Novinky a trendy v ostrovní fotovoltaice0

Budoucnost domácí fotovoltaiky - hybridní systémy

Podle způsobu připojení připojení můžeme domácí fotovoltaické systémy rozdělit do tří skupin:

1. On grid systémy

Klasické fotovoltaické elektrárny připojené k distribuční síti – ty jsou asi nejznámější a všichni je dobře známe z našich polí a luk. Zásadní nevýhodou je, že existující rozvodná síť se neumí dost dobře vyrovnat s jejich nepravidelnou produkcí, a tak jich můžeme připojit jen omezené množství.

On-grid – Backup FVE (kombinace FVE se záložním systémem). Přidání vhodného akumulačního systému umožní vyhladit špičky v produkci a lépe se přizpůsobit potřebám elektrické sítě a současně máme k dispozici zálohu pro případ výpadku sítě.

Reklama

2.Off-grid (ostrovní) systémy

Fotovoltaické systémy určené pro místa, kde není k dispozici síťové napájení – například chaty či jiné objekty bez přípojky elektřiny

3. Grid interactive – hybridní systémy nebo systémy interagující se sítí

Sem se řadí takzvané hybridní fotovoltaické elektrárny (HFVE), lokální chytré sítě (Local Smart Grid) apod. Díky interakci s elektrickou sítí se mohou výrazně omezit negativní vlivy na síť a maximalizovat výroba elektřiny v FVE.

Ostrovní (off-grid) fotovoltaické systémy – výhody a nevýhody:

Výhody ostrovních systémů: Nezávislost na distribuční soustavě, ideální na chaty nebo sezónně obývané objekty, vhodné pro rekreační objekty obývané v letním období (chaty, lodě, karavany). Zvláště vhodné jsou pro víkendové pobyty, tím, že se přes týden baterie nabíjí a o víkendu se elektřina využívá, je možné snížit potřebnou velikost fotovoltaických panelů a zlepšit jejich využití. Možnost méně energeticky náročného celoročního bydlení bez jakýchkoliv přípojek.  Nevýhody ostrovních FV systémů: V podmínkách ČR vysoké náklady na výrobu elektřiny v zimním období ‐ (listopad až leden). Je potřeba mít další zdroj elektřiny (zpravidla benzínová elektrocentrála), což je poměrně drahé (např. palivo je v řádu 10Kč/kWh). Lze sice uvažovat o použití kogenerační jednotky (nejlépe na kapalný propan), ta má ovšem vysoké investiční náklady. V případě, kdy jde o běžný celoročně obývaný obytný dům, je potřeba povolení stavebního úřadu (užívání stavby, kolaudace atd.). Rozhodně jsou vyšší pořizovací náklady pro komfortní celoroční bydlení než pro hybridní fotovoltaické systémy. Doba návratnosti může být velmi různá (cca 10 ‐ 20 let a hodně záleží na výši požadovaného komfortu, chování a celkové spotřebě).

Hybridní fotovoltaické systémy

Jako nejperspektivnější se jeví právě hybridní systémy, které umožňují vyrábět a spotřebovávat elektřinu doma a v případě potřeby vyššího výkonu ji odebírat také z distribuční sítě. Jde vlastně o ostrovní systém s chytřejším měničem napětí, který se stará také o přepínání toků energie mezi různými prvky domácí soustavy (spotřebiče, akumulátor, připojení k distribuční síti, FV ohřev vody atd.). Hybridní systémy lze pochopitelně používat jen tam, kde je k dispozici rozvodná síť. Kam se hodí hybridní systém?

Komfortní, celoročně obývaná chata

Zatímco u ostrovního systému je nutné v zimním období dramaticky snižovat spotřebu, hybridní systém je zcela komfortní pro celoroční provoz. Skladba domácích spotřebičů může být energeticky poměrně náročná (tepelné čerpadlo, osvětlení, TV, lednička a mrazák apod.) Typický příklad využití může být celoročně obývaná chata. Hybridní systém zde může být provozně levný, ekonomický, mnohem komfortnější než ostrovní systém a přitom téměř soběstačný.

Rodinný dům s vyšší spotřebou elektřiny, (tepelné čerpadlo, bazén)

Výhodný je i pro celoročně obývaný rodinný dům, kde chce mít uživatel standardní nebo vyšší komfort. Opět platí, že hybridní systém může být méně výkonný a levnější než větší ostrovní systém a umí zásobit více spotřebičů současně díky možnosti okamžitého nákupu chybějící energie ze sítě ve špičkách.

Hybridní systém je také spolehlivější, umí lépe využívat různé zdroje energie v čase. Jeho pořizovací cena je nižší než u čistě ostrovního řešení. Podle zkušeností uživatelů je 90 % procent spotřeby v malých zátěžích a pouze 5-10 % spotřeby pokrývají špičky z elektrické sítě.

Z ekonomického hlediska je již dnes hybridní fotovoltaický systém dlouhodobě nejlepší, nejkomfortnější a nejbezpečnější variantou zásobování elektřinou u celoročně obývaných RD nebo menších firem.

Hybridní měniče napětí (hybridní střídače)

Hybridní měniče jsou základem hybridní FVE. Jde o novou generaci záložních zdrojů (UPS) s důrazem na využití obnovitelných zdrojů energie pro domácí spotřebu. Využívají se celosvětově převážně ve fotovoltaických instalacích.

Schéma hybridní fotovoltaické elektrárny. Domácí spotřebiče se napájí proudem z FV panelů či akumulátorů a v případě potřeby se využívá distribuční elektrické sítě. (Obr. Autor)

Schématicky je takový systém zobrazen na obrázku výše. Jednotlivé obnovitelné zdroje nabíjejí akumulátorovou baterii (mají své regulátory) a stejnosměrný proud je přeměněn střídačem na střídavých 240 V. Konstrukce hybridního střídače umožňuje optimalizovat odběr z akumulátoru a ze sítě tak, aby byly splněny požadavky na elektrický výkon a současně dosaženo maximálního využití fotovoltaických panelů.

Důvodem k jejich používání je například známý fakt, že elektřina je z fotovoltaických panelů získávána pouze přes den s výkonovou špičkou v maximu kolem poledne. Výroba takové elektrická energie ale značně kolísá a není téměř nikdy v souladu s aktuální spotřebou v objektu.

Pro překonání tohoto rozdílu mezi přes den vyrobenou elektřinou a elektřinou, která je potřeba večer, v noci a ráno kdy naopak není vyráběna elektřina žádná, je třeba energii krátkodobě skladovat pro pozdější využití a zároveň ideálně řídit spotřebu elektřiny v domácnosti pomocí konceptu tzv. “chytré sítě” (Smart grid).

S rychlým vývojem systémů využívající obnovitelné zdroje energie a dlouhodobě rostoucími cenami energií byly již před několika lety vyvinuty “chytré” hybridní měniče, které umožňují optimalizovat a využívat rozdíly mezi nestabilní výrobou elektřiny a její aktuální spotřebou (viz graf).

Graf závislosti výroby, spotřeby a nákupu elektřiny ve větším rodinném domku (Zdroj: Robert Mořkovský Solární Panely.CZ, s.r.o.). P-Acin-Avg – průměrný výkon nakupovaný z rozvodné sítě,
P-Acout-Avg – průměrný spotřebovaný výkon, Solar-Avg- výkon solárního systému, Na ose x je čas v průběhu dne a na ose y je výkon v kW. Zeleně vyznačená plocha grafu představuje množství energie, které je třeba v průběhu dne nějak akumulovat

Hybridní systém versus ostrovní systém.

Hybridním provozem se obecně rozumí schopnost hybridního měniče pracovat současně v on‐grid a zároveň v off‐grid režimu. Hybridní měnič je tedy na rozdíl od ostrovního měniče, který jen přepíná mezi provozem z akumulátorů nebo síť, schopen plynule a současně v reálném čase regulovat množství energie odebírané ze sítě nebo z akumlátorů, což je jeho nejpodstatnější a nejvíce využívaná funkce.

Základní předností hybridních měničů je možnost maximálního využití energie z obnovitelných zdrojů a nastavení směru toku vyrobené elektřiny do nebo z distribuční soustavy, ukládání v akumulátorech nebo její přímé spotřebě založené na inteligentním řízení dle aktuální celkové energetické bilance objektu.

Na rozdíl od ostrovních měničů, kde je energie systematicky ukládána do akumulátorů (se ztrátou cca 20 %), hybridní měniče ukládají pouze část energie (rozdíl ve spotřebě), když je to opravdu nezbytné (větší výroba energie než její spotřeba). Tento systém také umožňuje zvolit si, jestli se má energie vyráběná fotovoltaickmi panely ukládat do akumulátorů nebo má být řízeně spotřebována (nějakým spotřebičem, který lze zrovna využít).

Domácí fotovoltaika musí být při provozu hybridního systému prokazatelně galvanicky oddělena od elektrické distribuční soustavy. Použití hybridního střidače tuto podmínku splňuje – oba systémy (domácí a distribuční síť) jsou odděleny transformátorem. Díky tomu se nevyžaduje povolení o připojení k distribuční soustavě, je zde pouze oznamovací povinnost distributorovi – nejedná se o “FV výrobnu”. Hybridní FV elektrárnu proto bez problémů povolují stavebními úřady. Výhodou je také výborná rozšiřitelnost (možnost později přidávat další FV panely, generátor, větrnou elektrárnu či hydro turbínu) a možnost postupného rozšiřování z jednofázového systému až na třífázový.

Výhody hybridních fotovoltaických systémů

• Nezávislost na růstu cen energií a výpadcích distribuční sítě,
• možnost maximálního zužitkování vlastní vyrobené energie (až 100 %),
• možnost kombinace systému s elektrickou přípojkou.
• Hybridní DC‐Coupling FVE- v tomto režimu je FVE prokazatelně a bezpečně galvanicky oddělena od distribuční sítě (na rozdíl od On‐Grid Backup systémů nebo AC‐Coupling systémů.). Díky tomu je možné provozovat hybridní fotovoltaickou elektrárnu  bez nutnosti získání povolení o připojení k distribuční soustavě a bez licence na výrobu elektřiny pouze na základě oznámení distributorovi o využívání UPS sytému.
• Návratnost investice většinou do cca 8‐15 let bez Zeleného Bonusu.

Nevýhoda hybridních fotovoltaických elektráren je jediná ‐ vyšší pořizovací náklady