Solární elektrárna jako východisko z energetické krize

Otázky pro odborníka

Někteří stavebníci uvažují o fotovoltaické elektrárně výhledově, tedy později, než dokončí nový dům. Na co nejčastěji zapomínají ve vztahu k pozdějšímu připojení, na co si dát pozor?

Pravděpodobně nejčastějším problémem je obecně technická připravenost pro dané řešení – například chybí chráničky pro následné protažení kabelů. Zásadní jsou také připravené prostupy skrze zdi, stropy – například ze střechy do technické místnosti nebo z technického zázemí k rozvaděči. Vyhnete se tak nevzhledným lištám nebo dodatečnému vrtání do zdí.

Důležité je také disponovat vhodně dimenzovanou technickou místností – například pro umístění akumulační nádrže na vodu či bojleru, bateriového úložiště nebo vnitřní jednotky tepelného čerpadla, které zaberou dost místa. Dobré je myslet i na dostatek místa v rozvaděči – pro fotovoltaiku je v průměru potřeba minimálně 9 pozic. Vyhnete se tak dodatečnému externímu rozvaděči.

Může se stát, že mezi časem přípravy na fotovoltaiku a skutečnou realizací uplyne dlouhá doba, v řádu roků. Plyne z toho nějaké riziko, například změna podmínek připojení, nevyhovující stav sloupku a podobně?

Pokud by se jednalo o zpoždění v řádu let, je možné, že dojde ke změně norem či legislativních předpisů, proto určitě nedoporučuji s realizací otálet. Ohledně hotové přípravy v podobě chrániček a prostupů žádné riziko nehrozí ani v případě delšího prodlení. Pokud však už budete mít připravenou i kabeláž, mohlo by po pár letech dojít k technologickému posunu a kabely by nemusely mít v danou dobu odpovídající (dostatečné) parametry.

Jakou kombinaci zdrojů energie pro rodinný dům považujete za nejefektivnější?

Nejvýhodnější z hlediska energetické nezávislosti a úspor je dnes kombinace fotovoltaických panelů a tepelného čerpadla s bateriovým úložištěm. Fotovoltaická elektrárna pokryje významnou část vlastní spotřeby čerpadla, a to zajistí jak ohřev vody pro otopnou soustavu, tak i vody užitkové. Zvlášť v obdobích, kdy tepelné čerpadlo není využíváno naplno, může fotovoltaika pokrýt i značnou část spotřeby domu. Díky bateriím a uložené energii také získáte záložní zdroj, na který moderní střídače dokážou třeba při letních bouřkách přepnout tak snadno, že si toho ani nevšimnete.

Jaké dotace lze získat v rámci novostavby na některou z popisovaných technologií?

Při kombinaci s baterií a tepelným čerpadlem můžete dosáhnout až na 225 000 korun. V rámci řešení „na klíč" vám pak dobře vybraný dodavatel může poskytnout nejen kompletní technologii včetně její montáže, ale měl by se postarat právě i o celý proces žádosti o dotaci.

Pavel Fajx
ČEZ Prodej, a.s.

Komentář odborníka

Existuje zlomový bod, do kterého nemá fotovoltaická elektrárna (FVE) ekonomický smysl?

V budoucnu existovat nebude. Dnes je bohužel nutno počítat s omezením výkupu nebo dodávky do komunity, a tak může nastat problém s využitím přebytků. Ale v budoucnu bude běžné s elektřinou z obnovitelného zdroje obchodovat, a tak se vlastnictví FVE vždy vyplatí. A vzhledem k dlouhé životnosti elektrárny je otázkou, zda neinvestovat už dnes. Jediným logickým omezením, které je nepřekročitelné, je absence vhodných míst pro umístění FVE (střecha orientovaná na JV, J, JZ). Ale i v tomto případě se můžete na sluníčkovou energii těšit, ovšem jen v rámci komunity, od hodného souseda.

Má smysl fotovoltaika (FV) bez baterie?

Ano. Každé využití FV znamená možnost výroby elektrické energie s nulovým nákladem na palivo a s poměrně nízkým (relativně) nákladem na pořízení. Pokud není možno energii spotřebovat přímo v místě výroby (ideální řešení), lze energii přenést pomocí distribuční a přenosové soustavy do míst, kde využitelná bude.

V blízké budoucnosti je počítáno s masivní podporou takzvané komunitní energetiky a každá domácnost tak bude mít možnost využít přebytky energie k prodeji v rámci komunity. Lze tedy doporučit i budování FVE bez baterií. Naopak vzhledem k vysoké počáteční investici je vždy vhodné při požadavku na baterii zhodnotit i možnosti další akumulace energie například do vody, kdy tento způsob akumulace je řádově levnější.

Co zásadně ovlivňuje návratnost fotovoltaiky? Kdy stačí jednofázové připojení, a kdy už je třeba třífázové, respektive co je výhodnější?

V naší legislativě je pro fotovoltaické elektrárny zakotveno, na rozdíl od zbytku Evropy, fázové měření. V praxi to znamená, že je v každé ze tří fází domovní přípojky měřen tok energie zvlášť. Může tedy docházet k paradoxní situaci, kdy v jeden okamžik energii do soustavy dodáváme a zároveň z jiné fáze odebíráme. Nedochází tedy k vyhodnocení směru toku energie jako celku, v součtu. Pokud budu mít na domě s běžnou třífázovou přípojkou instalovanou jednofázovou FV elektrárnu, musím tak v ideálním případě pro maximální samospotřebu zapojit všechny spotřebiče do jedné fáze a zbylé dvě fáze raději nevyužívat. Nemusím ani psát o tom, že v noci bude takový dům silně nesymetrickým spotřebičem.

Jako ideální řešení by se mohl jevit třífázový střídač. Bohužel v tomto případě nastává problém s vyhodnocením směru toku energie v jednotlivých fázích. Protože okolní státy využívají součtové měření, není tato funkce ve většině střídačů implementována. Střídače, které jsou vhodné pro náš způsob měření, vyrábí jen hrstka výrobců, a i v tomto případě tato funkce nebývá dobře implementována. Navíc takový střídač má často i větší klidovou spotřebu a je dražší. Ekonomiku FVE tak v našich podmínkách negativně ovlivňují především důsledky výše uvedené zvláštnosti v měření, a to v podobě dražších střídačů a jejich vyšší samospotřeby, případně u jednofázových střídačů složitými systémy přepínání spotřebičů.

Pokud se rozhodneme dopady fázového měření ignorovat a postavíme si elektrárnu z kvalitních komponent například „made-in Germany", ušetříme za střídač, ale budeme ztrácet při každé naměřené dodávce a odběru takzvaně z fáze do fáze. Důvody tohoto opatření (fázové měření) z podstaty věci dopadají jen na malé fotovoltaické elektrárny. Technické zdůvodnění zavedení tohoto druhu měření jako motivace k symetrickému chování prosumera (ten, kdo spotřebovává i vyrábí; pozn. red.) selhává, ať už z důvodů vynuceného budování jednofázových systémů, tak proto, že maximální nesymetrie vytvořená takovým střídačem je 3,3kW na fázi (což je dáno limitem 10 KWp instalovaného výkonu u bezlicenčních zdrojů, respektive domácností). Jen pro porovnání: běžná domácnost s jističem 25 A vytváří nesymetrii v krajním případě 5,7 kW.

S jakou konfigurací FV systému je reálné, aby mi fotovoltaika zajistila soběstačnost i v zimě pro ohřev vody a topení a) elektrické podlahové či nástěnná topidla b) teplovodní podlahové? Je možné obejít se zcela bez závislosti na distribuční síti?

Jedinou funkční konfigurací obnovitelných zdrojů energie (OZE) je kombinace FVE s kogenerační jednotkou na biomasu. Takové zařízení je samozřejmě drahé. Levnější kogenerace s primárním fosilním palivem zase nesplňuje podmínky OZE. Čistě ze slunečního záření je celoroční vytápění budovy v podmínkách naší republiky technicky i ekonomicky nereálné. Nicméně vhodným dimenzováním systému se dnes lze dostat na deset měsíců energetické nezávislosti objektu s přiměřenými náklady. Z hlediska způsobu vytápění je vždy vhodnější volit systémy s akumulační schopností než přímotopné systémy. To je dáno faktem, že největší zima je přes noc a FVE naopak v zimě vyrábí především kolem poledního.

Celý dům jede na elektřinu (topení, vaření, ohřev vody...), FV on grid 10 kWp. V zimě fotovoltaika vyrábí tak málo energie, že si baterie (9 kWh) musí brát energii na svůj vlastní provoz z distribuční sítě. Ve výsledku mě celková spotřeba za rok stojí mnohem více, než kdybych FV neměla. Navíc mi distributor po instalaci FV navýšil zálohy za energii. Udělala jsem já nebo dodavatel FV systému někde chybu? Lze to řešit třeba jinou baterií?

Podle „příznaků" to vypadá na použití střídače s velkou klidovou spotřebou. Často tímto neduhem trpí v ČR propagované asymetrické střídače. Je třeba si uvědomit, že „pouhých" 100 W příkonu znamená za rok spotřebu 0,85 MWh. Bohužel údaj o vlastní spotřebě nebývá u střídačů a bateriových úložišť běžně uváděn. Jako pomoc by v tomto případě mohlo fungovat vypínání bateriového úložiště na zimní měsíce. Mělo by to v tomto případě dvojí účel, a to jak úsporu energie na běh systému, tak ochranu baterie před hlubokým cyklováním v době nedostatku energie ze slunce. Poučením pak je, požadovat vždy od instalační firmy vyčíslení nákladů na provoz střídače (jeho klidovou spotřebu). Pokud tento parametr nebyl ve smlouvě, je již na nějaké reklamace bohužel pozdě.

Pokud si pronajmu do distributora virtuální baterii a uložím si tak přebytky energie vyrobené v létě, pak v zimě, když si chci nastřádanou energii vybrat, za silovou elektřinu sice neplatím, ale budou mi naúčtovány regulované složky, které činí kolem 50 procent z ceny elektřiny. Když uložená energie na zimu nestačí, protože elektřinou i topím a budu ji muset dokoupit ze sítě, bude mě stát kilowatt více než odběratele, který FV nemá. Pro koho a je tedy vhodná virtuální baterie?

V tomto případě je baterie vhodná jak pro vás, tak pro obchodníka. Úspora vašich nákladů je právě ta uložená energie na zimu. V případě, že vám ekonomická bilance použití virtuální baterie vychází nevýhodně, je potřeba zkontrolovat dimenzování FVE, zda máte v létě dostatek přebytků a zda vaše zimní spotřeba není o mnoho větší než letní přebytky. Pro obchodníka je přínos z virtuální baterie spíše v příjmech za vaše pravidelné platby (pronájem baterie).

Celkově při rozhodování, zda baterii fyzickou, nebo virtuální vždy budou hrát roli letní přebytky a zimní spotřeba. Na krátkodobé vyrovnání výroby a spotřeby stačí lokální baterie s kapacitou na zhruba dva dny průměrného provozu domu (mimo topnou sezónu). Pro dlouhodobé „ukládání" přebytků je lepší některý z ekonomických nástrojů (virtuální baterie, výkup a prodej).

Na každém rohu na mě vyskakuje reklama, že spojení FV a tepelného čerpadla je nejvýhodnější kombinace. Je to opravdu tak jednoznačné a hraje roli typ čerpadla?

Ano propojení s tepelným čerpadlem znamená v energetickém hodnocení systému úsporu energie v důsledku takzvaného topného faktoru. Optimisticky se hovoří o faktoru 5, pesimisticky o 2. Jako průměr lze počítat se zhruba trojnásobným topným faktorem čerpadla. V případě propojení s FV systémem je potřeba brát v potaz charakter slunečního záření. Pro zajištění hladkého běhu čerpadla v případě proměnné oblačnosti je potřeba buď zálohování do baterií, nebo provoz z rozvodné sítě.

Pro využití získaného tepla v době mimo sluneční svit je potřebné vybavit systém tepelným akumulátorem (vodní nádrž s velkým množstvím vody). V neposlední řadě je potřeba navrhnout vhodný řídicí systém. Zde je možná největší zádrhel, protože vhodné systémy pro integraci fotovoltaiky, baterie, tepelného čerpadla, akumulační nádrže a predikce počasí je dnes na trhu spíše vzácností.

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D.
Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů (LDFS) ČVUT FEL Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT (UCEEB) Solární Asociace (SA)

Zkušenost stavebníka (Jan Plzeňsko)

Jan má ...

• dřevostavbu od společnosti PALIS Plzeň
• chytrý pasivní dům nabitý technologiemi
• optimalizovaný na využití fotovoltaiky
• tepelné čerpadlo
• vytápění podlahové teplovodní
• užitnou plochu interiéru 219 m²
• větrání řízené s rekuperací Zehnder ComfoD
• součinitel prostupu tepla stěnou U: 0,12 W/(m²/k)
• inteligentní řídicí systém Loxone

Když jsem u vás byla na redakční návštěvě, říkal jste, že po roce bydlení jste na šedesáti procentech soběstačnosti a že počítáte s navýšením na sedmdesát procent. Do jaké míry jste soběstačný nyní?

Minulý měsíc to bylo zhruba 90 % včetně topení. Stoprocentně soběstačný jsem od dubna do konce září. V zimě nebo když je nízká inverzní oblačnost a výkon elektrárny je malý, respektive energetická potřeba domu je vyšší, než může fotovoltaika vyrobit, přifázuje se k distribuční síti a odebírá nezbytně nutné množství. V České republice to lepší ani být nemůže. Jsem posedlý soběstačností – není pro mě až tak důležité jestli jsem ušetřil sto, nebo tisíc korun, ale do jaké míry jsem soběstačný, protože Slunce vždycky vyjde a až vyjde, budu mít energii.

Bylo náročné najít dodavatele systému?

Hledal jsem v Čechách, ale nenašel. Všichni vám dokážou prodat panely a baterie, ale nikdo nedodá energetický koncept, jak budete s energií hospodařit. Takového dodavatele jsem našel až na Moravě.

Fotovoltaickou elektrárnu užíváte tři a půl roku. Má nějaký zásadní nedostatek?

Že jsem ji nepořídil už dříve. (smích)

obr.: Janova "chytrá" dřevostavba je díky fotovoltaické elektrárně od jara do podzimu energeticky soběstačná. Foto: Martin Zeman

Jakou kapacitu má baterie?

To byl ten drobný nedostatek, po dvou letech jsem vyměnil baterii o kapacitě 20 kWh (20 kVAh) za 50 kWh. Výsledek je, že jsem o dalších 5–10 % soběstačnější.

Máme tu názor čtenáře, že ho provoz FV stojí v provozu ze sítě moc peněz a přičítá to na vrub baterie. Co si o tom myslíte?

Dobrá baterie má vlastní energetickou režii naprosto minimální. Pokud je to špatná baterie, primárně určená třeba pro potřeby telekomunikací, a ne pro silovou energetiku, pak může být problém, protože vlastní energetické ztráty baterie jsou vyšší, než kolik je silnoproudý standard. Ale může se stát, zejména u levných střídačů čínské provenience, že jejich takzvaná spotřeba na prázdno, to znamená jejich vlastní režie, může být i 150–200 wattů. Je to jako byste měla zapnutou 200wattovou žárovku 24 hodin denně. To je skoro 5 kWh. A ze slunce přitom nedostanete ani dvě kWh za den. V tu chvíli samozřejmě máte mínusovou výrobu, ale proto, že někdo na začátku šetřil a koupil levný šmejd.

Podle vás to tedy dotazovatel někde podcenil?

Ano, a není zdaleka jediný. Pro své přátele konzultuji dvě nabídky týdně a ve výběru panelů se dnes v podstatě nedá udělat chyba, v instalaci de facto také ne. Ale potíž může nastat v následujícím:

• Střídač – nejdůležitější součástka systému – když dobrý, tak transformátorový, ale ten nestojí dvacet nebo třicet tisíc korun. Ten je podstatně dražší.
• Správná baterie – určená pro silnoproudou energetiku – musíte v ní udržovat určitý režim, protože má definovaný počet nabíjecích a vybíjecích cyklů. Nekoupil bych baterii, která má garantováno méně než 6000 cyklů. Baterie v mém systému má 9000 cyklů. Samozřejmě ji řídicí jednotka musí řídit tak, aby splnila záruční podmínky výrobce.

Jste spokojen s kombinací FV a tepelného čerpadla?

Čerpadlo jsem koupil Sinclair obyčejné japonské vzduch-voda, používám ho jen jako invertor – po noční útlumové fázi pracuje na vyšší výkon, ale během dne je jeho výkon snížený. Je to takový kompromis, ale jsem s ním spokojený. Kdybych stavěl nový dům, určitě bych přemýšlel o čerpadle voda-voda nebo ještě lépe země-voda. Vzhledem k topnému faktoru v zimě bych to považoval za optimální. Ale třeba pro případ rekreační chaty nebo jako nouzovku bych volil vzduchvzduch.

Foto: Martin Zeman

V roce 2020 jste zmiňoval přání mít elektromobil a pořídit si nabíjecí stanici. Už je máte?

Ano a dělají mi velkou radost. Jednak je to úplně jiné svezení a odpadají určité servisní potřeby. A pak od jara do podzimu „tankuji" ze svého a nabíjet z distribuční sítě musím jen přes zimu. Vzhledem k tomu, že moje cesty zahrnují jen město a okolí, nepotřebuji dlouhé dojezdy a s provozem jsem maximálně spokojený. Mimo jiné i proto, že mě jeden kilometr stojí méně než devadesát haléřů.

Takže není nic, co byste po zkušenostech udělal napříště jinak?

Jen drobnost; když jsem FVE instaloval, nečerpal jsem dotaci. Ovšem dnes – pokud bych ji dělal poprvé – bych si pro dotaci sáhnul. Jednak s ohledem na vývoj ceny energií, jednak i vzhledem k vývoji technologií obecně si myslím, že návratnost může být mnohem rychlejší, klidně v řádu pěti, šesti let. A to už je hodně zajímavé.