Fotovoltaika vyrábí 1 000 hodin? Co to znamená?
Fotovoltaická elektrárna na pražském Kongresovém centru. Foto © ČEZ, a.s.
„Fotovoltaika vyrábí 1 000 hodin ročně,“ je věta, kterou můžete běžně zaslechnout v diskuzích o energetice. Vzhledem k tomu, že rok má 8 760 hodin, působí fotovoltaika se svými 1 000 hodinami naprosto nepoužitelně. Ale copak je většinu roku noc?
Fotovoltaika začíná vyrábět hned po východu slunce a vyrábí i pod mrakem. A denní světlo máme polovinu roku. Kde se tedy vzala tato hodnota?
1 000 hodin totiž není skutečná doba výroby, ale přepočet na dobu, kdy by fotovoltaika běžela na nominální (instalovaný) výkon. To znamená:
- vezmeme množství elektřiny, které fotovoltaika reálně vyrobí za rok (např. 5 000 kWh)
- toto číslo podělíme instalovaným výkonem (např. 5 kWp)
- získaná hodnota odpovídá počtu hodin, které by fotovoltaika potřebovala na výrobu celkového množství elektřiny (1. řádek), kdyby běžela na plný výkon (2. řádek). V ČR je to nejčastěji okolo 1 000.
- když toto číslo převedeme na procenta, získáme tzv. zátěžový (load) faktor. Tisíci hodinám odpovídá zátěžový faktor přibližně 11 %.
1 000 hodin je tedy teoretické číslo, které říká, kolik hodin by fotovoltaika musela jet na plný výkon, aby vyrobila množství elektřiny, které vyrobí za rok. Ve skutečnosti samozřejmě fotovoltaika vyrábí výrazně delší dobu. Ale na nižší než maximální výkon.
Kolik je v ČR hodin slunečního svitu?
Astronomicky možný sluneční svit je omezen jen východem a západem slunce a jeho doba tak vychází na polovinu celého roku, okolo 4 400 hodin. V praxi ale tato hodnota naráží na mnoho limitů, ať už vyplývajících z počasí nebo z okolního stínění.
Meteorologové proto sledují „měřený sluneční svit“, který začíná při hodnotě kolmého osvitu 120 W/m2. To není nijak vysoká hodnota, maximální osvit se v ČR pohybuje okolo 1 000 W/m2. Přesto hodin měřeného slunečního svitu je v ČR výrazně méně, než hodin „astronomicky možných“. Podle lokality se hodnoty měřeného slunečního svitu v ČR pohybují od 1 300 do 2 000 hodin za rok.
Co si tedy představit pod číslem 1000 hodin nebo 11 %?
Znamená to, že:
- vzhledem ke svému instalovanému výkonu fotovoltaika vyrobí za rok málo elektřiny. Domácnostem to stačí, ale už firmám nebo náročnějším budovám střešní fotovoltaika často pokryje jen zlomek spotřeby. Příkladem může být pražské Kongresové centrum na úvodní fotografii článku. To má na střeše fotovoltaiku s výkonem téměř 1 MW, tedy opravdu velkou elektrárnu (na rodinné domky se obvykle montuje 10 kW, tedy 100× méně). Navzdory tomu tato fotovoltaika pokryje pouhou desetinu spotřeby obří budovy.
- když chceme z fotovoltaiky vyrobit více elektřiny, třeba na úrovni celostátní energetiky, musíme instalovat výrazně vyšší výkon. Zatím máme v ČR ve fotovoltaice instalováno 4,5 GW, tedy „něco přes dva temelíny“, ale roční výroba fotovoltaiky pokrývá jen 8 % tuzemské spotřeby elektřiny, tedy přibližně třikrát menší podíl, než „jeden temelín“. Tím se dostáváme k dalšímu bodu.
- 11 % je nejnižší hodnota ze všech zdrojů elektřiny. Už vítr má v ČR zátěžový faktor 25 %, na moři dokonce 50 %. Uhelné zdroje mají běžně 70 %, jádro 85 %. Jinak řečeno, z instalovaného MW libovolného jiného zdroje dostaneme mnohem víc elektřiny.
Fotovoltaika tuto nevýhodu kompenzuje svou jednoduchostí a škálovatelností. Dá se používat téměř všude, od kalkulačky přes rodinný dům nebo loď až po vesmírnou družici. Instaluje se rychle a v libovolném měřítku – od jednotek wattů až po megawatty. A kde se postaví, tam za vhodného počasí vyrábí elektřinu a nic dalšího k tomu nepotřebuje.
Nic to ale nemění na tom, že výroba fotovoltaiky je během roku k dispozici v nejmenší míře ze všech zdrojů.
Jak zvýšit výrobu fotovotaiky?
Zátěžový faktor můžeme významně zlepšit, když fotovoltaiku postavíme do slunných oblastí. V Itálii, Španělsku nebo třeba Kalifornii a Arizoně se dostaneme na 20 %, a v nejlepších oblastech, zejména v Indii, až na 28 %.
Takto vysoké hodnoty znamenají, že stejná fotovoltaika (stejný výkon i technologie) vyrobí ve slunných oblastech 2× až 3× více elektřiny než fotovoltaika v ČR. Takové řešení je nám ale v tuzemsku málo platné.
Další možností je technologické vylepšení. Moderní technologie fotovoltaických modulů (panelů) TOPCon nebo ABC jsou odolnější vůči zastínění a lépe vyrábějí i při horších světelných podmínkách. I nejmodernější panely ale zvýší výrobu jen o jednotky procent. I když z pohledu financí je to znatelné zlepšení, z pohledu zátěžového faktoru je zvýšení marginální a dostaneme se na 12 %.
Výrazně lepší možnost výkonového „tuningu“ fotovoltaické elektrárny nabízí tracker. Ten aktivně natáčí fotovoltaický panel za sluncem, čímž se dá výroba zvýšit přibližně o třetinu a zátěžový faktor až na 14 %. Na druhou stranu stále nejde o nějak zásadní zlepšení proti ostatním zdrojům. A navíc v době, kdy jsou fotovoltaické panely levné, toto řešení málokdy dává ekonomický smysl.
Výhodnější proto může být opačný přístup – nesnažit se z panelů „vyždímat“ co nejvyšší roční výkon, ale raději optimalizovat návratnost. Lépe než solární tracker dnes vychází instalace více panelů orientovaných různými směry. Panely na východ a západ sice vyrobí méně elektřiny než ty natočené na jih, ale zato v době, kdy je vyšší spotřeba a tedy i cena elektřiny.