Zima v Českém soběstačném domě – jak obstála ostrovní fotovoltaika, baterie a stirling?

Redakce TZB-info a Estav.cz poprvé navštívila Český soběstačný dům v létě 2021. Jelikož letní dny jsou dlouhé, slunečné a venkovní teploty vysoké, bylo elektřiny z místní fotovoltaiky tolik, že ji nebylo možné užitečně spotřebovat. Letní návštěva tak z hlediska testování soběstačnosti žádnou výzvu nepřinesla.

Tu správnou zátěžovou zkoušku by měla přinést až zima, kdy jsou pro výrobu elektřiny z fotovoltaiky mnohem horší podmínky. Domluvili jsme si tedy s majitelem domu ještě druhý – zimní pobyt. Během dvoudenní únorové návštěvy jsme chtěli vyzkoušet, zda studené počasí a krátké dny přinesou obyvatelům domu nějaký diskomfort. A při té příležitosti jsme se podrobněji podívali na to, jak takový dům v zimě funguje.

Zima v domě s ostrovní fotovoltaickou elektrárnou

Energetický systém domu jsme si přiblížili v předchozím článku. Víme, že jeho základem je velká fotovoltaika, z čehož pro zimní provoz vyplývá několik věcí.

Přečtěte si také Elektřina a vytápění v Českém soběstačném domě Přečíst článek

Pokud v zimě vysvitne slunce, 15 kW fotovoltaiky zvládne s přehledem uspokojit spotřebu v domě, během dvou hodin nabít zcela vybitou baterii a ještě nahřívat akumulační nádrž. Pokud slunce zůstane schované za mraky, je mlha a šedivý podzimní den, dá takto velká elektrárna alespoň pár set wattů, což stačí na pokrytí spotřeby domu i na pozvolné nabíjení baterie.

Když na střechu napadne sníh, je potřeba ráno ručně očistit minimálně spodní řadu panelů. Ta jednak poskytne alespoň nějakou elektřinu pro dům a jednak proudící elektřina začne nepatrně ohřívat i zbytek panelů zakrytých sněhem. Za dobrého počasí sníh pak ze střechy sjede sám. Za špatného počasí je potřeba pokračovat v čištění a kdyby to obyvatele přestalo bavit, mohou připojit elektrocentrálu a s její pomocí počkat na lepší počasí.

K zapojení elektrocentrály však během první zimy na Českém soběstačném domě nedošlo ani jednou. Můžeme z toho odvodit, že buď moc nesněžilo, nebo obyvatelé panely pilně čistili a sníh ze střechy ochotně sjížděl.

Dům v zimě běží na záložní střídač (proč tomu tak je, jsme popsali v předchozím článku) a má tak k dispozici 4 kW výkonu. Takový výkon neumožňuje souběžné využití většiny spotřebičů v domě, ale s minimem ohledů se dá s touto hodnotou bez problémů vystačit při vaření i úklidu.

Akumulační nádrž, která obstarává vytápění a přípravu teplé vody, je nahřívána přímo z fotovoltaiky. Když je potřeba víc tepla a slunce zrovna nesvítí, pomáhá s ohřevem automatický kotel na pelety.

Spolehlivý indikátor provozu kotle – kouř z levého komína.

Zvláštností zdejšího kotle je přídavný Stirlingův motor, který vyrábí elektřinu z tepla. S výrobou stirlingu elektrárna pracuje stejně jako s výrobou fotovoltaiky – buď pomáhá pokrýt spotřebu v domě nebo nabíjí baterii.

Stirling nespíná podle spotřeby elektřiny nebo míry vybití baterií. Běží vždy společně s kotlem, jehož provoz je řízen teplotou vody v akumulační nádrži.

Jaké jsou tedy zkušenosti z první zimy?

Z dat o provozu fotovoltaické elektrárny za období listopad 2021 – únor 2022 vyplývá, že průměrné nabití baterie se v těchto měsících pohybovalo od 71 do 86 %. Za celou zimu se baterie mimo komfortní pásmo, tj. na 30 % nabití, dostala pouze jednou 17. listopadu ve 22:30 a bylo to způsobené celodenním vařením při zatažené obloze. Průběh tohoto dne popisuje ve videu Pavel Podruh, majitel Českého soběstačného domu.

Dům se následně přepnul do nouzového režimu, kdy zůstanou v provozu jen základní technologie. To znamená, že dům topí, svítí, teče voda, ale jinak je k dispozici jen pár zásuvek např. pro nabití telefonu. Velké střídače jsou odpojené a nejde tudíž používat větší spotřebiče (pračka, myčka) nebo vařit. Nouzový režim trval jen do druhého dne, kdy fotovoltaika dopoledne nabila baterie na 35 %, elektrárna se přepla na záložní střídač a bylo opět možné používat všechny spotřebiče v domě.

Zimní noc na Českém soběstačném domě.

Z dat monitoringu elektrárny je patrné, že pod 50 procent se baterie během zimy dostala jen čtyřikrát a vždy se během jednoho až třech dnů se vrátila zpět na stav plného nabití. To vše bez elektrocentrály.

Hlavní podíl na takovém výsledku má právě velká fotovoltaika. Při jejím výkonu stačí relativně krátká chvíle jasnější oblohy a hned je dostatek elektřiny na nabití baterií. A právě tato okolnost nám zhatila náš plán „zažít v ostrovním domě nepohodu“.

Zimní redakční návštěva Českého soběstačného domu

Do Českého soběstačného domu jsme přijeli ve středu v poledne. Počasí „drsnému“ testu ale vůbec nepřálo – celý den bylo polojasno, kdy jednotlivé mráčky občas zakryly slunce. Navzdory únorovému termínu na Šumavě se teploty pohybovaly okolo 10 °C nad nulou. Dům jsme tak převzali ve 13 hodin s plně nabitou baterií, 95,8 % (baterie má schválně nastaveno, že se nenabíjí do 100 %, viz předchozí článek). Startovní podmínky byly na zimu velmi luxusní, začali jsme tedy sledovat, co s energetickým systémem domu udělá spotřeba třech redaktorů.

Únorový den v Českém soběstačném domě. Počasí přeje, elektřiny je opět suverénní dostatek.

Během prvních hodin pobytu jsme domácí elektrárnu téměř nezatěžovali. Několik kafí, natáčení, fotografování nebo nebo zapnutý notebook neměly při relativně slunečném počasí šanci baterii znatelně vybíjet. Větší zátěž tak přišla až v 17 hodin, kdy se slunce sklonilo k obzoru, my jsme zapnuli troubu a dali péct kuře a brambory. Po soumraku už nám fotovoltaika se spotřebou nijak nepomáhala, elektřina na pečení tak šla hlavně z baterie. Sledovali jsme tedy graf spotřeby a čekali, kdy začne kapacita baterie s významnější a dlouhodobou zátěží padat ke dnu. Ale nic takového se nedělo.

Základní přehled výroby a spotřeby elektřiny v domě během redakční návštěvy

Graf nabití baterie Českého soběstačného domu během redakční návštěvy

Díky hezkému počasí jsme často otevírali velká okna, chodili dovnitř a ven a obývák používali jako verandu. Tím jsme poměrně dost větrali a dům i při slunečném dni vychladl do té míry, že se po soumraku do vytápění zapojil kotel a s ním i Stirlingův motor. I když slunce dávno zapadlo, displej elektrárny stále ukazoval dodávku okolo 700 W. Díky stirlingu se zvládla baterie nabíjet i při spuštěné myčce nádobí, která se společně s rychlovarnou konvicí postarala o zbytek větší zátěže až do půlnoci, než jsme šli spát. Stirling se odpojil po 20. hodině. Pečením, svícením a mytím nádobí jsme mezi 16 hodinou a půlnocí zvládli vybít baterii na 74 %.

Výroba stirlingu na displeji kotle.

Výroba stirlingu na displeji elektrárny.

Graf výroby Stirlingova motoru

Průběh zátěže během redakční návštěvy. Záporné hodnoty zátěže ukazují, kdy byla výroba Stirlingova motoru vyšší než spotřeba. V těchto chvílích stirling utáhl spotřebu domu a ještě zvládl nabíjet baterie.

Od půlnoci zhruba do sedmi hodin do rána zůstal dům ve stand by režimu, což znamená stálou spotřebu 100–200 W pro oběhová čerpadla, střídač a další vlastní spotřebu domu. Tento výkon však byl odebírán konstantně a pouze z baterie – přes noc nepomáhala fotovoltaika ani stirling. Ráno před východem slunce jsme již zapnuli rychlovarnou konvici a toustovač, čímž jsme baterii dostali na nejnižší hodnotu během našeho únorového pobytu – 66,5 %.

Poté do mrazivého a tentokrát zcela bezmračného dne vyšlo slunce a s vybíjením baterie byl konec. Zhruba v 8:30 se sluneční paprsky opřely do panelů a v 10:45 byly baterie opět plně nabité. Zátěž vzniklá praním povlečení, nabíjením elektrokola nebo ohříváním oběda byla pro 15 kW fotovoltaiky při zimní jasné obloze celkem zanedbatelná.

Výroba fotovoltaiky během redakční návštěvy. Graf ukazuje záznam z jednoho regulátoru ze tří, pro představu o celkové výrobě elektřiny je tedy potřeba zobrazené hodnoty vynásobit třemi.

Během naší návštěvy jsme spotřebovali 35 kilowatthodin, přičemž fotovoltaika spolu se stirlingem zvládly dodat 36 kilowatthodin. V domě byla po celou dobu termostatem udržována teplota 22 °C a měli jsme dostatek teplé vody pro troje sprchování. I během února v Pošumaví jsme si tedy v ostrovním domě užívali energetickou pohodu.

Nebýt kondenzačních čar od letadel, byla by obloha druhý den redakční návštěvy úplně bez mráčku.

Zimní energetická pohoda

Naše testování zimního diskomfortu tak skončilo „neúspěchem“. Je jedno, že je zima, prostě jakmile svítí slunce, je v domě elektřiny dostatek nebo rovnou přebytek. A tím bychom mohli skončit. Domluvili bychom si na Českém soběstačném domě termín na příští zimu, připravili si celodenní pečení cukroví a doufali v horší počasí.

Naštěstí ale existuje způsob, jak se podívat na takovou část zimy, kdy bylo opravdu týden zataženo – máme totiž k dispozici podrobná data z provozu elektrárny. A v nich taková období vidět jsou. Na průběh jednoho vybraného týdne se podíváme v příštím článku.