Poziom autokonsumpcji to szansa na szybszy zwrot instalacji PV?

Powrót do listy artykułów Aktualizowany: 2021-07-30

Autokonsumpcja energii elektrycznej z OZE określa jaka jej część wytwarzana przez np. instalację PV jest zużywana „na bieżąco", a więc nie musi być oddawana do sieci jako nadwyżka. Jest to zależne od doboru instalacji w stosunku do potrzeb energii oraz sposobu jej wykorzystania. Zwykle w domach jednorodzinnych nie przekracza ona 20÷30% w skali roku. Obserwując planowane zmiany Rządu co do systemu rozliczeń pn. opust widać wyraźnie, że problem bilansowania energii zostanie docelowo przeniesiony na barki Prosumentów. Stąd tym bardziej warto przyjrzeć się bliżej zagadnieniom zarzadzania wyprodukowaną energią z PV w swoim domu.

Co nam daje Autokonsumpcja? Czy warto się nią zajmować?

Niski poziom autokonsumpcji ma miejsce zwykle w okresie dużego nasłonecznienia np. sezonie letnim, gdy instalacja PV pracuje z najwyższą wydajnością, a mieszkańcy w ciągu dnia przebywają poza domem (np. są na wakacjach). Poziom autokonsumpcji energii obniża się wówczas do minimum. Większa część energii jest wtedy oddawana do sieci elektroenergetycznej i następnie jest odbierana w układzie rocznym na „zasadzie opustu”, czyli odebrana w wysokości 80% energii oddanej wcześniej do sieci (dla mikroinstalacji do 10 kW). Dla prosumenta jest to korzystne, ale na rynku energii są już zauważalne negatywne zjawiska chwilowego odłączania instalacji PV w związku z nadwyżką mocy w sieci latem.

Pomijając aspekt sieciowy z powyższej analizy wynika też ekonomiczne uzasadnienie działań i inwestycji na rzecz zwiększania poziomu autokonsumpcji energii, aby maksymalna wartość opłaty opustowej pobieranej przez operatora była jak najniższa i tym samym korzystniejszy będzie efekt ekonomiczny z zastosowania instalacji PV dla konsumenta. Są analizy wskazujące, że jeżeli zwiększymy autokonsumpcję powyżej 60% to okres zwrotu kosztów inwestycji związanej z zastosowaniem instalacji PV obniży się o blisko 1 rok – zatem warto!

Metody zwiększenia autokonsumpcji w obiektach z instalacją PV

1. Zwiększenie autokonsumpcji przez odpowiedni projekt i ustawienie modułów PV

Zwiększenie poziomu wykorzystania produkowanej energii z instalacji PV jest możliwe na etapie jej produkcji oraz na etapie jej odpowiedniego zarządzania zużyciem w gospodarstwie domowym. Zaczynając od ingerencji w ustawienie modułów PV na dachu możemy wybrać wariant ustawienia modułów „typu wschód-zachód” w porównaniu do najpopularniejszego „wariantu południowego”. Działanie takie poszerzy zakres energii wykorzystywanej w domu, a zmniejsza ilość energii oddawanej do sieci. Oczywiście zakładamy, że mamy taką możliwość montażu modułów.

Produkcja dla „wariantu południowego” oraz „wariantu wschód-zachód” pozostaje praktycznie na takim samym poziomie, jednak z uwagi na dłuższy czas pracy w ciągu doby z większymi mocami oraz bardziej strome charakterystyki podczas startu i wyłączenia instalacji w „wariancie wschód-zachód” można zwiększyć wskaźnik autokonsumpcji wyprodukowanej energii, co może mieć znaczenie w przypadku całodziennego poboru prądu z instalacji PV – gdy domownicy przebywają w domu przez cały dzień. Wschodnia część dachu jest znacznie silniej nasłoneczniona od innych o poranku, co skutkuje bardzo wczesnym i dużym przyrostem mocy z rana. Podobną sytuację mamy popołudniu/wieczorem, kiedy zachodnia część dachu znacznie dłużej „pracuje z dużą mocą”. W przypadku instalacji skierowanej na południe maksymalną mocą dysponujemy w mniejszym zakresie czasu, ale jest ona bardzo duża. Instalacja później i łagodniej się włącza oraz wcześniej i łagodniej wyłącza, ale za to w godzinach południowych gwarantuje dostarczenie większych mocy niż ta skierowana na wschód i zachód. Zagadnienie to przedstawiono poniżej na rysunku a i b.

a) Wykres produkcji i zużycia energii
Wykres produkcji i zużycia energii

Przykłady wykresów produkcji i zużycia energii z instalacji PV

Rys. Przykłady wykresów produkcji i zużycia energii z instalacji PV: a) w układzie standardowym skierowanym tylko na południe, b) w układzie modułów PV ustawionych wschód-zachód, linia zielona – produkcja energii z PV w ciągu dnia, linia różowa – przykładowy wykres dobowy zużycia energii w domu

Zarówno instalacja PV skierowana na południe, jak i ta o orientacji wschód-zachód, jeżeli są odpowiednio zaprojektowane, powinny wyprodukować podobną wartość energii. Instalacja PV skierowana na południe oczywiście będzie nieco tańszą inwestycją ze względu na mniejsze przewymiarowanie. Jeżeli jednak domownicy przebywają w domu i korzystają z energii przez cały dzień, lepszym wyborem może okazać się „wariant wschód-zachód”, pozwalający zwiększyć autokonsumpcję bez magazynowania energii w sieci. Oczywiście zagadnienie to trzeba dokładnie przeanalizować. Ryzyko ponoszenia większych kosztów inwestycyjnych niż to jest potrzebne na rzecz przyszłych zysków wynikających z większej autokonsumpcji powinno być bezdyskusyjnie uzasadnione liczbowo.

2. Zwiększenie autokonsumpcji przez zarządzanie zużywaną energią

Zdaniem Rządu oraz ekspertów energetyki zawodowej, zielona energia elektryczna z instalacji PV, która powstaje po stronie sieci o niskim napięciu u Prosumentów, powinna być w większości po tej samej stronie konsumowana [1][2][3].

Jak możemy wpłynąć na zwiększenie stopnia autokonsumpcji z instalacji PV?

a) Sterowanie pracą urządzeń elektrycznych AGD w domu

Poprzez sterowanie pracą urządzeń, które zużywają duże ilości energii i które mogą pracować bez naszej obecności. Oczywiście wykonywana przez nie praca powinna być dla nas użyteczna. Może to być załączanie czasowe zmywarki, czy pralki. Ilość energii wykorzystanej w tej sposób na potrzebny własne w domu jednorodzinnym może wzrosnąć o kilka kWh.

b) Podgrzewanie wody użytkowej za pomocą grzałki elektrycznej oraz pompy ciepła

Ciepłą wodę użytkową możemy łatwo i tanio magazynować do późniejszego wykorzystania. Jednak z punktu widzenia efektywności energetycznej to mało efektywne rozwiązanie. Efektywność pracy instalacji PV na ogrzanie wody użytkowej grzałką prądu zmiennego jest niemal 3-krotnie niższa niż termicznej instalacji solarnej (tzw. kolektory solarne), uwzględniając oczywiście rzeczywistą sprawność całej instalacji. Zatem jest to „jakaś” metoda jednak efektywność nie jest najwyższa. Można oczywiście analizować wykorzystanie grzałek prądu stałego i inne działania, ale będzie to oznaczało dodatkowe koszty, które trzeba uzasadnić. Wykorzystanie pompy ciepła do odbioru nadwyżek produkowanej energii - to kolejna metoda, która wraz z inteligentnym sterowaniem pracą urządzeń AGD powoduje wzrost wykorzystania energii na własne potrzeby. Opisana została ona w oddzielnym artykule na niniejszym blogu.

c) Zawansowane systemy sterowania

Jak widzimy docelowo niezbędne będzie wdrażanie innowacyjnych systemów zarzadzania energią domową z możliwością przewidywania wytwarzania energii z fotowoltaiki i alokować energię odpowiednio do zużycia urządzeń. Wymagać to będzie odpowiednich interfejsów i czujników w każdym sprzęcie domowym, czy instalacjach grzewczych.

Rys. Produkcja energii z instalacji PV i możliwości jej autokonsumpcji przez: 1 – zmywarkę, 2 – pralkę, 3 – podgrzewanie c.w.u. (grzałka, pompa ciepła) – przykład możliwości zarządzania [4]

Nadrzędny program (tego typu aplikacje są już na rynku) rozważy działanie urządzenia w oparciu o priorytet, takie jak pompa ciepła ciepłej wody i opóźni działanie innych urządzeń, takich jak pralka, aby zmaksymalizować własne zużycie wytworzonej energii. Z biegiem czasu istniejące programy będą oparte o sztuczną inteligencję, która może zrozumieć (będzie się ich uczyć) wzorce użytkowania domowników, aby jeszcze bardziej poprawić alokację energii słonecznej PV. Ewentualny nadmiar energii może być wykorzystany przez akumulator lub pojazd elektryczny, minimalizując eksport do sieci energetycznej [4].

d) Ładowarka samochodu elektrycznego

Mamy do czynienia obecnie z elektryfikacja systemów bytowych: systemy wytwórcze, systemy grzewcze, systemy transportowe. Stąd w zakresie zwiększenia autokonsumpcji już niedługo ważnym elementem stanie się wykorzystanie samochodu elektrycznego w gospodarstwie domowym. Poniżej przedstawiono układ funkcjonalny współpracy instalacji OZE, pompy ciepła, samochodu elektrycznego oraz magazynu energii. Przy efektywnym i inteligentnym systemie zarządzania taki układ będzie pozwalał na bytowanie przy małym zużyciu energii.

Rys. Elektryfikacja systemów bytowych

W systemie tym samochód elektryczny będzie pełnił również rolę magazynu energii elektrycznej podczas przebywania w garażu. Pozwala na to coraz popularniejsza technologia Vehicle-to-Grid („Pojazd do sieci” - V2G), która umożliwia poza tym, że samochód elektryczny może być ładowany z instalacji PV, to również daje nowe możliwości w zakresie handlu i inteligentnego zarządzania energią w sieci energetycznej. Technologia V2G daje dostęp do energii zmagazynowanej w akumulatorach pojazdów elektrycznych, dzięki czemu gospodarstwa domowe mogą zasilać sieć w czasie szczytów zapotrzebowania.

Rys. Idea systemy V2G - Źródło: www.nissan-global.com

Podsumowanie

Jak podaje Rynek Energii na koniec kwietnia 2021 r. moc zainstalowana fotowoltaiki w Polsce wyniosła ponad 4 700 MW. Oznacza to wzrost o blisko 130% w stosunku do kwietnia 2020 r. Przeciętna wielkość instalacji PV to już ponad 9 kW. Widać więc wyraźną tendencje do zawyżania wykonywanych instalacji PV w Polsce. Przy problemach sieci energetycznych związanych z funkcjonowaniem 1 mln prosumentów w Polsce na niskim napięciu będzie to oznaczać konieczną transformację.

Rząd proponuje odejście od opustu i będzie dawał narzędzia prawne do zwiększenia poziomu autokonsumpcji w gospodarstwach domowych. W niniejszym artykule przedstawiono wybrane możliwości. Oczywiście wybór zależy od inwestora i powinien być poprzedzony bardzo dokładną analizą ekonomiczną.

Źródła