Co byste měli znát před instalací domácí fotovoltaické elektrárny
Kolik elektřiny vyrobí fotovoltaický panel? K čemu je u fotovoltaiky střídač? Kdy se vám domácí elektrárna nevyplatí? A jak dlouho trvá instalace? Tyto a mnoho dalších praktických otázek vám zodpovíme v tomto článku.
Zájemců o instalaci fotovoltaické elektrárny rychle přibývá. Stejně jako dříve počítače dnes fotovoltaika přestává být záležitostí pro technologické nadšence a dostává se k běžným lidem, kteří se o tuto technologii dosud blíže nezajímali.
Často tak nevědí, jak velkou elektrárnu budou stavět, že bude potřeba místo na akumulaci a nemělo by to být v obytné části, že musí řešit přetoky nebo že mají zbystřit, pokud v nabídce narazí na symetrický střídač.
Fotovoltaika je zařízení v ceně desítek až stovek tisíc, s výkonem několika kilowattů a životností 30 a více let, je proto dobré o jeho podobě a fungování vědět více.
Co by vás tedy mělo zajímat, co byste měli zvážit a na co si dát pozor před instalací fotovoltaické elektrárny?
Spotřeba elektřiny a její vývoj během dne – první věc, která vás bude zajímat a zároveň základní parametr, který určuje, jak výkonnou (velkou) elektrárnu potřebujete a jaké bude její nastavení.
V současné době (rok 2021) je fotovoltaika v ČR určena primárně k pokrytí vlastní spotřeby, ne k prodeji elektřiny do sítě. Elektrárna tedy musí být nastavena tak, aby domácnost nebo firma zvládla spotřebovat většinu elektřiny, kterou elektrárna vyrobí. K tomuto účelu jsou nastavené i současné dotace (viz níže). Máte-li malou spotřebu do 2 MWh ročně, vyplatí se zvážit, zda se investice do vlastní elektrárny vyplatí.
Instalační firma – pro spokojené zákazníky je zcela zásadní výběr správné instalační firmy. Ta kromě samotné instalace zpravidla zařizuje i veškeré „papírování“ spojené s elektrárnou, žádost o dotaci, revizi zařízení a následný servis.
Instalace fotovoltaické elektrárny, foto © TZB-info.cz
Dobře zvolená instalační firma znamená spokojeného uživatele a minimum starostí. Sebelepší technologie panelů, střídače nebo lákavá cena mohou být nakonec k vzteku, pokud po instalaci do střechy teče, elektrárna funguje špatně, kvůli chybějícímu papíru hrozí sankce od úřadů nebo distributora, nebo se při poruše nelze dovolat servisu.
Instalaci fotovoltaiky nabízí stále více firem, i takových, které se dosud podobnou činností nezabývaly. Obezřetnost je proto na místě. Doporučujeme vyhledávat reference a dbát na varovné signály – Dá se firmě bez problémů dovolat? Komunikuje vstřícně, odpovídá ochotně na dotazy? Jak dlouho již firma funguje? Jaké nabízí záruky a garance za provedené dílo (za práce)? Absolvovali zaměstnanci firmy státní zkoušku profesní kvalifikace se zaměřením „Elektromontér fotovoltaických systémů“?
S rostoucí poptávkou se čekací lhůty prodlužují. Pokud jste přes reference narazili na dobrou firmu, ale byli jste odmítnuti kvůli přetíženosti nebo vzdálenosti, nebojte se firmy zeptat, zda by vám sama nedoporučila někoho z kolegů ve vašem okolí, který by mohl mít volnou kapacitu.
Fotovoltaický panel – základní součást elektrárny, která vyrábí elektřinu. Fotovoltaický panel, se kterým se lze potkat nejčastěji, má černou nebo tmavě modrou barvu, rozměry cca 1,6 × 1 metr a váží přibližně 20–25 kilogramů. Výkon takového panelu se pohybuje mezi 300–380 Watty.
Přední stranu tvoří odolné sklo v hliníkovém rámu, které kryje fotovoltaické články. Zadní strana panelu je plastová a je na ní konektor pro propojení se zbytkem elektrárny – krabička se dvěma kabely (tzv. junction box). Takový panel představuje nejlepší poměr cena/výkon.
Fotovoltaické panely pro rodinný dům, foto © ČEZ, a.s.
Zadní strana fotovoltaického panelu, foto © TZB-info.cz
„Junction box“ na ohebném fotovoltaickém panelu, foto © TZB-info.cz
Instalační firma běžně pracuje s několika málo typy panelů, které má vyzkoušené a při návrhu instalace sama vybere ten, který je pro danou instalaci vhodný.
Přesný typ panelu na svou střechu tak nemusíte moc řešit. Máte-li však speciální nároky na výkon, tvar, rozměry, hmotnost nebo vzhled, jsou k dostání i panely bezrámové, celoskleněné (glass-glass, dual glass), barevné, průhledné, oboustranné (bifacial), ohebné a lehké, nebo vestavěné přímo do střešní krytiny – „solární tašky“. Každý z nich má své výhody oproti standardnímu panelu, ale zároveň je dražší. Všechny panely jsou dostatečně odolné, aby ustály i silné krupobití.
Většina solárních článků na trhu dnes pochází z Číny. Z této skutečnosti není potřeba mít obavy. Čína se v posledních 10 letech stala velmocí ve výrobě fotovoltaických článků, střídačů i baterií a čínské technologie pro fotovoltaiku dosahují špičkové kvality.
Celoskleněné fotovoltaické panely, foto © TZB-info.cz
Solární tašky s integrovanými fotovoltaickými články, foto © TZB-info.cz
Barevný fotovoltaický panel, foto © TZB-info.cz
Instalovaný výkon – číslo, které udává maximální výkon elektrárny. Jedná se o součet jmenovitých výkonů panelů tvořících elektrárnu. Sděluje, jakého výkonu by elektrárna dosáhla za standardních testovacích podmínek, což je teplota 25 °C a osvit 1000 W/m2. A protože takové podmínky nastávají jen někdy, ve většině případů bude výkon elektrárny nižší, než tato hodnota. Jednotka instalovaného výkonu je Wp (wattpeak) a obvykle se udávají jeho násobky kWp (kilowattpeak), případně MWp u opravdu velkých elektráren.
Výroba – tento údaj udává, kolik kilowatthodin elektřiny fotovoltaická elektrárna vyrobí. Pro hrubý odhad lze v podmínkách ČR použít poměr, kdy jeden instalovaný kilowatt fotovoltaiky (tj. 3–4 panely) vyrobí za rok v podmínkách ČR přibližně 1000 kWh. Tato hodnota je přibližná, skutečná výroba záleží na mnoha okolnostech. Mezi ty hlavní patří:
- Osvit a stínění panelů – zdrojem energie pro fotovoltaickou elektrárnu je sluneční záření. Proto je žádoucí, aby byl fotovoltaický panel instalován na takovém místě, kde na něj bude co nejvíc a co nejdéle svítit slunce. Naopak zastínění i jen části elektrárny znamená snížení výkonu. Stínění (komín, strom, anténa, okolní domy a další) je ideální se buď vyhnout, nebo mu elektrárnu přizpůsobit – dobrá instalační firma si bude vědět rady, řešení bude nejčastěji zahrnovat tzv. výkonové optimizéry.
- Počasí – ovlivňuje okamžitý výkon i dlouhodobou výrobu elektrárny. Nejvíc elektřiny panely vyrobí při jasných slunných dnech. Během oparu a lehké oblačnosti výkon fotovoltaiky klesá, a při nízké oblačnosti, mlze, hustém dešti nebo sněžení padá na minimum až k nule. Místní klima pak ovlivňuje dlouhodobou výrobu. To znamená, že tentýž solární panel instalovaný ve dvou různých lokalitách vyrobí různé množství elektřiny.
- Orientace a sklon panelů – nastavení panelů vůči světovým stranám a jejich sklon zásadně ovlivňuje výkon a výrobu elektrárny. Možnosti instalace určuje poloha, typ a orientace střechy. Nejvýhodnější jsou střechy orientované na jih, ale je-li to možné, je vhodné orientovat panely na více světových stran. Dosáhne se tím rovnoměrnější výroby během dne. Fotovoltaické panely lze obecně instalovat téměř kamkoliv – na sedlovou i plochou střechu, na garáž, na fasádu a další. Záleží, jaká instalace bude vzhledem k danému místu optimální. To posoudí instalační firma po analýze spotřeby a prohlídce domu.
Využití výroby – aby se fotovoltaika vyplatila, je potřeba využít co nejvíce vyrobené elektřiny. Nejvíc elektřiny fotovoltaika vyrobí v létě, kdy jsou dlouhé dny. Bývá někdo doma přes den, kdy svítí slunce? Je v domě spotřebič, který v létě využije hodně elektřiny (klimatizace, vyhřívání bazénu apod.)? Pokud ne, je na místě zvážit, zda se fotovoltaika vůbec vyplatí, případně zda se nevyplatí k fotovoltaice připojit akumulátor.
Akumulace, ukládání energie – akumulační zařízení umí uložit přebytečnou elektřinu v době výroby, aby se mohla v domě využít později a neposílala se zbytečně do sítě. Pro rodinný dům se nabízí jako akumulátor:
- teplá voda – přebytečná elektřina může posloužit k přípravě teplé vody. Je tedy potřeba boiler nebo akumulační nádrž na teplou vodu. Výhoda této varianty jsou nízké pořizovací náklady.
- domácí baterie – přes den se baterie z fotovoltaiky nabije a večer domácnost používá elektřinu z baterie, místo aby ji odebírala ze sítě. Elektřina má širší možnosti využití, než teplá voda. Baterie navíc umožňuje zálohu pro případ výpadku elektřiny. Toto řešení je tudíž univerzálnější, ale také výrazně dražší.
- tepelné čerpadlo – využije přebytky z fotovoltaiky 1) k přípravě teplé vody, 2) v zimě k vytápění a 3) v létě k chlazení. Aby tepelné čerpadlo využilo maximum výroby z fotovoltaiky, musí umět všechny tři funkce. Zároveň je pro akumulaci tepla a chladu potřebná dostatečně velká akumulační nádrž.
Baterie a střídač pro fotovoltaickou elektrárnu, foto © TZB-info.cz
Všechny tři druhy akumulace jsou podporovány v dotačním programu Nová zelená úsporám. Pro bližší informace navštivte rubriku Akumulace elektřiny na TZB-info.
Chlazení – fotovoltaika se ideálně doplňuje s klimatizací nebo tepelným čerpadlem, které umí chladit. V horných letních dnech je dostatek elektřiny ze slunce, přebytky tak lze využít k vychlazení domu na večer a noc.
Přetoky do sítě – elektřina, kterou elektrárna vyrobí a která se nezvládne v domě spotřebovat ani uložit, přeteče do sítě. Tato situace běžně nastává od dubna do září, zejména při slunných dnech, kdy není nikdo doma (zejména víkendy, dovolená). Někteří dodavatelé (tzn. ne všichni) přebytečnou elektřinu vykupují, výkup přebytků bývá také k nalezení pod pojmy virtuální baterie nebo net metering.
Částka za výkup elektřiny je minimální, nejčastěji okolo 50 haléřů za kWh (rok 2021). Prodej přetoků tak sice mírně zlepšuje návratnost elektrárny, ale na přetocích se obecně vydělat nedá. Uživatelé jsou takto motivováni maximum vyrobené elektřiny využít doma a co nejméně jí posílat do sítě. Tento stav by se měl ale v nejbližších letech měnit zejména díky tlaku Evropské unie na zavádění komunitní energetiky.
Střídač převádí stejnosměrný proud z fotovoltaických panelů na proud střídavý s napětím 230 V (jednofázově) nebo 400 V (třífázově) a frekvencí 50 Hz. S takto upravenou elektřinou mohou fungovat běžné domácí spotřebiče zapojené do zásuvky a zároveň tyto hodnoty odpovídají české distribuční soustavě. Fotovoltaické panely také vyžadují provoz v určitém rozsahu zatížení. Střídač proto udržuje rozsah napětí a proudu ve stanovených hodnotách, takzvaný bod maximálního výkonu fotovoltaického modulu („maximum power point“, MPP).
Střídač fotovoltaické elektrárny, foto © TZB-info.cz
V případě hybridních elektráren spojených s distribuční soustavou střídač zajišťuje okamžité vypnutí systému při výpadku elektřiny (střídače pracující paralelně se sítí) nebo přepojení do autonomního režimu (hybridní systémy s akumulací).
Je také nutné počítat s tím, že střídač má neustálou (24/7) vlastní spotřebu elektřiny, kterou potřebuje na spolupráci se sítí, monitoring spotřeby nebo hlídání baterie a řízení elektrárny. Tato spotřeba se u jednotlivých střídačů velmi liší nejen kvůli kvalitě, ale i vzhledem k funkcím, které poskytují. Obecně ale platí, že čím menší má střídač vlastní spotřebu, tím lépe. Zvlášť podstatný je tento parametr u bateriových a hybridních systémů
Jednofázová elektrárna je jednodušší, levnější a efektivnější. Pro současném připojení k distribuční soustavě (hybridní elektrárna) je však ve většině případů omezena výkonem panelů do 3,6 kW a proudem 16 A na jednu fázi. Ale není-li u rodinného domu požadován vysoký výkon (například nabíjení elektromobilu), stojí za zvážení, zda se nespokojit s jednou fází. Taková elektrárna vyžaduje nastavení přesně na míru zákazníkovi a musí se vypořádat s fázovou asymetrií při připojení k síti. Proto je nutné při instalací oslovit firmu, která se na jednofázové elektrárny specializuje, má v této oblasti reference a umí si poradit.
Třífázová elektrárna umožňuje z fotovoltaiky a baterie pohodlně napájet všechny tři fáze, takže se uživatel nemusí výkonově omezovat. V ČR se jedná o nejčastější řešení a poskytuje ho nejvíc firem. Vyžaduje ale větší a dražší třífázový střídač, nebo tři jednofázové střídače a k nim řídicí systém (ještě dražší, ale výkonnější a bezpečnější varianta). V podmínkách ČR je navíc nutné, aby byla třífázová elektrárna schopna fungovat asymetricky.
Symetrie a asymetrie – tato otázka vyvstává u třífázových instalací. Symetrické (synchronní) střídače dělí výkon elektrárny do všech tří fází rovnoměrně. To znamená, že do každé fáze posílají stejný výkon bez ohledu na to, na které fázi je spotřeba a jak je vysoká. Klidně tak může být spotřebovávána elektřina jen v jedné fázi, v druhé bude nevyužitá přetékat do sítě a ve třetí se bude dokonce nakupovat ze sítě, když výkon fotovoltaiky nebude dost vysoký. Naproti tomu asymetrické (asynchronní) střídače umí rozložit výkon do jednotlivých fází podle potřeby.
Protože v ČR máme měření výroby a spotřeby po jednotlivých fázích, a ne součtové měření, jako ve většině zemí světa, může parametr symetrie velmi zásadně ovlivnit návratnost elektrárny, tedy to, zda se elektrárna vůbec vyplatí. Při součtovém měření jinde ve světě je z účetního hlediska jedno, jaký střídač použijete. V ČR však instalace třífázového symetrického střídače často znamená, že vám fotovoltaika neušetří téměř nic.
Proto chcete-li se vyhnout komplikacím, instalujte buď elektrárnu jednofázovou, nebo elektrárnu s asymetrickým střídačem. Nabízí-li firma symetrický střídač, požadujte vysvětlení, jak se taková elektrárna vypořádá s měřením po fázích.
Domácí elektrárna, foto © TZB-info.cz
Domácí elektrárna – ucelený systém, který dodavatel obvykle poskytuje „na klíč“. Zahrnuje fotovoltaické panely a konstrukci, rozvaděč s jisticími a ochrannými prvky, střídač, akumulaci (akumulační nádrž nebo baterie), řídicí a sledovací elektroniku (monitoring) včetně software, požární vypnutí elektrárny a propojení (kabely).
Elektrárna může mít buď podobu „sestavy“ jednotlivých komponentů, kterou instalační firma pospojuje do funkčního celku, nebo podobu „vše v jednom“. Pak se jedná zpravidla o jediný box velikosti ledničky, kde je umístěna většina součástí elektrárny.
Jak box, tak sestava mohou být připraveny a vyladěny přímo od výrobce, nebo si je poskládá a nastaví instalační firma sama. Sestavy a boxy připravené od výrobce jsou jednodušší na instalaci, umožňují aktualizaci systému a opravy přes internet, nebo jsou připraveny na budoucí komunikaci mezi uživateli a sdílení elektřiny („komunitní energetiku“). Sestavy poskládané instalační firmou zase mají výhodu libovolného nastavení přesně na míru potřebám a možnostem zákazníka, je u nich jednodušší servis, snadněji se upravují nebo rozšiřují. Kladou ale vyšší nároky na instalační firmu a návrh systému.
V obou případech doporučujeme podívat se na parametry jednotlivých komponentů, ze kterých jsou elektrárna nebo box sestaveny. Je střídač asymetrický? Nemá velkou vlastní spotřebu? Jaké sestava/box obsahuje baterie?
Řídicí systém – řídicí systém je software, který určuje, jak bude vyrobená elektřina v domě využita. Sleduje výrobu a spotřebu elektřiny v domě. Určuje, jak se má elektrárna chovat za různých okolností – například když je nedostatek (nebo přebytek) elektřiny ze slunce, je-li nabitá (nebo vybitá) baterie a další. Řídicí systém zároveň hlídá bezpečný provoz baterií a optimalizuje výkon elektrárny vzhledem k osvitu. Pokročilé řídicí systémy počítají i s předpovědí počasí nebo jsou připraveny na budoucí spolupráci s ostatními elektrárnami v okolí (funkce tzv. virtuální nebo komunitní elektrárny).
Záloha při výpadku – bude fotovoltaika s baterií dodávat elektřinu při výpadku sítě – blackoutu? Ano, ale je nutné mít správný střídač, který tzv. ostrovní režim umožňuje. Instalační firmy je mají běžně v nabídce. Některé střídače ostrovní režim neumí a v případě výpadku sítě se celá elektrárna vypne. Pokud ale bydlíte v oblasti, kde výpadky nejsou časté, je takový střídač dostačující a zpravidla i levnější. Je-li funkce zálohy poskytována, je dobré zjistit, jaký výstupní výkon je elektrárna při výpadku schopna poskytnout, po jakou dobu, a zda je přepnutí „na ostrov“ skutečně bez (byť velmi krátkého) výpadku napětí.
Jednoduchá benzínová elektrocentrála, foto © TZB-info.cz
Záloha pro ostrovní provoz – nechcete-li nebo nemáte možnost využívat elektrickou přípojku a chcete-li svou spotřebu elektřiny pokrýt výhradně z vlastního zdroje, potřebujete vyřešit dodávku elektřiny v době, kdy nesvítí slunce. Na noc může stačit baterie, jsou-li ale krátké dny (tzn. dlouhé noci), vyšší spotřeba nebo nepříznivé počasí (v zimě často vše najednou), fotovoltaika s baterií obvykle nestačí. Pak je potřeba záložní zdroj, nejčastěji benzínová nebo naftová elektrocentrála. Je hlučná a neekologická, ale v porovnání s alternativami (větší baterie, palivový článek) je levná, snadno dostupná a dobře se doplňuje s bateriemi. Pomůže překlenout zimu, a při správně dimenzovaném systému a důsledném hlídání výroby a spotřeby ji po zbytek roku budete potřebovat jen občas nebo vůbec.
Montáž na střechu – fotovoltaiku lze nainstalovat téměř na každou střechu, včetně stodoly, kůlny, garáže a dalších. U pergol, přístřešků nebo garážových stání může být střecha přímo tvořena fotovoltaickými panely. Bezpečné a vodotěsné kotvení do většiny střešních krytin a fasád je dostupné, včetně řešení fotovoltaiky na zelené střeše. Stejně tak je k dispozici řada variant zátěžové konstrukce na ploché střechy od betonových dlaždic po nádoby plněné vodou. Koupit se dá i několik druhů solární střešní krytiny s integrovanými fotovoltaickými články – solární tašky nebo solární plechová střecha.
Montáž konstrukce pro instalaci fotovoltaiky na plochou střechu, foto © ČEZ, a.s.
Umístění elektrárny v domě – v domě je potřeba místo na střídač, rozvaděč a akumulaci (baterie, akumulační nádrže). Nejčastěji to bývá garáž nebo technická místnost.
Designový box domácího bateriového úložiště, foto © TZB-info.cz
Ač se dá celé zařízení instalovat do obytné části nebo do předsíně a někteří výrobci mají dokonce designové boxy, hlavně u baterií se toto řešení nedoporučuje. Hlavní důvod je požární bezpečnost – v případě požáru dokáží baterie hořet velmi prudce a při hoření nebo zkratu se z nich uvolňují nebezpečné plyny. Druhý důvod je hluk a teplo – většina střídačů píská, hučí a topí, tak je s tím potřeba počítat při volbě jejich umístění. Venkovní instalace může být vhodná pro střídače, ale bateriím nesvědčí velké výkyvy teplot – ať už horka nebo mrazy.
Vedení kabelů – ze střechy je potřeba někudy dovést kabely ke střídači. Prostup kabelu střechou je podobný, jako například u antény. Instalační firma si s vedením umí poradit, je-li však v domě připravená šachta, prostup („husí krk“) nebo třeba nevyužívaný komín, kudy lze svést kabely ze střechy, montáž to usnadní.
Budoucí rozšíření elektrárny – ceny fotovoltaiky i baterií klesají, přibývají elektromobily a tepelná čerpadla, je tedy možné, že v budoucnu budete chtít větší elektrárnu – více panelů (a kabelů), větší baterie, elektrocentrálu, výkonnější střídač. Je dobré tuto možnost promyslet už při současné instalaci a konzultovat s instalační firmou, zda je střídač na rozšíření připravený a zda je vhodné udělat někde při instalaci více místa.
Licence a povolení – domácí elektrárny do 10 kW určené pro vlastní spotřebu nepotřebují licenci na výrobu elektřiny. Dále k jejich provozu není potřeba živnost, tzn. majitel domu nemusí být podnikatelem, aby mohl takto malou fotovoltaiku provozovat. I u malých elektráren je však potřeba 1) smlouva o připojení s distributorem a 2) dohoda s obchodníkem s elektřinou o odpovědnosti za odchylku a o výkupu přebytků. Obojí obvykle pro zákazníka zajišťuje instalační firma.
Licence je vyžadována u všech elektráren s výkonem nad 10 kW a u elektráren určených k podnikání, tzn. k prodeji vyrobené elektřiny do sítě.
U ostrovní elektrárny, která není nijak propojena s distribuční soustavou, není žádné povolení vyžadováno. Pozor, jiná situace může být v památkově nebo přírodně chráněných lokalitách, kde může být potřeba povolení k instalaci panelů na střechu.
Montáž střídače fotovoltaické elektrárny, foto © ČEZ, a.s.
Připojení k síti – připojení elektrárny k distribuční soustavě vyžaduje výměnu stávajícího elektroměru za tzv. čtyřkvadrantní, který umožňuje měřit a účtovat obousměrný tok elektřiny. Výměnu elektroměru a připojení elektrárny provádí a platí místní distributor, proces zpravidla zajišťuje instalační firma. Ostrovní elektrárny se tento krok netýká, neboť není připojená k síti.
Doba realizace a instalace – v závislosti na distribučním území a instalační firmě trvá vyřízení potřebných povolení a dotace přibližně dva měsíce až půl roku. Doba instalace samotné elektrárny na střechu a do domu je pak velmi rychlá, obvykle jeden až dva dny. Složitější elektrárny mohou potřebovat ještě den, dva navíc na správné nastavení, aby si vše „sedlo“.
How much electricity does a PV panel produce? What is solar inverter good for? When your solar PV does not pay off? How long does the installation take? We will answer these and many other practical questions in this article.