Mať fotovoltiku nie je len tak. Ak si myslíte, že si len objednáte firmu, aby vám na strechu namontovala solárne panely s tým, že vy s kompenzujúcim ekologickým pocitom zaplatíte mastnú, minimálne štvorcifernú sumu, a už len budete čakať nízke, najlepšie nulové, faktúry od vášho dodávateľa elektriny, ste na veľkom omyle. Mať na streche fotovoltické panely, to znamená zmeniť svoje návyky a prispôsobiť bežné činnosti, lebo fotovoltika je nový životný štýl.
Fotovoltika je symbolom súčasnej doby, kedy sa snažíme získať udržateľný zdroj elektrickej energie, aby sme v kontexte neustále sa otepľujúcej planéty nemuseli poľaviť zo svojich nárokov na zvyšujúce sa množstvo využívanej energie. Je však pochopiteľné, že kontinuálny progres spoločnosti si vyžaduje stále väčší a väčší objem „šťavy“, čo je veľmi citeľné aj v každej domácnosti. Spotrebiče ako chladničku, mrazničku, práčku či umývačku riadu už považujeme za bežný štandard vybavenia. Nárast kúpyschopnosti obyvateľstva a dostupnosť nových technológií sa v domácnostiach prejavili doplnením o ďalšie spotrebiče od mini konzumentov elektriny ako bezdrôtové slúchadlá, cez malých pomocníkov v prevedení robotického vysávača, prípadne väčších hráčov ako sušička bielizne, až po finančne najnáročnejšie tepelné čerpadlo či elektromobil. Veľa domácností zažíva boom v náraste množstva najrôznejších zariadení či už priamo využívajúcich elektrickú energiu alebo akumulujúcich energiu na ich bezdrôtové fungovanie.
Moderne, ekologicky a v neposlednom rade ekonomicky zmýšľajúce domácnosti sa nielen tento nárast odberu elektrickej energie, ale aj celkový odber, snažia vykompenzovať a pokryť práve inštaláciou fotovoltiky, čo je zjednodušene systém premeny slnečnej energie na elektrickú energiu spotrebovateľnú v domácnosti. Aj preto sa fotovoltika na strechách domov nazýva malá solárna elektráreň a môže ju mať každá domácnosť, ktorej to dovolia technické podmienky.
Princíp z hľadiska technického prevedenia, na akom takáto vlastná solárna elektráreň funguje, nie je nejako komplikovaný. Fotovoltika pomocou polovodičových materiálov vyrobených z najčastejšie sa vyskytujúceho minerálu na Zemi – kremíka premieňa slnečné žiarenie na elektrickú energiu. Využíva sa pri tom fotoelektrický jav, čo zjednodušene znamená, že pri dopade fotónov na polovodiče, teda fotovoltické články zoskupené do fotovoltických panelov, vzniká jednosmerný elektrický prúd bez uvoľňovania iných látok, napríklad skleníkových plynov.
V paneloch rozlišujeme tri typy fotovoltických článkov:
- monokryštalické – fotovoltické články v paneloch sú vyrobené z kremíkových tyčí s monokryštálovou štruktúrou, majú vyšší obsah kremíka, vďaka čomu dosahujú väčšiu účinnosť (20%) a sú najdrahšie,
- polykryštalické – fotovoltické články v paneloch sú vyrobené z kremíkových blokov, kde je nižší obsah kremíka, preto je aj ich účinnosť nižšia (12 – 18%) a sú lacnejšie,
- tenkovrstvové – kremík sa v tenkej vrstve nanáša striekaním alebo naparovaním na nosný materiál, a tak má najnižšiu účinnosť (4 – 10%) a najnižšiu cenu. Počas nášho prieskumu trhu sme sa nestretli s ponúkaním fotovoltického panela s týmto typom článkov.
Rôzne fotovoltické panely majú rôzne výkony, a tak sa inštaluje toľko panelov, aby dohromady vytvorili solárnu elektráreň s požadovaným výkonom. Každá domácnosť má špecifickú spotrebu elektriny, preto by veľkosť solárnej elektrárne mala reflektovať konkrétne potreby domácnosti.
K fotovoltickým panelom potrebujeme ešte jednu zázračnú skrinku – menič, ktorý premieňa jednosmerný prúd, generujúci sa na fotovoltických paneloch, na striedavý prúd použiteľný v domácnosti.
Fotovoltika je ako stavebnica. Ak máme základné prvky, čo sú panely a menič, môžeme sa ďalej rozhodovať, aké premenné pridáme. Najčastejšie sú to:
- optimizér,
Fotovoltické panely sú zapojené do jedného systému, a preto ak je čo i len časť jedného panela zatienená, klesá výkon celého systému podľa výkonu zatieneného panela. To sa dá vyriešiť inštaláciou optimizérov na všetky panely alebo na tie, ktoré sú pravidelne na určitý čas zatienené vedľajšou strechou, stromom a pod.
- elektrická špirála,
Elektrická špirála sa používa na odvedenie prebytkov vyrobenej a nespotrebovanej elektrickej energie v domácnosti do bojlera. Ak má domácnosť napríklad plynový bojler s možnosťou vloženia tejto špirály, prebytky vďaka tomu zohrievajú teplú vodu. Je to lacné riešenie.
- vlastný akumulátor,
Batéria, akumulátor, slúži na uskladnenie prebytkov vyrobenej elektriny, aby tá mohla byť využitá vtedy, keď bude potrebná, najčastejšie večer či v noci. Domácnosť tak v ideálnom prípade nemusí brať elektrinu z verejnej distribučnej siete a je čiastočne alebo úplne sebestačná. Momentálne sú však tieto batérie veľmi finančne náročné na zaobstaranie.
- virtuálna batéria.
Virtuálna batéria je poskytovanie virtuálneho priestoru dodávateľom elektriny po uzatvorení zmluvy s domácnosťou o nakladaní s prebytkami. Dodávatelia elektriny ju prezentujú ako ideálne miesto, z ktorého môže zákazník čerpať našetrenú elektrinu vtedy, keď ju jeho fotovoltický systém akurát nebude vyrábať.
Fotovoltické systémy sú zapájané tromi spôsobmi:
- on – grid systém – fotovoltika z domácnosti je napojená na verejnú distribučnú sieť, a tak hocikedy v prípade potreby môže byť využitá elektrina aj od zmluvného dodávateľa elektriny. Prioritne však domácnosť využíva vlastnú elektrickú energie z fotovoltiky,
- off – grid systém – autonómny systém bez napojenia na verejnú distribučnú sieť, kedy sa všetky prebytky ukladajú do batérie alebo batérií, odkiaľ sa v prípade potreby táto elektrina čerpá,
- hybridný systém – je kombináciou on – grid a off – grid systému, a teda domácnosť disponuje aj vlastným akumulátorom a rovnako je napojená aj na verejnú distribučnú sieť.
Technických prevedení fotovoltiky je momentálne na trhu veľa. Množstvo vyrobenej elektrickej energie závisí okrem týchto samotných technických možností zariadení aj od orientácie strechy k svetovým stranám, zatienenia konkrétnej strechy inými objektmi a v neposlednom rade od aktuálneho počasia, pretože počas bezoblačného slnečného dňa dokáže ísť solárna elektráreň do maximálneho výkonu, no počas daždivého dňa sú majitelia týchto elektrární radi, keď ich elektrárne vyrobia aspoň niečo, nadnesene aspoň toľko, aby si v tom nečase uvarili čaj.
Preto je potrebné generalizovať a pre účely bližšieho vysvetlenia pojmu solárny životný štýl sme si zvolili jeden, takzvaný základný fotovoltický balík teoreticky umiestnený na streche s južnou orientáciou bez významnejšieho zatienenia. Za základný fotovoltický balík v tomto prípade považujeme on – grid systém s polykryštalickými panelmi s výkonom 3 kW bez optimizérov a s jednofázovým meničom. Takýto systém je najlacnejší a vie pokryť časť dennej spotreby elektrickej energie v domácnosti a
- v letným mesiacoch prebytkami nahriať teplú vodu v bojleri,
- alebo celoročne ukladať prebytky do virtuálnej batérie.
Ako platí vo finančníctve, aby každá investícia bola maximálne výnosná a výhodná, musí byť šitá priamo na mieru klienta. Žiaľ, zaobstaranie si už len základného fotovoltického balíka, ktorý obsahuje panely a jednofázový menič, je pre bežnú domácnosť pomerne vysoká investícia. A i keď je fotovoltika tiež sama o sebe investícia, domácnosti siahajú skôr k tomu lacnejšiemu variantu ako pre nich k najideálnejšiemu variantu, čo by bolo napríklad zariadenie s vyšším výkonom, optimizérom na každom paneli, trojfázovým meničom a vlastnou batériou na uskladnenie prebytkov, čím by sa v ideálnom prípade mohli stať energeticky samostatnými jednotkami.
A tak už sme pri tom, prečo sa fotovoltika neprispôsobuje nám, ale musíme sa my ako užívatelia prispôsobiť jej, ak chceme aj lacnejší variant maximálne využiť a skrátiť dobu návratnosti. Keďže to nie je príliš pohodlné a diskomfort nepredáva, toto vám predajcovia fotovoltiky nepovedia, a ak aj áno, určite nie pri prvom stretnutí, najskôr až po podpise zmluvy na inštaláciu tohto systému.
Hlavný problém fotovoltických panelov sa ukrýva v ich samotnej podstate, a to že sú fotovoltické, čiže závislé na slnečnom žiarení. Ideálne je, keď slnečné žiarenie priamo dopadá na fotovoltické panely, čo sa deje za krásneho bezoblačného dňa, prípadne panely reagujú aj na rozptýlené svetlo, keď je napríklad zamračené, no odrazené slnečné žiarenie od iných vesmírnych objektov (zatiaľ) zachytiť nedokážu, a tak aj pri extra jasnom splne si, žiaľ, vlastnú elektrinu nevyrobíme.
Celkovo je ročná dĺžka slnečného svitu na celom území Slovenska dostatočná, aby bola inštalácia solárnych elektrární v našej krajine rentabilná. Ale aj napriek tomu je potrebné začať myslieť strategicky. Ak ste teda boli zvyknutí, že zaspávate pri zurčaní vodopádu, čo je zvuk, ktorý vydáva vaša umývačka riadu pri nočnej šichte, tak to budete musieť nahradiť nejakým iným romantickým zvukovým podkladom, napríklad ruchom ulice z pootvoreného okna. To isté platí, ak radi periete a sušíte bielizeň počas noci, aby ste sa pri rannej káve nenudili a čas medzi jej sŕkaním využili na poskladanie piatich kilogramov čistej bielizne. A ak bolo u vás zvykom, že máte večer v dome vysvietené ako v múzeu, či pravidelne pozerávate televízor v spánku, tak to bude buď potrebné obmedziť alebo sa zmieriť s tým, že elektrina využitá na tieto vymoženosti zadarmo určite nebude.
A teraz vážne, pokiaľ chceme návratnosť do fotovoltiky skrátiť na najnižšiu možnú dobu, treba maximálne využívať elektrinu vtedy, keď si ju akurát vyrábame. Náš nový solárny životný štýl nás určite naučí využívať časovače zabudované v spotrebičoch a prináša aj výhodu pre naše mozgy, ktoré si tak budeme môcť precvičovať pri prepočítavaní, o koľko hodín naplánujeme začiatok práce daného spotrebiča, aby pracoval iba medzi východom a západom Slnka.
A keďže je precvičovanie mozgu vraj účinné proti rôznym chorobám ako napríklad Alzheimer, trochu si to sťažíme a do výpočtov zakomponujeme nasledujúci fakt. V našom modelovom príklade máme nainštalovaný jednofázový menič, čo je najčastejší a najlacnejší variant. Keďže náš imaginárny dom, ako každý skutočný, funguje na tri fázy, to, žiaľ, znamená, že zadarmo vyrobená elektrina na našej streche putuje len do jednej, najzaťaženejšej fázy.
Pokiaľ nevieme, ktorý spotrebič je pripojený na ktorú fázu, čo v našom prípade nevieme, lebo nie sme takí fajnšmekri, čo by to mali v zozname koníčkov zisťovať, môžeme si zavolať skúseného elektrikára, ktorý na základe technických možností našej siete poprepája čo najviac spotrebičov na jednu fázu, aby sme mohli pozerať televízor pri varení na elektrickej varnej doske, alebo aby naše verné pomocníčky umývačka riadu a práčka so sušičkou mohli naraz klebetiť pri práci.
Ak máme rôzne spotrebiče rozhádzané po rôznych fázach, čo je úplne normálne, a neplánujeme zmenu, tak si do tých našich plánovacích výpočtov, kedy ktorý spotrebič zapneme, musíme nasadiť ďalšie obmedzenie, a to, že nepúšťame spotrebiče v rovnakú chvíľu ale oddelene. V praxi to vyzerá asi tak, že pri sŕkaní rannej kávy ešte len začíname prať, aby sme o tri hodiny mohli začať variť obed, a po obede hneď naplníme umývačku. Áno, vieme, že s plným žalúdkom sa dá len ťažko predstaviť iná aktivita ako oddych na gauči, no treba ešte stihnúť denné svetlo, čo nás hlavne v zimnom období tlačí do tohto extrémneho výkonu. V prípade, že pracovné dni trávime na inom mieste ako doma, počítanie, o koľko hodín sa dané spotrebiče majú vďaka časovačom zapnúť, aby sa ich činnosti neprekrývali, môže viesť do mierneho zúfalstva, až sklamania zo seba, kedy budeme musieť siahnuť po kalkulačke. Týmito činnosťami dokonale korešpondujúcimi so solárnym životným štýlom si však zabezpečíme maximálne využitie nami vyrobenej elektriny počas dňa.
V zimných mesiacoch je, samozrejme, výhoda, že náš modelový systém je on – grid, teda pripojený aj do verejnej elektrickej sústavy, pretože suchoty v našej vlastnej, zadarmo vyrobenej elektrine veľmi veľkoryso pokryje elektrina kúpená. Treba mať na zreteli, že distribučná sieť rada predáva, no nerada kupuje, a nami vyrobená a dodaná elektrina, ktorú by sme poslali do verejných káblov, by sme nielenže už nikdy nevideli, ale ani by nám za ňu nikto nič nedal, pretože každá domácnosť s vlastnou solárnou elektrárňou musí podpísať, že ju do distribučnej siete dodáva bezodplatne.
My však nedisponujeme touto osobnostnou črtou bezbrehého bezodplatného rozdávania vlastných zdrojov, a tak je v našom modelovom príklade zahrnuté aj nakladanie s prebytkami, ktoré nech by sme akokoľvek prali, žehlili, prípadne šrámovali, sa minimálne v letných mesiacoch určite vyskytnú. A tu máme dva príklady riešenia tohto príjemného „problému“, pričom čo sa týka obstarávacej ceny, rozdiely medzi nimi sú zanedbateľné:
a. nahrievanie teplej vody prebytkami v bojleri s objemom 200 litrov,
V tomto variante sú všetky prebytky elektrickej energie počas celého roka používané na ohrev teplej vody. Ak sa radi otužujete, tak prebytky vami vyrobenej elektrickej energie prispejú k tomu, že v zimných mesiacoch sa určite vaše telo posilní touto vysoko odporúčanou činnosťou, a to pri každom sprchovaní. Nahrievanie teplej vody prebytkami je podľa našej skúsenosti s modelovým príkladom možné iba v letných mesiacoch. Úplne presný začiatok letnej sezóny je ťažké určiť, pretože nedisponujeme takou širokou empirickou základňou, no v roku 2022 dokázali prebytky nami vyrobenej elektrickej energie zariadenia s výkonom 3 kW nahriať vodu na aspoň 40° od polovice apríla do polovice septembra.
Ďalšou nevýhodou tohto variantu je, že musíte mať potrebné technické vybavenie, a to vhodný bojler, do ktorého sa dá vložiť elektrická špirála nonstop napojená na zásuvku, kde bude prúdiť elektrina nespotrebovaná v domácnosti. To zaručí, že žiadna vami vyrobená elektrická energia neodíde z vašej domácnosti bezodplatne do verejnej distribučnej siete.
Z našej skúsenosti sú aj v tomto 3 kW modeli prebytky v letných mesiacoch jún – august také vysoké, že je potrebné mať bojler s kapacitou aspoň 200 litrov vody. Lenže aj v lete sa môže vyskytnúť krátke obdobie, napríklad tri dni, kedy bude len pršať, čo by vyústilo opäť do ľahkého otužovania, pretože by vaša solárna elektráreň pracovala na nízky výkon a prebytkov by nebol dostatok. Aby sa pokryla aj takáto situácia, je podľa nás najideálnejšie riešenie mať bojler s dvomi obehmi, čo znamená, že sa najskôr zohrieva len 100 litrov vody, a až keď je tento objem zohriaty na nastavenú teplotu, dajme tomu 60°, tak až vtedy sa zapne prečerpávanie a začne sa zohrievať aj zvyšných 100 litrov vody.
Zohrievanie len 100 litrov vody počas slnečných dní, kedy ide solárna elektráreň na plný výkon, je možné v prípade, že by sa nahriata teplá voda aj priebežne míňala (sprchovanie, napúšťanie detského bazéna a pod.). Inak sa voda v bojleri zohreje na závratné teploty aj cez 100°, a vy, ak otvoríte kohútik teplej vody a hneď za bojlerom nemáte nastavený regulátor zabezpečujúci prepúšťanie do potrubia len určitú prijateľnejšiu teplotu, si môžete rovno spod sprchy zavolať vrtuľník kvôli popáleninám tretieho stupňa.
b. ukladanie prebytkov do virtuálnej batérie.
S týmto variantom máme len teoretické skúsenosti, ale uvádzame ho, pretože nie každý má možnosti na uloženie prebytkov vyrobenej elektrickej energie do bojlera, prípadne mu takáto možnosť nevyhovuje. Virtuálnu batériu ponúkajú dodávatelia elektrickej energie aj ako alternatívu, ak domácnosti nemajú vlastný akumulátor na prebytky. Batérie sú na zaobstaranie kvôli množstvu špecifických a obmedzených prírodných zdrojov, ktoré sú v nich použité, finančne veľmi náročné.
Virtuálna batéria funguje na princípe dohody medzi domácnosťou a dodávateľskou spoločnosťou na zriadení virtuálneho úložiska, čo v podstate znamená, že prebytky elektrickej energie vyrobené domácnosťou prúdia do verejnej distribučnej siete, a váš elektromer počíta, koľko vyrobených kilowatthodín ste takto odovzdali. Prebytky môžete potom využiť napríklad večer, keď už vaša malá solárna elektráreň nebude vyrábať elektrinu. Samozrejme, všetko je to teoretické, neexistuje žiadna medzigalaktická virtuálna batéria, kam by ste si cez deň posielali vašu elektrinu, aby ste si v prípade potreby tú istú, vami vyrobenú elektrinu, mohli zobrať.
V praxi sme sa stretli s tým, že za virtuálnu batériu sa platí mesačný poplatok, našťastie, nie vysoký. Čo však dodávatelia nereklamujú sú bombastické podmienky zúčtovania vami dodaných prebytkov do virtuálnej batérie. Zjednodušene, dodávateľ vám vo vyúčtovacej faktúre z celkovej ceny vami odobratej elektriny odpočíta sumu rovnajúcu sa vašim prebytkom, ale je tu jeden háčik. Celková cena elektriny sa skladá z dvoch zložiek, a to cena za dodávku a cena za distribúciu. Pri ukladaní vašich prebytkov do virtuálnej batérie neplatíte nič, ale pri odbere elektriny z vašej virtuálnej batérie platíte poplatky prevádzkovateľa distribučnej sústavy.
Takže okrem toho, že musíte zaplatiť mesačný poplatok za virtuálnu batériu, dodávateľ vám vo faktúre za vami dodané a následne vami odobraté prebytky odčíta len menšie percento celkovej ceny elektriny.
Solárna energia je čistý a udržateľný zdroj energie, ktorý je vďaka tomu momentálne veľmi podporovaný, a tak si náklady na obstaranie vlastnej solárnej elektrárne môžete znížiť štátnymi dotáciami, ktoré sa prideľujú vo forme poukážok. Väčšina firiem dokonca ponúka nielen nainštalovanie fotovoltiky na kľúč, ale aj vybavenie týchto poukážok, čo je pre domácnosti ďalšie uľahčenie prístupu k vyrábaniu vlastnej elektriny.
A čo sa týka spomínaného solárneho životného štýlu, myslíme si, že mu prepadnete i vy, je totižto veľmi nákazlivý. Stačí si raz otvoriť aplikáciu, ukazujúcu dennú produkciu elektriny a zistiť, že ste zadarmo prali a vysávali, prípadne vie veľmi nadchnúť zistenie, že Slnko vám zadarmo nahrialo plný bojler teplej vody, a už ste tam, lebo takéto vymoženosti zadarmo sa páčia všetkým.
Zdroje:
SLOVENSKÁ INOVAČNÁ A ENERGETICKÁ AGENTÚRA – ZELENÁ DOMÁCNOSTIAM: Fotovoltické panely [online], [cit. 2023.04.03.], Dostupné na internete: < https://zelenadomacnostiam.sk/sk/zariadenia/podporovane-zariadenia/fotovolticke-panely/>.
STREDOSLOVENSKÁ ENERGETIKA, a.s.: Úvod do fotovoltiky [online], [cit. 2023.04.03.], Dostupné na internete: < https://www.sse.sk/domacnosti/produkty-a-sluzby/virtualna-bateria-od-sse?page_id=10628&gclid=CjwKCAjwrJ-hBhB7EiwAuyBVXbGUu5sfRJmhnpFSW-dgA61_4CAFJUT3rdhO-oyoR2tXNIEBseTuShoCgEYQAvD_BwE>.
VEISSMANN, S.R.O.: Stručné vysvetlenie: Solárny článok a jeho konštrukcia [online], [cit. 2023.04.03.], Dostupné na internete: < https://www.viessmann.sk/sk/rady-a-tipy/fotovoltika-a-princip-fungovania-fotovoltickych-panelov.html >.
ZSE ENERGIA, a.s.: Virtuálna batéria [online], [cit. 2023.04.03.], Dostupné na internete: < https://www.zse.sk/fotovoltika-virtualna-bateria?gclid=CjwKCAjwrJ-hBhB7EiwAuyBVXTcOwp9EEr_5rHSwpNDqh7VdjB_uvjHrz0i4x9MOqRQmzilEIOOoaBoCKYUQAvD_BwE#h-poplatky>.
ZSE ENERGIA, a.s. (2021): Úvod do fotovoltiky [online], [cit. 2023.04.03.], Dostupné na internete: < https://www.zse.sk/blog-clanok-uvod-do-fotovoltiky>.