Fotovoltaika pro rodinný dům - úvod
Fotovoltaika pro rodinný dům – výhody a nevýhody, návratnost
Fotovoltaická elektrárna má za úkol vyrábět elektřinu. Smyslem její instalace je odlehčení distribuční sítě, určitá úspora peněz na její provozu a v neposlední řadě i jistá nezávislost od dodavatelů, například v případě výpadku elektřiny.

V našem článku se blíže podíváme na jednotlivé prvky fotovoltaického systému rodinném domě, vysvětlíme si typy fotovoltaických elektráren, projdeme výhody a nevýhody různých řešení a odhadneme výkon, přibližnou cenu instalace jakož i návratnost pro běžnou domácnost.
Fotovoltaická elektrárna pro rodinný dům - schéma

Prvky fotovoltaického systému

 

Běžný fotovoltaický systém pro rodinné domy sestává z následujících hlavních prvků:

 

Fotovoltaické panely

Nosná konstrukce pro fotovoltaické panely

Měnič (inverter)

Batérie (volitelný prvek)

Kabelové rozvody

Fotovoltaický panel - Monokrystalický (tmavošedý odstín)
Fotovoltaický panel - Polykrystalický (modrý odstín)

Fotovoltaické panely

 

Jsou základním prvkem fotovoltaické elektrárny, který přeměňuje sluneční energii na elektrickou energii. Každý panel má určitou účinnost, což znamená kolik procent z dopadené sluneční energie přemění na elektrickou energii. V dnešní době se pohybuje účinnost fotovoltaických panelů na úrovni 18-19%. Fotovoltaické panely vyrábějí stejnosměrný proud, který je potřeba pro běžné využití změnit na střídavý - toto se děje v měniči (inverter).

 

V praxi jsou panely často označovány číslem za názvem, například 325Wp (Wp = Watt peak), toto číslo znamená, kolik elektrické energie (vyjádřené ve wattech) dokáže daný panel maximálně vyprodukovat (peak) za ideálních podmínek (teplota 25°C a bezmračná atmosféra - tyto ideální podmínky samozřejmě v praxi málokdy nastanou). Například v uvedeném příkladu 325Wp vidíme, že daný panel vyrobí maximálně 325W za hodinu, což představuje 0,325kWh.

 

Životnosť

Výrobci obvykle poskytují záruku 25 let na výkon fotovoltaických panelů (obvykle mají kolem 90% nominálního výkonu po 12 letech a 80% nominálního výkonu po 25 letech).

Běžná je i záruka 10 let na provedení panelu (rám modulu, elektronické součásti a kabeláž).

Skutečná životnost panelů se obvykle pohybuje v rozmezí 25-30 let.

 

Typy panelů – monokrystalické a polykrystalické

Dnes již není zajímavý výkonový rozdíl mezi tím, zda používáme monokrystalické nebo polykrystalické články.

Rozeznáme je obvykle podle barvy - monokrystalické solární panely mají většinou tmavý odstín jedoucí do černé barvy, polykrystalické solární panely mají většinou modrý odstín.

V minulosti byly dražší (z důvodu technologie výroby) monokrystalické články, avšak i cenový rozdíl je dnes minimální.

 

Monokrystalické panely

Pomaleji nabíhají, avšak potom dodávají mírně více energie. Tyto panely se hodí tam, kde je zaručena ideální orientace (přesný jih, ničím nestíněný a sklon panelů 30-40 °). Při nižší intenzitě slunečního záření podávají mírně horší výkon než polykrystalické solární panely, při ideální orientaci podávají zase mírně vyšší výkon.

 

Polykrystalické panely

Solární elektrárna z těchto panelů má rovnoměrnější výkon. Tyto panely se hodí více na místa, kde je určitá odchylka od ideální orientace. Obecně polykrystalické panely mají mírně lepší účinnost při slunečním záření pod různými úhly.

 

Fotovoltaika - Nosný systém pro plochou střechu
Nosný systém pro plochou střechu - v tomto případě byla nosná hliníková konstrukce namontovaná na závitové tyče, které jsou ukotveny do železobetonové konstrukce střechy. Panely byly osazeny na "naležato".
Fotovoltaika - Nosný systém pro šikmou střechu
Nosný systém pro šikmou střechu - v tomto případě byla nosná konstrukce namontována do dřevěného laťování pod plechovou krytinou.

Nosná konstrukce pro fotovoltaické panely

 

 

Nosná konstrukce by měla být co nejlehčí a zároveň co nejpevnější. Materiálově je proto obvykle provedena jako hliníková, kombinovaná s ušlechtilou ocelí, čímž se zajistí její odolnost vůči korozi a zároveň potřebná pevnost, aby odolala silným nárazům větru.

 

Nosná konstrukce panelů se liší podle toho zda, jejich umisťujeme na plochou nebo šikmou střechu.

 

Plochá střecha

Na ploché střeše můžeme panely umístit tak, že na stávající střechu rozmístíme betonové kostky, na které uchytíme nosnou konstrukci (obvykle trojúhelníkového tvaru) a následně na ni uchytíme panely. Výhodou tohoto řešení je, že se dá použít na jakékoli ploché střeše, které nevadí dodatečné zatížení panely a betonovými kostkami.

 

Druhou možností je, pokud na fotovoltaiku myslíme již ve fázi návrhu domu, že do stropní železobetonové desky střechy se navrtají závitové tyče, na které se přímo namontuje nosná konstrukce panelů. Toto řešení je pevnější než výše zmíněné a jeho výhodou je, že zpřísňují střešní konstrukci. Nevýhodou je větší množství prostupů přes střešní izolaci, které je třeba pečlivě zpracovat, aby přes střechu nezatékalo.

 

Výhodou ploché střechy je, že máme naprostou volnost v nastavení sklonu a orientace panelů, jsme omezen jen její velikostí, kde platí, že od okraje střechy bychom měli nechat přibližně 0,75m odstup. Na jeden panel o běžných rozměrech 1,0x1,6m je třeba uvažovat kolem 4m2 plochy střechy. Panely se dají montovat orientované na výšku i po délce.

 

Šikmá střecha

Při šikmé střeše se obvykle panely montují na horizontální nosné profily, které jsou ukotveny do laťování pod střešní krytinou. Při plechové krytině se to obvykle řeší šrouby, čímž nám vznikne několik prostupů přes střešní krytinu. Při šikmé střeše je to však méně choulostivé na správné provedení jako u plochých střech. Dalším řešením pro betonové a keramické tašky je uchycení do laťování přes konzoly, které vycházejí pod tašky a tím nevznikají dodatečné prostupy. Pokud konzoly nadzvedávají jednotlivé tašky, doporučujeme zbrousit spodní stranu tašek natolik, aby byly v rovině se zbytkem střechy.

 

Výhodou šikmé střechy je, že panely mohou být na hustší a také nosná konstrukce bývá levnější a jednodušší. Nevýhodou šikmé střechy je, že její sklon a orientace nám většinou určí i sklon a orientaci fotovoltaických panelů.

 

V případě šikmé střechy můžeme na jeden panel o běžných rozměrech 1,0x1,6m uvažovat kolem 1,6m2 plochy střechy.

 

Přitížení střešní konstrukci

Je třeba mít na paměti, že umístěním fotovoltaických panelů zatížíme střechu. Samotné panely mají kolem 20kg na 1 kus. V případě ploché střechy mají nosné trojúhelníky hmotnost okolo 10kg (1 pár pro 1 panel) a betonové dlaždice individuálně. V případě šikmé střechy je nosná konstrukce mírně lehčí a odpadá i varianta s betonovými dlaždicemi.

 

Pro jednoduchost můžeme při fotovoltaice uvažovat s přitížením střechy kolem 25kg/m2.

Fotovoltaický měnič - Příklad hybridní měnič od značky Victron Energy

Měnič (inverter)

 

Elektrický proud vyráběný fotovoltaickými panely je jednosměrný. V rodinných domech ale používáme střídavý elektrický proud (ten je potřebný pro pohon zařízení s elektromotory).

 

Změnu jednosměrné elektřiny vyrobené fotovoltaickými panely na střídavou, zajišťují právě měniče. Měnič je proto klíčová součást fotovoltaické elektrárny.

Kromě přeměny elektrické energie, nabízejí kvalitní měniče možnost sledování výkonu v reálném čase i ovládání fotovoltaické elektrárny na dálku přes mobilní aplikaci. Stačí je připojit k internetu a nakonfigurovat.

 

Některý výrobci nabízejí zařízení typu "vše v jednom", které dokáží nejen měnit proud na střídavý, ale obsahují i nabíječ baterie, solární regulátor, barevný monitor, vzdálenou správu a podobně, čímž se zjednoduší celá instalace

 

Výkon měniče

Každý měnič má určitý výkon udávaný ve volt ampérech (VA). Například 5 000V, tento údaj je teoretické maximum. V praxi umí měnič dlouhodobě dodávat přibližně o 20% méně, například v našem příkladu 4000W. Toto je důležitý údaj, který je třeba zohlednit při výběru měniče, protože pokud máme na střeše 12 panelů o výkonu 300Wp = 12x300 = teoreticky 3600W, potom měnič s reálným výkonem 4000W by měl mít dostatečný výkon k našim panelům.

 

Jednofázový nebo třífázový měnič

Běžně používané fotovoltaické měniče jsou jednofázové (třífázové jsou v současnosti poměrně drahé). Jednofázový měnič můžeme připojit pouze na jednu fázi, a tím pádem mohou elektřinu z fotovoltaických panelů využívat jen spotřebiče připojené na tuto fázi.

 

Z tohoto důvodu je třeba si předem rozmyslet, jaké spotřebiče chceme, aby využívali fotovoltaickou elektřinu a tyto připojit na tu fázi, na kterou je připojen měnič. Pozdější propojení fází nemusí být vždy možné!

 

Běžně se na fotovoltaiku napojuje ohřev teplé vody (elektrický bojler), osvětlení, klimatizační jednotky, zásuvkové obvody v domě a podobně. Ideální je napojit spotřebiče, které mají stálý odběr během dne, kdy svítí slunce.

 

Rozměry a umístění měniče v rámci domu

Rozměry měničů jsou individuální, obvykle se pohybují kolem 45cm x 35cm x 25cm. Nejsou to tedy velká zařízení. Montují se na stěnu a také z tohoto důvodu nezabírají mnoho místa. Pro jednoduchost můžeme říci, že v rodinném domě si stačí vyčlenit půdorysné místo u zdi o ploše 60x60cm, ideálně v blízkosti rozvodné skříňky s jističi.

 

Měnič a hluk

Měniče mají aktivní chlazení, to znamená, že čas od času (při vyšším výkonu a teplotě) se pustí ventilátory, které umí dělat poměrně dost velký hluk. Kromě toho samotný měnič, již z principu svého fungování vydává mírný pisklavý / bzučící zvuk. Není to výrazný hluk, ale i tak jednoznačně doporučujeme umístit měnič do technické místnosti, případně uzavřít do nějaké větrané skříňky.

Fotovoltaika - Příklad Li-ion baterie od BMZ

Baterie (volitelný prvek)

 

Přebytečná vyrobená elektrická energie z fotovoltaických panelů může být uskladněna v solárních bateriích. Baterie se dobijí v průběhu dne z nespotřebované energie ze solárních panelů a pak ve večerních hodinách nám dodávají určitou energii.

 

Kapacita baterie

Baterie mají kapacitu udávanou v ampér hodinách (Ah) a pracovní napětí, při kterém fungují udávané ve voltech (V). Vhodnou velikost je třeba sladit s výkonem panelů, měničem a podle toho jak využíváme fotovoltaiku. Běžně se kapacita pro rodinné domy pohybuje od 2kWh do 8 kWh. Napětí baterií bývá většinou 12V, 24V nebo 48V. Čím má baterie vyšší napětí, tím jsou menší ztráty na kabelových vedeních mezi měničem a baterií.

 

Pokud chceme odhadnout, kolik elektrické energie z baterie dostaneme, musíme vynásobit pracovní napětí baterie s jejím kapacitou. Například, pokud má baterie s typickým pracovním napětím 12V udávanou kapacitu 200Ah, taková baterie nám dodá přibližně 12V x 200Ah = 2 400Wh = 2,4 kWh elektrické energie. Tento výpočet je však jen přibližný a nezohledňuje několik faktorů jako například to, že pracovní napětí baterie se mění v průběhu její vybíjení a podobně.

 

Typy baterií

 

Akumulátory olověné kapalinové

Jedná se o solární akumulátory s tekutým elektrolytem (nejsou to však klasické startovací baterie). Kapalinové akumulátory jsou údržbové, to znamená, že vyžadují pravidelnou kontrolu a dolévání destilované vody. Kromě toho se nedoporučuje vybíjet je pod 50% kapacity, protože se tím výrazně snižuje jejich životnost (počet cyklů) - zhruba na polovinu. Konkrétní počet cyklů záleží od daného výrobce, ale běžně se pohybuje okolo 700-1200 cyklů. Jejich nevýhoda plyne z nutnosti nabití do plného stavu po každém i částečném vybití baterie. Pokud se tak nestane, snižuje se životnost baterie. Jedná se o nejlevnější druh akumulátorů pro fotovoltaiku.

 

Akumulátory olověné gelové

Jedná se o solární akumulátory s elektrolytem vázaným na křemičitý gel. Mají delší životnost a vydrží větší počet cyklů než klasické akumulátory s tekutým elektrolytem. Konkrétní počet cyklů záleží od daného výrobce, ale běžně se pohybuje okolo 1200-1500 cyklů. Výhodou gelových akumulátorů je, že mohou být vybíjeny i ve stavu pouze částečného nabití.

 

Akumulátory AGM

Jedná se o solární akumulátory gelové, které mají elektrolyt vázán v separátorech s obsahem skleněných vláken. Doporučují se pro aplikace kde se očekává občasné vybití do 100%, nebo časté vybíjení na 60-80% a zároveň uživatel nechce / nemůže zvolit dražší Li-Iontové nebo LiFePo bChristineatérie. Životnost a cykličnost je podobná jako u běžných kapalinových akumulátorů.

 

LiFePo4

Lithium-železo-fosfátové baterie nemusí být plně dobíjeny, postačuje částečné dobíjení, což je jejich hlavní výhoda oproti olověným bateriím. Zároveň jejich kapacita a životnost není tak závislá na teplotách. Mají vysokou cyklickou životnost. Mohou se vybíjet i na 20% její celkové kapacity (80% vybití), aniž to mělo výraznější vliv na její životnost. Běžně zvládnou 5 000 cyklů. Kromě toho jsou schopny dávat relativně velké množství energie, aniž by to baterii poškodilo co je výhodné při nárazovém odběru většího množství energie. Mají vysokou hustotu energie, což znamená, že na kilogram jejich hmotnosti připadá relativně větší množství energie než u výše popsaných baterií. Spolu s Li-Ion jsou to momentálně nejlepší typy baterie k fotovoltaickému systému.

 

Li-Ion

Jsou velmi podobné výše popsaným LiFePO4 bateriím.

 

Hloubka vybití

 

Je to důležitý údaj, který nám říká o tom, kolik procent z kapacity baterie můžeme reálně využít. Například pokud výrobce uvádí hloubku vybití baterie 80%, znamená to, že 80% z její kapacity víme reálně využít. Hloubka vybití je různá pro různý typy baterie jak jsme psali výše.

 

Životnost baterie

Baterie ve fotovoltaických systémech jsou zatěžovány cyklicky (jeden cyklus je jedno nabití a vybití). Výrobci běžně udávají počet cyklů jako životnost baterie. Z nich se dá poměrně přesně odhadnout doba životnosti v letech. Například pokud denně baterii průměrně jednou za den nabíjemí a vybijeme pak nám baterie s udávanými 5 000 cykly teoreticky vydrží 5 000/1 cyklus za den / 365 dní v roce = 13 let.

 

Pro optimální životnost baterie je důležitá i teplota okolního vzduchu, která by měla být ideálně okolo 20 ° C. Při takových teplotách je míra samovybíjení poměrně nízká (2%). Při teplotě -10 ° C klesá přibližně o 20-25%.

 

Velikost baterie a její umístění v rámci domu

Co se týče baterie, ta by měla být ideálně co nejblíže k měniči, aby nedocházelo na kabelovém vedení k větším ztrátám. Běžně se umisťuje pod měnič na podlahu.

Velikost baterie je různá podle jejího typu a kapacity, takže se nedá univerzálně odhadnout.

Fotovoltaika - Systémový přestup přes plochou střechu
Systémový přestup kabelů přes plochou střechu - Vnější průměr je DN75,
který poskytuje dostatek prostoru i pro budoucí opravy nebo změny instalacích.

Kabelové rozvody

 

Jedná se o kabelové propojení jednotlivých prvků fotovoltaického systému. Srdcem systému je měnič (inverter), který musí být jednak propojen s panely na střeše, za druhé s domovním elektrickým rozvaděčem (skříňka s jističi) a případně s baterií, pokud je součástí systému.

Důležité je myslet zejména na kabelové propojení fotovoltaických panelů s měničem, jelikož se jedná o háklivejší přestup přes střechu. Z tohoto důvodu je vhodné během výstavby nového domu udělat alespoň stavební přípravu, tj natáhnout chráničku o průměru 40mm ve zdi a zhotovit systémový přestup přes střechu s ohybem v horní části (aby nestékala dešťová voda do chráničky).

Co se týče baterie, ta by měla být ideálně co nejblíže k měniči. Obvykle má kabeláž mezi baterií a měničem délku do 2m, avšak při bateriích pracujících s větším napětím (např. 48V) není problém i 7m, přičemž ztráta představuje v takovém případě jen kolem 2% z kapacity baterie.

 

Domovní rozvaděč (skříňka s jističi) musí být rovněž připojen k měniči. Do domu jsou téměř vždy přivedeny tři fáze v rámci jednoho přívodního kabelu. Běžný měnič je však jednofázový (třífázové jsou v současnosti poměrně drahé), to znamená, že ho můžeme připojit jen na jednu fázi, a tím pádem mohou elektřinu z fotovoltaických panelů využívat jen spotřebiče připojené na tuto fázi.

 

Pokud máme na domě běžné jističe na vstupu 3x25 (3 fáze po 25 ampérů), pak můžeme na jedné fázi pustit spotřebiče o maximálním výkonu 25A * 230V = 5 750W. Z toho vyplývá, že na jednu fázi, kde bude zapojena fotovoltaika, je třeba zapojit spotřebiče, které nepřekročí současně tuto hodnotu, tj nebudou najednou běžet spotřebiče se spotřebou větší než 5 750W. Pokud fotovoltaika vyrábí elektřinu (přes den) tak se k této hodnotě ještě připočítává i její výkon. Řekněme pokud máme měnič o reálném výkonu 4000W a na jedné fázi nám mohou běžet spotřebiče o výkonu maximálně 5 750W, pak v době kdy fotovoltaika vyrábí elektřinu můžeme teoreticky na této jedné fázi pustit najednou spotřebiče o výkonu 5 750W + 4000W = 9 750W.

Fotovoltaika - na ploché střeše

Typy fotovoltaických elektráren

Připojené na síť (On Grid)

Jsou to systémy připojené do běžné distribuční elektrické sítě. V případě potřeby elektřiny se použije nejprve elektřina vyrobená z fotovoltaické elektrárny na domě a pokud jí není dostatek, zbytek se doplní standardně z elektrické sítě. Součástí takového systému není baterie.

 

V případě výpadku elektřiny od distribuční firmy se vypne i fotovoltaická elektrárna z bezpečnostních důvodů - aby neproudila náhodná elektřina do distribuční sítě.

 

- Nevýhodou je nižší využití vyrobené elektřiny, protože přebytky přes den není možné uskladnit do baterie a využít později večer.

 

+ Výhodou je nižší cena oproti systémům s baterií.

Fotovoltaická elektrárna pro rodinný dům - schéma on grid zapojení

Ostrovní systémy (Off Grid)

Jsou to samostatné systémy bez připojení do elektrické sítě, proto se nazývají ostrovní. Součástí takového systému musí být baterie, do které se ukládá elektřina vyrobená přes den a ta se pak využívá v době kdy nesvítí slunce.

 

Takové řešení však v podmínkách České republiky nepostačuje na vytápění běžného rodinného domu v zimě a obvykle ani na ohřev teplé vody celoročně. Při správném nadimenzování by však ostrovní systém mohl postačovat na všechny ostatní činnosti vyžadující elektřinu v domácnosti. Takový systém je vhodný pro chaty, nebo odlehlé stavby, které vyžadují menší množství elektrické energie.

 

- Nevýhodou je vyšší vstupní investice a potřeba záložního elektrického generátoru pro období bez dostatečného slunečního záření.

 

+ Výhodou je nezávislost od veřejné distribuční sítě a maximální využití vyrobené elektřiny

Fotovoltaická elektrárna pro rodinný dům - schéma ostrovního zapojení (off grid)

Hybridní solární systémy (kombinace On Grid a Off Grid)

Jsou to systémy připojené do běžné distribuční elektrické sítě. V případě potřeby elektřiny se použije nejprve elektřina vyrobená z fotovoltaické elektrárny na domě a pokud jí není dostatek, zbytek se doplní standardně z elektrické sítě. Součástí takového systému je baterie, která pak slouží jako zdroj, například v době kdy nesvítí slunce nebo v případě výpadku elektřiny (tehdy se přepne do režimu ostrovního provozu Off Grid).

 

- Nevýhodou je vyšší vstupní investice.

 

+ Výhodou je nezávislost od veřejné distribuční sítě a maximální využití vyrobené elektřiny.

Fotovoltaická elektrárna pro rodinný dům - schéma hybridního zapojení

Virtuální baterie

Protože baterie jsou obvykle nejdražší prvky fotovoltaické elektrárny, některý dodavatelé elektřiny přišli s nabídkou takzvané virtuální baterie - jedná se o fiktivní uskladnění elektrické energie, které funguje takovým způsobem, že v době přebytku elektřiny vyrobené z fotovoltaiky se vám tato započítává u dodavatele elektřiny a následně, pak v době nedostatku elektřiny z fotovoltaiky můžete stejné množství čerpat z distribuční sítě zdarma nebo za sníženou sazbu. Tato řešení mají často požadavek na to, že celý fotovoltaický systém musí být dodán a nainstalován příslušnou distribuční společností. Dalším úskalím může být, že i když elektřina z virtuální baterie může být zdarma, budete platit dvakrát poplatek za její přenos (jednou směrem do sítě a pak směrem ze sítě). Vždy proto doporučujeme dobře si prostudovat konkrétní podmínky.

Fotovoltaika pro rodinný dům

Výkon - co očekávat od fotovoltaiky na rodinném domě

 

Instalovaný výkon

Výkon fotovoltaické elektrárny se udává v kWh. Základní údaj je takzvaný instalovaný výkon (nebo jinak řečeno maximální výkon za ideálních podmínek). Je to součet výkonů udávaných výrobcem na fotovoltaických panelech. Jeden fotovoltaický panel má běžně výkon 300Wp (Watt peak). Pokud máme pak 12 takových panelů na střeše, celkový instalovaný výkon naší fotovoltaické elektrárny bude 12 * 300 = 3 600Wp = 3,6 kWp. Taková sestava nám tedy v ideálním případě vyrobí 3,6kWh za 1 hodinu.

 

Skutečný výkon

Skutečný výkon fotovoltaické elektrárny závisí především na intenzitě slunečního záření a jeho trvání. Průměrný roční úhrn slunečního záření v kWh / m2 udává obrázek níže. Je třeba mít na paměti, že fotovoltaické panely mají obvykle velikost 1,0x1,5m = 1,5m2 plochy. Rovněž si je třeba podívat účinnost panelu, který udává každý výrobce. Například v Praze by panel o rozměru 1,5x1,0m a účinnosti 18% dokázal za rok teoreticky vyrobit 324 kWh (1200kWh / m2 x 0,18 x 1,5 m2 panelu).  

Intenzita slunečního záření v České republice za rok

Zdroj obrázku: The World Bank, Global Solar Atlas 2.0, údaje a mapka jsou z http://solargis.info

 

Z uvedeného teoretického výkonu je třeba odečíst ztráty vlivem úhlové odrazivosti panelů (okolo 3%), ztráty vlivem okolní teploty (i do 7%), ztráty v kabelových rozvodů (záleží od jejich délky) a ztráty samotnou změnou stejnosměrného proudu na střídavý (kolem 10 %).

 

Běžně se proto počítá na ztráty kolem 20% z vyrobené elektřiny. 

 

Výkon v rámci regionů České republiky

Z hlediska konkrétního umístění fotovoltaické elektrárny v rámci České republiky můžeme konstatovat, že nejvíce slunečního záření dopadá během celého roku na jihu, nejméně na severo-západě krajiny. Rozdíl mezi nejchladnějšími a nejteplejšími regiony v dopadajícím množství sluneční energie je pouze přibližně 15%. Z tohoto důvodu má smysl fotovoltaická elektrárna i v chladnějším oblastech České republiky.

 

Pro jednoduchý přepočet můžeme uvažovat, že v podmínkách ČR se dá vyrobit na 1kWp instalovaného výkonu 1000kWh za rok.

Otázkou je samozřejmě, zda danou energii dokážeme průběžně využít, případně kolik z ní odložit do baterie na pozdější využití.

 

Na to, aby měla fotovoltaická elektrárna co největší výkon je třeba zajistit co nejvhodnější orientaci panelů.

 

Ideální orientace a sklon

Ideální orientace panelů je přesně na jih pod sklonem 30-40°, přičemž by neměly být stíněné žádnými předměty během celého dne.

 

Je dobré vědět, že i když panely nemohou mít ideální orientaci přímo na jih, ale jsou umístěny přímo na východ nebo západ, jejich účinnost je nižší jen přibližně o 14%. Totéž platí i při rozdílech ve sklonu, pokud máme o 15 stupňů menší sklon než 30°, nebo větší než 40°, výkon panelů bývá menší jen o pár procent (kolem 5-6%). Větší rozdíl udělá to, zda je máme mírně zašpiněné nebo úplně čisté.

 

Počasí a výkon fotovoltaiky

Při oblačnosti klesá výnos přibližně na 50% a při hustě zatažené obloze až na 10% maximálních hodnot. V zimních měsících se vyrobí zhruba jen 20% elektřiny ve srovnání s letními měsíci.

 

Pokud na panely nasněží souvislá pár centimetrová vrstva sněhu, jejich výkon se snižuje běžně na 5-10%. Sníh se obvykle na kluzkém povrchu panelů dlouho neudrží, takže pokud nejsou panely umístěny v oblasti s velkými sněhovými srážkami, toto by nemělo představovat problém.

Cena fotovoltaické elektrárny pro rodinný dům

 

Ceny jednotlivých komponent jsou přibližně následující:

 

Běžné fotovoltaické panely stojí kolem 4500Kč - 5500Kč za kus s DPH

Nosná konstrukce pod panely na plochou střechu stojí přibližně 2000Kč na 1 panel

Solární měniče stojí od přibližně 40 000Kč za 3000VA až po 80 000Kč za 5000VA

Solární baterie může stát od 15 000 Kč za olověné články o kapacitě 4kWh až po 80 000Kč za Li-Ion baterii o stejné kapacitě

Montáž je individuální, ale běžně se pohybuje okolo 30 000Kč - 40 000Kč

Spotřební materiál a kabeláž kolem 15 000Kč

 

Pokud si spočítáme výše uvedené položky, řekněme, že uvažujeme s 12 panely, nosnou konstrukcí na plochou střechu, měnič o výkonu 4000V, Li-Ion baterii o kapacitě 4kWh. S montáží, dovozem a ostatním materiálem vychází cena na přibližně 250 000Kč.

 

Bez Li-Ion baterie by stejná fotovoltaická elektrárna vyšla na přibližně 175 000Kč.

 

Případná dotace "Zelená úsporám" by mohla investici o pár tisíc korun snížit.

Návratnost - vyplatí se fotovoltaika?

 

Pokud hledíme na tuto otázku čistě přes peníze, pak spíše ne. Uvedeme si pár problémů, pro které je návratnost poměrně dlouhá.

 

Problémy fotovoltaiky, prodlužující její návratnost

Jelikož fotovoltaická elektrárna vyrábí elektřinu jen během slunečních hodin dne, je třeba vyrobenou elektřinu ihned utratit v rámci dne, nebo naakumulovat do baterie a využít později, například večer, když už slunce nesvítí. Z tohoto pohledu se jeví baterie jako ideální řešení, její problémem je však cena. Aby měla baterie reálný smysl, potřebujeme pro rodinný dům kapacitu alespoň 4-5kWh. Kvalitní baterie, jejichž kapacita se dá téměř celá využít jsou velmi drahé, a tím pádem dělají investici do fotovoltaického systému méně návratnou. 

 

Dalším problémem je, že fotovoltaická elektrárna vyrábí nejvíce elektřiny během letních měsíců (červen, červenec) a nejméně během zimních měsíců (prosinec, leden). V ČR se však nejvíce energie spotřebuje právě v zimě, protože potřebujeme vytápět dům a více svítit. Na vytápění padne obvykle více než 50% celkově spotřebované energie v domě (ať už topíme plynem nebo elektřinou), na ohřev teplé vody okolo 20% a zbylých 30% se dělí mezi činnosti jako vaření, praní, osvětlení, elektronika a podobně. Z toho vyplývá, že když potřebujeme nejvíce energie, fotovoltaika nám produkuje nejméně a naopak..

 

Určitým problémem je i to, že běžně používané měniče (inverter) jsou jednofázové a dokáží dodávat elektřinu jen zařízením napojeným na tuto fázi. Praktičtější jsou samozřejmě 3-fázové měniče, které dodávají elektřinu z fotovoltaiky do všech tří fází, avšak problémem je zase jejich vyšší cena, a tím pádem nižší návratnost celého systému. Pokud si tedy špatně rozmyslíme, které zařízení připojíme na fázi s fotovoltaikou, její návratnost se může radikálně prodloužit..

 

Pokud součástí systému není baterie, musí se elektřina z fotovoltaiky spotřebovat ihned, což může být poměrně obtížné. Obvykle proto připojují na fázi s fotovoltaikou zařízení, které běží hlavně přes den nebo dlouhodobě s menšími výkyvy spotřeby. Například chladnička, alarm, klimatizace, bojler na teplou vodu, ohřev vody v bazénu a podobně.

 

Výpočet návratnosti

Na základě výše uvedeného nám vychází nejpraktičtější řešení pro běžný rodinný dům takové, kde je součástí systému menší kvalitní baterie (4-5kWh) a výkon fotovoltaických panelů se dimenzovat na ohřev teplé vody a připojení některých spotřebičů jako ledničky, klimatizace a podobně (řekněme instalovaný výkon 3kWp = 10 běžných fotovoltaických panelů). Svícení večer s LED svítidly a připojení určité elektroniky pak nebývá problém. Investice se pohybuje v takovém případě kolem 220 000Kč i s montáží. Návratnost se pohybuje kolem 18 let (pokud uvažujeme s průměrným ročním zdražením elektřiny okolo 2% pro domácnosti, což je více než rostla integrovaná cena elektřiny pro domácnosti v období mezi lety 2010 až 2020). V našem případě uvažujeme s tím, že baterii bude třeba po 12 letech vyměnit (započítáváme 2 baterie za životnost celého systému cca 24 let).

 

Můžeme konstatovat, že fotovoltaický systém v dnešní době není určen pro lidi, kteří by chtěli čistě ušetřit peníze na provozu domu. V lepším případě se nám na konci životnosti zaplatí, a tím pádem jsme ho měli po celou dobu zdarma. Výhodou fotovoltaiky jsou ale jiné charakteristiky, jako například, nezávislost od dodavatele v případě výpadku elektřiny (pokud je součástí systému baterie - což je například praktické pro napájení alarmů nebo citlivé elektroniky), klimatizování v létě zdarma, nebo ohřev teplé vody v slunečních měsících, aniž bychom museli hledět na účet. Pro někoho to může být představa ekologičtějšího řešení, už jen minimálně tím, že určitá část elektřiny se vyrobí na místě spotřeby, čímž se šetří přenosová soustava.

 

Z hlediska energetického posuzování stavby v energetickém certifikátu (PENB) vychází stavba s fotovoltaickou elektrárnou lépe, protože má nižší nároky na celkovou dodanou jakož i primární energii.

 

Poznámka:

Naše projekční kancelář není spojena se žádným výrobcem nebo prodejcem fotovoltaických systémů. Názory a čísla prezentovány v článku vycházejí z našich zkušeností s konkrétními fotovoltaickými systémy na základě jejich provozu a projekční činnosti.

Mohlo by Vás také zajímat
Rádi byste se dozvěděli více informací? Napište nám na Facebooku nebo nám pošlete email na adresu uvedenou níže, případně nám zavolejte na uvedené telefonní číslo.
DJS Architecture s.r.o., email: office@djsarchitecture.cz, tel.:  +420 607 699 977