Przewymiarowanie instalacji fotowoltaicznej - w Polsce nagminne
Koniec net-meteringu wzbudzał w Polsce ogromny opór. Nic dziwnego - system ten był nie tylko opłacalny, ale i zrozumienie jego zasad nie nastręczało trudności. Jego podstawą była ilość energii odesłanej do sieci, którą traktowano jako “wirtualny magazyn energii”. W praktyce oznaczało to, że oddane nadwyżki, po potrąceniu 20% lub 30% (w zależności od mocy generatora) można było odebrać np. zimą.
Obliczenie mocy fotowoltaiki dla prosumenta w net-meteringu również wydawało się proste. Wystarczyło, że roczne zapotrzebowanie mnożyliśmy przez współczynnik 1,2 lub 1,3, by wyznaczyć moc systemu pokrywającego straty wynikające z rozliczenia. Oczywiście były to mocno uproszczone szacunki, bo dla precyzyjnego obliczenia mocy paneli fotowoltaicznych trzeba byłoby również wziąć pod uwagę szereg innych czynników - m.in. autokonsumpcję. W wielu przypadkach były jednak wystarczające. Bez skomplikowanych rachunków można było przyjąć, że przewymiarowanie większości instalacji fotowoltaicznej wynosiło wówczas 20% (systemy do 10 kW) lub 30% (systemy od 10 kW do 50 kW).
Przystępny i korzystny system rozliczeń, atrakcyjne dofinansowania do fotowoltaiki i rosnące cenami energii sprawiły, że w Polsce zainteresowanie energetyką słoneczną wystrzeliło. Roczne wzrosty mocy zainstalowanej przekraczały 100% czy nawet 200%, a każdego miesiąca do sieci dołączano kilkadziesiąt tysięcy nowych systemów. Ani rządzący, ani zawodowa energetyka najwyraźniej nie spodziewała się takiego scenariusza, bo w 2021 roku okazało się, że polskie sieci elektroenergetyczne zupełnie nie są przygotowane na kolejne przewymiarowane instalacje fotowoltaiczne. Zaczęły pojawiać się problemy ze stabilnością pracy sieci. Rosły napięcia, czego efektem były coraz częstsze wyłączenia instalacji fotowoltaicznych.
Net-billing - na przewymiarowanie i inne problemy
Sytuację miał uratować net-billing. W systemie tym, znaczenie ma wartość energii w czasie jej wytworzenia. Nadwyżki prądu są wyceniane według rynkowych stawek (obecnie - miesięcznych, od 2024 roku - według godzinowych). Powiązanie nadwyżek energii z jej wartością w chwili oddania do sieci miało konkretny cel. Miało zachęcić prosumentów do większego zaangażowania w rynek energetyczny. W okresach, gdy energia będzie tania (czyli np. w godzinach okołopołudniowych wiosną i latem) w ich interesie będzie leżało spożytkowanie jej we własnym zakresie (np. poprzez zwiększenie autokonsumpcji) lub też przechowywanie jej np. w magazynie energii. To miałoby pomóc m.in. w ustabilizowaniu pracy sieci. Jednocześnie przepisy wprowadzające nowe rozliczenie przyniosły mechanizm, który miałby zniechęcać prosumentów w net-billingu do przewymiarowania instalacji fotowoltaicznej.
Przewymiarowana fotowoltaika? Net-billing odda Ci tylko 20%
Zgodnie z art. 4 pkt. 11, ust. 2 ustawy o odnawialnych źródłach energii prosument może odzyskać jedynie 20% środków z każdego miesiąca, które zostały po całym okresie rozliczeniowym wynoszącym 12 miesięcy. Brzmi skomplikowanie? Wyjaśnijmy to na przykładzie.
Pan Kowalski kupił instalację o mocy 3,7 kW, która rocznie produkuje mu ok. 3.800 kWh prądu. Jego roczne zużycie energii to 3750 kWh. Jego autokonsumpcja (bieżące wykorzystanie energii) toi ok. 20%. Oznacza to, że oddał do sieci ok. 3.050 kWh energii o łącznej wartości ok. 2.252 zł (w obliczeniach wykorzystaliśmy średnie stawki RCEm z 2022 roku). Jednocześnie w ciągu roku pobrał 2.988 kWh energii czynnej, o wartości 1.500 zł. Po rozliczeniu 12 - miesięcznego okresu prosumenckiego, pan Kowalski będzie miał ok. 750 zł nadwyżki. W tym przykładowo, w lipcu będzie na plusie o ok. 170 zł. Z tej kwoty odzyska jednak tylko 20%, czyli 34 zł. Reszta przepadnie.
I w takim kontekście, faktycznie wydaje się, że w net-billingu przewymiarowanie nie ma sensu. Po bowiem oddawać 80% środków pozostałych po rozliczeniu sprzedawcy energii?
Sytuacja może ulec nieco zmianie, gdy spojrzymy na całokształt kosztów i zysków związanych z instalacją, czyli innymi słowy - na czas zwrotu z inwestycji.
Net-billing - przewymiarowanie instalacji fotowoltaicznej. Warto?
W powyższym przykładzie pan Kowalski miał system fotowoltaiczny w dużej mierze dostosowany do jego profilu zużycia. Dzięki instalacji, zamiast rachunku za prąd w wysokości ok. 3.562 zł, miał do uregulowania fakturę na kwotę ok. 1.194 zł (wyłącznie opłaty dystrybucyjne i stałe). Oznacza to ok. 66% oszczędności.
System 3,7 kW kosztował go ok. 23.000 zł. To oznacza, że według uproszczonych obliczeń zwrot z inwestycji (bez żadnego wsparcia) nastąpi po 9,71 latach. Gdy uwzględnimy dotację Mój Prąd (6.000 zł) i ulgę termomodernizacyjną (ok. 2.040 zł) fotowoltaika pana Kowalskiego zwróci się po 6,01 latach.
Co się jednak stanie, jeśli Pan Kowalski zainwestuje w system o mocy 5 kW? W teorii oznacza to przewymiarowanie o ok. 30%. Rocznie taka instalacja może jednak dostarczyć ok. 5.300 kWh co oznacza, że faktycznie przewymiarowanie wynosi ok. 40%. Co w takim przypadku?
Jeśli Pan Kowalski zwiększyłby moc instalacji PV do 5 kW, rocznie oddawałby do sieci ok. 4.248 kWh energii wartej ok. 3.139 zł. Jednocześnie pobrałby 2.688 kWh z sieci za 1.349 zł. W takim przypadku jego autokonsumpcja wzrosłaby o ok. 300 kWh. Po 12 miesiącach rozliczenia, na jego koncie pozostałoby wciąż 1.789 zł, z których mógłby odzyskać ok. 358 zł. Jak to przełożyłoby się na jego rachunek? Zamiast 3.562,5 zł zapłaciłby 851,6 zł, czyli oszczędności wyniosłyby aż 2.710,8 zł. To o ok. 10% więcej niż, gdyby kupił system mniejszej mocy.
Net-billing - przwymiarowanie instalacji. Może się opłacać, ale nie musi
To w końcu jak to jest z net-billingiem i przewymiarowaniem? Warto czy nie? W odpowiedzi na to pytanie może pomóc wykres przedstawiający czas zwrotu z inwestycji w instalację 5 kW.
Źródło: opracowanie własne enerad.pl
Jak widzicie, czas zwrotu z inwestycji bez żadnego wsparcia skrócił się o ok. 6 miesięcy. W przypadku korzystania z ulgi podatkowej całość zwróci się około 3 miesiące szybciej. Wydaje się zatem, że przewymiarowanie w net-billingu w pewnym stopniu może być opłacalne i to nawet bez względu na przepisy o 20% zwrocie pozostałych nadwyżek.
Możecie jednak zauważyć, że z wykresu zniknęły słupki odnoszące się do czasu zwrotu uwzględniającego dotację Mój Prąd (a były to te, które wiązały się z największą opłacalnością). Dzięki nim, instalacja dopasowana mocą do zużycia inwestora zwracała się już po 6 - 7 latach. Dlaczego tak się stało?
Wystarczy spojrzeć w regulamin programu Mój Prąd, zgodnie z którym:
“(...) Mikroinstalacja fotowoltaiczna powinna być tak dobrana, aby całkowita ilość energii elektrycznej wyprodukowanej i odprowadzonej do sieci energetycznej przez mikroinstalację objętą dofinansowaniem w rocznym okresie rozliczeniowym nie przekroczyła 120% całkowitej ilości energii elektrycznej pobranej z sieci energetycznej przez Grantobiorcę (Wnioskodawcę) w tym samym okresie rozliczeniowym.”
Jak zatem właściwe dobrać instalacji fotowoltaicznej? Pomoże nam w tym wzór na obliczenie mocy instalacji fotowoltaicznej.
Jak nie przewymiarować fotowoltaiki w net-billingu?
Zacznijmy od tego, co należy uwzględnić przy obliczaniu mocy fotowoltaiki. Mowa tu przede wszystkim o:
- ilości rocznie zużywanej energii - dane na ten temat znajdziemy zwykle na fakturze od sprzedawcy energii. Przyjmując wartość zużycia warto jednak przeanalizować więcej niż jeden rachunek. Może się bowiem zdarzyć, że coś zafałszuje statystyki - np. zakup energochłonnego urządzenia czy też wymiana sprzętów na energooszczędne.
- nasłonecznienie w miejscu montażu - przyjmuje się, że przeciętne nasłonecznienie w Polsce wynosi ok. 1000 kWh na metr kwadratowy rocznie. W praktyce, w zależności od regionu, mogą występować odchylenia od tej wartości. Informacje o nasłonecznieniu możecie znaleźć w mapach nasłonecznienia. Jeśli chcecie wiedzieć więcej, sprawdźcie nasz artykuł: “Wydajność fotowoltaiki w ciągu roku – jak wygląda?”.
- współczynnik wydajności systemu PV - jest to nic innego jak sprawność instalacji, uwzględniająca ewentualne straty na przewodach fotowoltaicznych czy falowniku. Bardzo dobrze zaprojektowane instalacje PV charakteryzują się sprawnością na poziomie ok. 88%. Niższej jakości podzespoły czy błędy popełnione przy doborze i montażu mogą obniżyć ten współczynnik do 70 - 75%.
- współczynnik korekcji nasłonecznienia - pod tym osobliwie brzmiącym pojęciem kryje się współczynnik mówiący o ewentualnych zyskach i stratach w wydajności PV, wynikających z kąta pochylenia modułów i ich ułożenia względem południa. Współczynnik ten odczytuje się ze specjalnej tabeli na podstawie danych z projektu fotowoltaiki. Przykładowo, dla systemu PV zamontowanego pod kątem 35 stopni, z odchyleniem 15 stopni od południa, wyniesie on 1,13.
Jak dobrać moc fotowoltaiki? Przykładowe obliczenia mocy instalacji fotowoltaicznej
Po zebraniu tych danych możliwe jest obliczenie mocy instalacji fotowoltaicznej, zgodnie z zapotrzebowaniem, na podstawie poniższego wzoru:
Moc systemu PV (kWp) = Ze/(N*W*K),
gdzie:
Ze - energia zużyta w ciągu roku,
N - nasłonecznienie,
W - współczynnik wydajności PV,
K - współczynnik korekcji.
Obliczmy zatem moc systemu PV dla pana Nowaka. Rocznie zużywa on 2.500 kWh. Jego instalacja stanie w regionie, gdzie nasłonecznienie sięga 1.070 kWh/m2/rocznie. System zostanie ustawiony na dachu, pod kątem 45 stopni, z 75-stopniowym odchyleniem od południa (współczynnik korekcji - 0,96). Dzięki zastosowaniu wysoko sprawnego falownika (98% sprawności europejskiej) oraz prawidłowemu doborowi pozostałych komponentów, sprawność instalacji ma wynieść w przypadku pana Nowaka 83%. Dla przejrzystości w obliczeniach pominę jednostki.
2.500 / 1.070 x 0,85 x 0,96 = 2,86 kWp
W przypadku pana Nowaka zalecana orientacyjna moc systemu wyniesie 2,86 kWp.
Dobór instalacji fotowoltaicznej - co jeszcze wziąć pod uwagę przy obliczaniu mocy fotowoltaiki?
Po przeprowadzeniu obliczeń mocy instalacji wyzwania związane z doborem instalacji fotowoltaicznej jeszcze się nie kończą. Pod uwagę trzeba bowiem wziąć jeszcze:
- dostępny obszar montażu - kwestia ta ma ogromne znaczenie, szczególnie w przypadku montażu na dachu. Jeśli przestrzeń jest ograniczona, prawidłowe ułożenie modułów, z uwzględnieniem odstępów od krawędzi, kalenicy czy komina nie jest wcale prostą sprawą. Dlatego specjaliści korzystają z programów do projektowania instalacji fotowoltaicznej. Jeśli pominie się ten etap lub wykona się go niedbale, mogą później pojawić się nieprzyjemne konsekwencje (o takiej sytuacji możecie przeczytać w naszym artykule: Firma Voolt i historia Pana Andrzeja, czyli jak (nie) powinna wyglądać obsługa Klienta?
- budżet inwestora - obliczona moc instalacji fotowoltaicznej to jedno, ale dostępność środków na budowę systemu to drugie. Może się zdarzyć, że klient będzie miał większe zapotrzebowanie niż budżet, dlatego przy doborze mocy instalacji fotowoltaicznej koniecznie należy to uwzględnić. Pamiętając jednocześnie, że są różnego rodzaju sposoby na rozwiązanie tego problemu - np. kredyty na fotowoltaikę.
- dofinansowanie - co może mieć wspólnego dobór instalacji fotowoltaicznej i dofinansowanie? Wbrew pozorom bardzo wiele. Część programów (np. wspominany już Mój Prąd, ale i też Czyste Powietrze) w swoich regulaminach mają ograniczenia mocy - od 2 kW do 10 kW. Może się zatem okazać, że pomimo zapotrzebowania na moc na poziomie 1,5 kW inwestor zdecyduje się na większą moc, bo skorzystać z dotacji.
- techniczne możliwości instalacji elektrycznej i sieci - obliczenie mocy instalacji fotowoltaicznej powinno uwzględniać także kwestie ograniczeń związanych z miejscem przyłączenia. W tym celu przeprowadza się pomiary impedancji pętli zwarcia - dzięki nim można ustalić, jaka moc instalacji nie wywoła np. wyłączeń fotowoltaiki.
Jak widzicie, poprawne obliczenie mocy fotowoltaiki i dobór instalacji fotowoltaicznej to wcale nie łatwe zadanie. Pod uwagę trzeba wziąć wiele zmiennych, co wymaga szerokiej wiedzy m.in. z zakresu energetyki słonecznej, elektryki, ale i też sytuacji rynkowej (związanej np. z dofinansowaniami). Do tego dochodzi kwestia net-billingu i opłacalności przewymiarowania. Kwestie te najlepiej zatem zostawić specjalistom (znajdziecie ich w naszym rankingu firm fotowoltaicznych). Dzięki temu będziemy mieć pewność, że nasza instalacja jest dobrana do naszych potrzeb i możliwości.
Moim zdaniem w ogóle nie ma sensu zadawać się z jakimś ” net-bilingiem” , licznikami dwukierunkowymi , zgłoszeniami instalacji i zawieraniem nowych umów z OSD . Jestem zdania że należy zignorować „urzędasów energetycznych” i jak mamy chęć – to samemu wykonać instalację na swojej działce – z pomocą instalatorów albo bez , zainstalować chińskie inwertery off-grid które sa tańsze od certyfikowanych sieciowych 2-3 razy(wcale nie gorsze) i 6-8 razy od hybrydowych. Magazyn złożyć z akumulatorów-zwykłych kwasowych – od ciężarówek np- 230Ah/12V – spiąć w gałęzie szeregowe po 4 szt na napiecie 48V DC z którym większość przyzwoitych inwerterów wyspowych współpracuje i tyle w temacie. Sieć traktować jako zasilanie awaryjne. Należy wybrać tylko modele z funkcją „paralell” bo umożliwia łączenie równoległe dla zwiększenia mocy lub złożenie kładu trójfazowego co też niekiedy jest bardzo korzystne . Nalezy zwrócić uwagę aby prądy ładowania i rozładowania magazynu „kwasowego” nie przekraczały wartości 0,1 Q czyli dla akumulatora 230Ah – prąd ładowania / rozładowania nie powinien przekraczać 23A , a dla np. akumulatora 100 Ah – 10 A. Stąd prosty wniosek ,że dla układu 4-ech akumulatorów połączonych szeregowo na 48 V możemy pobrac bezpiecznie moc P = 48V x 23 A = 1104 W = 1,104 kW. Oczywiście mozliwe jest i pobranie znacznie większej mocy z tych akumulatorów tyle że skróci to ich żywotność a na tej nam najbardziej zależy. Dlatego też dla większych mocy potrzeba więcej gałęzi równoległych składających się z 4 akumulatorów połączonych szeregowo. I tak dla inwertera wyspowego 5,5 kW potrzebny byłby magazyn składający się z 5 gałęzi równoległych po 4 akumulatory – razem 20 akumulatorów o sumarycznej pojemności 55,2 kWh co zapewni zasilanie przeciętnemu gospodarstwu przez 3 pochmurne dni. Nie należy dawać nabijać się w akumulatory „głębokiego rozładowania” czy inne AGM bo to przerost formy nad treścią. Kwasowe akumulatory stacyjne wytrzymują eksploatację przez 15 – 20 lat i nie ma żadnego powodu aby te „zwykłe” miały krócej pracować o ile zachowa się ten warunek z maksymalnym obciązeniem prądowym.
Koszt tych akumulatorów w cenach hurtowych wyniesie około 800 zł za sztukę co wychodzi około 289.85 zł/ 1kWh pojemności. Razem z pozostałym okablowaniem , zabezpieczeniami i regałem wyjdzie ok. 350 zł / kWh + ewentualnie elektryk co to ogarnie. Niedogodność jest taka że nalezy budować cały magazyn od razu na pełne parametry inwertera bo inaczej przy mniejszej liczbie jakkolwiek będą działały ale skrócimy im znacznie żywotność. Chciałem dodać ,że nie wymyśliłem „prochu ” bo takie magazyny budowane są od więcej jak 4 dekad pracując jeszcze na prądnicach wiatrakowych w miejscach niedostepnych dla sieci . Wręcz powszechnie w Australii , Nowej Zelandii, całej Oceanii i nawet w Afryce. Zastąpiły one częściowo agregaty prądotwórcze które wczesniej musiały pracować całymi dobami a przy magazynie bateryjnym tylko parę godzin do doładowania magazynu a energia z niego dostępna jest całą dobę. Czy ma to sens w miejscach gdzie dostępna jest sieć ? – w normalnych warunkach nie przypuszczam……ale warunki nie sa normalne bo zmieniła je „klimatoociepleniowa” histeria i nie zanosi się aby w najbliższych latach coś się zmieniło w UE.
Co oznacza w drugim przypadku wzrost autokonsumpcji o 300 kWh? Autokonsumpcja jest inna w kWh przy większej instalacji?
Niekoniecznie jesteśmy na opłakanej pozycji, jeżeli przewymiarujemy pv. Zawsze możemy dokupić kimatyzator, folię grzewczą, więcej bajerów do domu na prąd itd.
Witam
Pierwsze zdanie rozłożyło mnie na łopatki. Co ma wspólnego Wyższej wykształcenie dot. Fotowoltaiki a widzą o niej? Przecież wykładowcy sami nigdy nie budowali instalacji(w większości przypadków to tylko teoretycy, tak samo jak z wiatrakami). Wiedza o fotowoltaice jest dostępna za darmo w internecie i to wszystko da się wchłonąć w 10godz. Tam nie ma żadnego rocketscience. Co znaczy że ktoś ma przewymiarowane instalacje? Przewymiarujesz o współczynnik 1,5 i co się stanie?. Ludzie zużywają coraz więcej prądu i prędzej czy później będzie instalacja niewystarczająca. (Jeśli chodzi o net metering.)
Cześć, jak dla mnie jest wręcz całkowicie odwrotnie. W net-metering nie opłacało się robić zbyt mocnych instalacji, tylko maksymalnie dopasować ich moc do realnego zużycia w domu. Jeśli zainstalowaliśmy zbyt mocną fotowoltaikę, która nadprodukowała tyle energii że zimą wykorzystaliśmy przykładowo tylko 50%. tej nadprodukcji to cała reszta całkowicie przepadała. W net-billing jeśli mam zgromadzone środki w tym wirtualnym portfelu i tymi środkami płacę za zużycie prądu w momencie gdy fotowoltaika go nie produkuje to opłaca mi się mieć zgromadzone duże ilości pieniędzy bo jeśli właśnie coś zostanie na koniec okresu rozliczeniowego to będę mógł przynajmniej 20% wypłacić. W net-metering przepada wszystko czego nie wykorzystasz zimą i nie można tego spieniężyć.
Świetny artykuł Pani Emilio.
Chciałbym jednak zapytać co w przypadku gdy weźmiemy dotację mój prąd i przekroczymy wspomniane 120%. Jest to szczególnie prawdopodobne jeśli zainwestujemy w magazyn energii, ponieważ drastycznie zwiększymy autokonsumpcje.
Musimy ją wtedy w całości oddać ?