Kiedy opłaca się zainstalować panele fotowoltaiczne?

Jak powstaje prąd?

Wytwarzanie energii elektrycznej pozyskiwanej z promieniowania słonecznego za pomocą ogniw fotowoltaicznych wykazuje coraz większą popularność dzięki upowszechnieniu się świadomości odbiorców prądu o konieczności zwiększenia udziału energii pochodzącej z OZE w globalnym bilansie energetycznym i tendencji do wyraźnego zmniejszania kosztów budowy takiej instalacji, choć nadal są dość wysokie.

Podstawowym elementem systemu są panele fotowoltaiczne składające się z wielu szeregowo i/lub równolegle połączonych ogniw krzemowych. Obecnie wykorzystywane są głównie ogniwa monokrystaliczne o efektywności pozyskiwania energii na poziomie 17-18% oraz polikrystaliczne ze sprawnością 16-17%.

Przykładowa instalacja fotowoltaiczna na zachodniej połaci dachu o nachyleniu 35°. Fot. L. Jampolska.

Charakterystycznym parametrem każdego modułu jest jego moc szczytowa, która zawiera się w granicach 280-300 W określonej dla promieniowania słonecznego na poziomie 1000 W/m2.

Do obliczeń przyjmuje się jednak moc zredukowaną odpowiadającą nasłonecznieniu na poziomie 800 W/m2. Dla użytkowników instalacji fotowoltaicznej najważniejsza jest jednak roczna efektywność pozyskiwania energii elektrycznej z określonej powierzchni ogniw i nominalnej ich mocy.

Jako teoretyczną wartość można przyjąć efektywność na poziomie 1000 KWh energii pozyskiwanej z 1 kW mocy instalacji w ciągu roku.

W praktyce ta efektywność będzie mniejsza ze względu na wpływ wielu czynników zewnętrznych i starzenia się samych ogniw. Rzeczywisty przebieg warunków nasłonecznienia może nawet znacząco odbiegać od przyjętych założeń ze względu, np. na lokalizację paneli, ich zacienienie i różniące się od przeciętnych warunki pogodowe. Zmniejszenie efektywności powoduje też wysoka temperatura, zanieczyszczenie powierzchni ogniw czy pogorszenie przezroczystości warstw ochronnych.

Z czasem również struktura ogniw ulega starzeniu się, co w efekcie obniża efektywność wytwarzania prądu. Zależnie od źródeł podawanych parametrów i rodzaju ogniw należy spodziewać się spadku pozyskiwania energii na poziomie 0,5-2% po każdym roku działania.

Pozyskiwany z ogniw prąd stały przechodzi do inwertera (falownika), który zamienia go na zmienny o parametrach umożliwiających podłączenie do ogólnokrajowej sieci elektroenergetycznej. Sporadycznie instalacje PV pracują układzie autonomicznym (bez podłączenia do sieci), a rolę magazynu energii pełnią akumulatory.

Kiedy instalacja PV zapewni oszczędności?

Podczas użytkowania instalacji fotowoltaicznej, ze względu na zmienność wielu parametrów technicznych i funkcjonalnych, precyzyjne określenie spodziewany korzyści ekonomicznych jest praktycznie niemożliwe. Można jedynie wyznaczyć szacunkowe wartości, przyjmując standardowe założenia, ale rzeczywiste efekty mogą znacznie od nich odbiegać.

Planując budowę instalacji, musimy przede wszystkim określić, jaką ilość energii elektrycznej będziemy potrzebowali w ciągu roku, co stanie się podstawą do dobrania mocy instalacji i poniesienia związanych z tym kosztów.

Newsletter

DARMOWY PORADNIK BUDOWLANY

RAZ W TYGODNIU NA TWÓJ E-MAIL

Zapisz się

Przeciętne zużycie energii elektrycznej w domach jednorodzinnych (bez ogrzewania elektrycznego) w ciągu roku wynosi 3000-5000 kWh i przyjmując średnią cenę w taryfie dziennej na poziomie 0,6 zł/kWh, roczne wydatki na prąd wyniosą 1800-3000 zł, a przy korzystaniu z taryfy nocnej będą nieco mniejsze.

Do obliczeń przyjmijmy średnie zużycie energii na poziomie 4000 kWh rocznie, co wymaga pozyskania ze słońca przynajmniej 5000 kWh na całkowite pokrycie potrzeb dla domu przez cały rok. Wartość ta wynika z bilansowania energii elektrycznej przesyłanej na drodze sieć-instalacja PV, której właściciel jako prosument może odebrać „za darmo” pobór prądu stanowiący 80% wytworzonej energii.

W skład instalacji fotowoltaicznej wchodzi inwerter (falownik). Fot. L. Jampolska.

Przy dostarczeniu z PV mniejszej ilości energii zapłaci wtedy jak zwykły odbiorca, ale wytworzenie jej w nadmiarze nie da żadnej korzyści - energetyka za nią nie zapłaci. Przyjmując powyższe ustalenia, przy takim zapotrzebowaniu instalacja powinna mieć moc na poziomie 5 kW, co przy przeciętnych kosztach inwestycyjnych wynoszących 5 000 zł/kW nominalnej mocy zainstalowanej kosztować będzie ok. 25 000 zł.

Przyjmując aktualne ceny prądu ok. 0,6 zł/kWh i roczne zużycie 4000 kWh, wydatki przy zwykłym zasilaniu z sieci wyniosłyby 2400 zł, zatem zwrot nakładów inwestycyjnych nastąpi po ponad 10 latach.

Obliczenia te nie uwzględniają ewentualnego wzrostu cen energii, ale również spadku efektywności ogniw, kosztów kredytu, z którego najczęściej finansowane są takie inwestycje.

Czy opłaca się ogrzewanie prądem ze Słońca?

Wartą rozważenia alternatywą dla zasilania w energię systemu grzewczego domu będzie połączenie instalacji fotowoltaicznej z pompą ciepłą. Takie rozwiązanie może być korzystne w rejonach pozbawionych dostępu do sieci gazowej, zapewniając jednocześnie lokalnie ochronę przed zanieczyszczeniem środowiska w wyniku spalania paliw stałych, a przy porównywaniu kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych - wariantowo - z niemal równoważnym pod względem użytkowym ogrzewaniem gazem płynnym.

Choć ponowne przetworzenie energii elektrycznej w ciepło nie zapewnia efektywnego wykorzystania energii pochodzącej ze Słońca i w zasadzie jest nieopłacalne (instalacja PV ma sprawność ok. 15%), to jednak wykorzystując ją do zasilania pompy ciepła, zwiększamy sprawność nawet ponad trzykrotnie.

Zasilanie z ogniw fotowoltaicznych systemu NIBE zapewnia ogrzewanie, chłodzenie, produkcję c.w.u. oraz wentylację z odzyskiem ciepła, wykorzystując energię słoneczną. Fot. Nibe Biawar.

Przy analizie zysków energetycznych i ekonomicznych - podobnie jak w ocenie wykorzystania PV do celów ogólnych - w przypadku użycia instalacji PV do ogrzewania, wartością bazową będzie roczne zapotrzebowanie na energię.

Przyjmując standardową energochłonność roczną na poziomie 90 kWh/m2 powierzchni ogrzewanej dla przeciętnego domu jednorodzinnego o powierzchni 150 m2, potrzeba będzie 13 500 kWh energii.

Jednak w przypadku zasilania z pompy ciepła zużywana energia elektryczna będzie ok. trzykrotnie mniejsza, co odpowiednio obniży wymaganą moc zamontowanych paneli PV. W tym przypadku wyniesie ona 4,5 kW, przyjmując uzysk 1000 kWh z 1 kW zainstalowanej mocy w ciągu roku, a po skorygowaniu o bilansowanie z siecią elektroenergetyczną powinna ona wynieść ok. 5,6 kW (4,5 kW : 0,8).

Analizując jedynie koszty ogrzewania, nakłady inwestycyjne na instalację fotowoltaiczną wyniosą ok. 28 000 zł, a kompleksowa instalacja grzewcza z pompą ciepła to wydatek ok. 25 000-30 000 zł w przypadku urządzeń typu powietrze-woda lub 40 000-50 000 zł, gdy będzie to pompa typu woda-woda.

Jeśli zechcemy wykorzystywać energię z instalacji PV całorocznie do innych celów niż ogrzewanie, to oczywiście panele muszą mieć odpowiednio większą moc, przy czym nie powinna ona przekraczać 10 kW.

W przeciwnym razie zmniejsza się udział zwracanej (za darmo) z sieci energii elektrycznej. Zamiast 80% odzyskamy jedynie 70%, co może zmuszać do dodatkowego zakupu energii sieciowej lub zwiększenia mocy paneli. W przeliczeniu na kWh uzyskanej efektywnie energii grzewczej jej koszt - przyjmując rozłożenie nakładów inwestycyjnych na 10 lat - wyniesie orientacyjnie 0,4-0,5 zł/kWh.

Porównując z instalacją na gaz płynny, możemy rozważać dwa warianty uzależnione od aktualnej sytuacji finansowej. W jednej opcji instalację mamy prawie za darmo, ale więcej płacimy za gaz lub też wykonujemy ją na własny koszt, uzyskując niższą cenę paliwa.

Orientacyjnie koszt instalacji to ok. 15 000 zł, a przy obecnej cenie gazu płacimy ok. 0,3 zł za kWh efektywnie pozyskanej energii. Rozkładając koszty inwestycyjne na 10 lat, to porównawczo otrzymujemy wartość ok. 0,4 zł/kWh, czyli podobnie jak z instalacji fotowoltaicznej z pompą ciepła.

Oczywiście kalkulacje te nie uwzględniają szeregu czynników, takich jak przeglądy i naprawy, spadku efektywności czy zmiany sposobu rozliczeń z OSD, cen energii, obciążeń spłatą kredytu bądź utraconych korzyści z depozytów.

Autor: Redakcja BudownicwaB2B
Zdjęcie otwierające: A. Papliński