową września 2019.

W porównaniu do roku ubiegłego, ilość energii pobranej z sieci jest niemal identyczna. Lekkie spadki rzędu 10-15% wystąpiły tylko we wrześniu i październiku. Spadki są lekkie, bo w tym samym czasie nastąpił wzrost zużycia, głównie z tytułu regularnego podgrzewania wody, czego nie było w takiej skali rok wcześniej. Wczesna jesień i późna zima to okresy gdy słońca jest za mało, ale ogrzewanie domu jeszcze nie ma możliwości dogrzewać wody na poważnie – wtedy w obroty idzie grzałka. W tym roku, z uwagi na ciepłą zimę, zauważalnie wyższe zużycie prądu z tego tytułu wystąpiło już w lutym.

Diametralnie zmienił się rozkład zużycia: bardzo zmalało zużycie drogiego prądu – do max. 15% wobec 36-38% rok wcześniej. To efekt doładowywania akumulatora tanim prądem sieciowym w sytuacji nieomal braku prądu ze słońca. Oszczędność z tego niewielka, max. kilkanaście groszy na 1 kWh, ale zawsze na plus.

Jesienią i zimą nie spodziewałem się cudów w rachunkach. Okazuje się jednak, że mocne ograniczenie zużycia drogiego prądu przyniosło spadek półrocznych rachunków za prąd o 20% – i to pomimo podwyżki cen prądu od 1.01.2020 o 12% (godziny drogie) do 16% (godziny tanie). Naturalnie nie cała ta oszczędność jest zyskiem, bo należałoby odliczyć koszt używania akumulatora (nie mam możliwości, by teraz dokładnie go ustalić).

To jest sytuacja z "gorszego" półrocza. Na dane za półrocze "lepsze" – trzeba poczekać do września.

Czego się spodziewam w półroczu letnim

Spróbujmy przeanalizować, jakie jest jeszcze pole manewru w kwestii redukcji zużycia prądu sieciowego (czyli obniżenia rachunków).

Za punkt odniesienia biorę styczniowe zużycie prądu, w którym fotowoltaika prawie nie ma udziału. W styczniu 2020 z sieci zostało pobrane 228 kWh, przy czym patrząc na lata poprzednie, łączne zużycie prądu (uwzględniając produkcję z PV, której na razie nie mierzę, więc nie znam dokładnych liczb) było na pewno nie mniejsze niż 250 kWh.

• 159zł – tyle zapłaciłbym za 250 kWh w zwykłej taryfie G11, bez PV
• 132zł – to rachunek za 250 kWh w taryfie G12w, nadal bez PV.
• 93zł – nadal G12w, ale po spadku udziału drogiego prądu do 15% za sprawą głównie żonglerki akumulatorem i w mniejszym stopniu PV (na tym etapie jestem obecnie).
• 72zł – nadal G12w, nadal takie samo zużycie z sieci, ale udział drogiego prądu prawie zupełnie znika. To jest ciągle do zrobienia, relatywnie prosto.
• 50zł – gdzieś w tych okolicach powinien wypaść średnioroczny rachunek miesięczny po uwzględnieniu półrocza letniego. Zweryfikujemy pod koniec września 2020.
• 35zł – takiego najniższego rachunku oczekiwałbym w miesiącach letnich, patrząc na zużycie z września ub.r.
• 12zł – tyle trzeba by zapłacić co miesiąc w opłatach stałych (opłaty handlowej udało mi się na szczęście pozbyć) nawet gdyby zużycie prądu było zerowe (lub wyzerowane w rozliczeniu, prądem oddawanym do sieci).

Wygląda na to, że posiadanie nawet takiego niewielkiego magazyn(k)u energii jaki zastosowałem, pozwoli osiągnąć ~2/3 efektu, jaki dałoby oddawanie prądu do sieci w pospolitej instalacji on-grid.

Co można zrobić lepiej

Choć na konkretne wnioski trzeba jeszcze poczekać, już teraz widzę parę rzeczy, które warto by zmienić.

Podpiąć całą domową instalację elektryczną pod inwerter

Sprawa jest dość oczywista, ale wymaga trochę dłubania, dlatego utknęła na liście zadań priorytetowych gdzieś w połowie jej długości i nie może się stamtąd wydostać od pół roku. Nie jest to aż tak palące, bowiem przy obecnym układzie poprzez osobną sieć zasilane są urządzenia generujące ponad 80% zużycia drogiego prądu. Ale pozostała część wciąż istotnie podbija rachunek, stąd wypadałoby się tym zająć.

Rozbudować magazyn energii

Dla pełnej funkcjonalności instalacji na pewno powinienem dołożyć drugą baterię. A może więcej? Do pewnego momentu miałoby to sens: można by zmagazynować energię z dni przesadnie słonecznych na dni pochmurne. Bo z lata na zimę przy obecnej technologii to se ne da. Albo raczej: se da, ale magazyn energii kosztowałby więcej niż cały budynek, który ma zasilać. Jak mawiał Jasiu Śmietana: bes sęsu.

Gdzie jest granica rozsądku jeśli chodzi o pojemność magazynu energii? Żeby to ustalić, trzeba by dysponować danymi odnośnie nasłonecznienia w danej lokalizacji – na tej podstawie można by dobrać optymalną wielkość magazynu energii, analizując jak długie typowo bywają dni z niedostatkiem słońca.

Niestety takie dane to nie są tanie rzeczy. Nie znajdzie się tego w oferowanych za darmo zasobach IMGW. W specjalistycznym australijskim serwisie dostarczającym dane pogodowe na potrzeby farm PV udało mi się znaleźć ofertę na potrzebny do tego celu zakres danych za... 400$.

Zastąpić kolektory słoneczne fotowoltaiką?

Od 2013 roku wodę kranową grzeję za pomocą kolektorów słonecznych. Obecnie są to dwa kolektory zainstalowane pionowo na południowej ścianie budynku.

Ta lokalizacja ma dwie wady:

• Zimą (połowa listopada do połowy lutego) sąsiedni budynek zacienia kolektory w dużej części, przez co prawie nie działają.
• Latem pionowy montaż zmniejsza uzysk energii na tyle, że nawet w największy skwar trudno jest osiągnąć więcej jak 55 stopni w zbiorniku – podobne są osiągi w kwietniu lub wrześniu. Wygląda na to, że zastosowana w kolektorze szyba nie dopuszcza do absorbera większości światła padającego pod niewielkim kątem (lato, słońce wysoko).

Generalnie kolektory spełniają swoją rolę, ale z uwagi na powyższe jest pewien niedosyt. Już czas jakiś zastanawiam się, co z tym zrobić. Opcji jest kilka:

• Zostawić kolektory tam gdzie są. Może nie jest najlepiej, ale jako tako.
• Przenieść kolektory na dach i zamontować je do konstrukcji nośnej fotowoltaiki. Z taką też myślą ta konstrukcja była planowana. Jednakże obawiam się, że kolektory będą zacieniać część fotowoltaiki w zimowym półroczu.
• Zrezygnować z kolektorów na rzecz dogrzewania wody nadmiarami prądu z fotowoltaiki.

Ta ostatnia opcja zaczyna mi się wydawać coraz bardziej kusząca:

• W słoneczny dzień już w połowie marca instalacja PV ładuje akumulator do pełna jeszcze przed południem. Przez resztę dnia dostarcza już tylko 300-400W mocy na bieżące zużycie prądu za dnia. Są rezerwy, które można by wykorzystać.
• Gdyby nawet nadwyżek energii nie było dość, łatwiej będzie dołożyć 2-3 panele PV na kierunkach wschód-zachód niż przenieść na dach kolektory, które muszą być skierowane na południe, przez co jest zagrożenie zacienieniem reszty instalacji.

Rzecz wymaga jeszcze zastanowienia i obserwacji w ciągu lata. O ile użycie fotowoltaiki li tylko dla grzania wody wciąż jeszcze kosztowo przegrywa z kolektorami – to wykorzystanie wolnych przebiegów instalacji PV off-grid może mieć większy sens ekonomiczny i techniczny (uproszczenie domowych instalacji).

Przyłączyć instalację do sieci?

Na ten moment nie wiem jeszcze, czy będzie sens i cel przyłączania tej instalacji do sieci dla oddawania nadwyżek prądu. Najbardziej ciekawi mnie właśnie to, ile można wskórać bez cyrografu z energetyką. To chciałbym sprawdzić.