Fotowoltaika na balkonie

Posiadasz balkon, taras, lub ogródek? Możesz wówczas produkować własną energię elektryczną i obniżyć rachunki za prąd. Energia elektryczna z fotowoltaiki balkonowej płynie do gniazdka na balkonie, a stamtąd do telewizora, lodówki i pralki, które są podłączone do innych gniazdek w mieszkaniu. Licznik energii elektrycznej „kręci się” wolniej i kupujesz mniej drogiego prądu od dostawcy prądu. Jeśli energia elektryczna z fotowoltaiki balkonowej nie wystarcza do zasilania odbiorników w domu, popłynie do nich prąd z sieci.

Zobacz, jak działa fotowoltaika balkonowa, czy się opłaca i na co zwrócić uwagę wybierając zestaw.

Co to jest fotowoltaika na balkonie i jak działa?

Balkonowa instalacja fotowoltaiczna składa się z:

• paneli fotowoltaicznych, które służą do produkcji prądu stałego, występują w kilku wersjach:
  – panele fotowoltaiczne jednostronne szkło / folia, szkło / szkło,
  – moduły PV dwustronne (bifacjalne) – produkują prąd zarówno przednią, jak i tylną stroną,
  – elastyczne panele PV.
  Więcej o modułach PV, w tym, aktualne ceny paneli fotowoltaicznych znajdziesz w linku.
• mikrofalownika, który przekształca prąd stały w prąd zmienny (stosowany w domu), oraz steruje modułami fotowoltaicznymi,
  – jeden mikrofalownik do jednego modułu PV,
  – jeden mikrofalownik do kilku modułów, osobne przyłącza do każdego modułu PV.
  Więcej o mikroinwerterach, w tym aktualne ceny mikrofalowników znajdziesz w linku.
• systemu montażowego, który umożliwia zamocowanie modułów PV na balustradzie,
  – montaż pionowy panelu / montaż modułu pod kątem,
  – możliwość zastosowania w różnych strefach wiatrowych związana z dopuszczalnym obciążeniem od wiatru,
  – odporność na korozję
• elementów elektrycznych, które umożliwiają podłączenie balkonowej fotowoltaiki do instalacji elektrycznej w domu; chodzi tutaj głównie o kable i wtyczkę do gniazda elektrycznego,
  – odporność na promieniowanie UV,
  – stopień ochrony przed wilgocią, np. IP 44

Jeżeli jesteś mieszkańcem bloku, kamienicy czy domu jednorodzinnego i posiadasz balkon, możesz na balkonie zamontować niewielką instalację fotowoltaiczną. Instalacja fotowoltaiczna podłączana do gniazdka może być również zamontowana na elewacji budynku czy w ogrodzie, jeżeli tylko jest odpowiednie miejsce. Będzie ona znacznie mniejsza od typowych instalacji montowanych na dachach domów jednorodzinnych, jednak pomimo tego umożliwia obniżenie rachunków za prąd.

Moduł fotowoltaiczny produkuje energię elektryczną, którą mikrofalownik przekształca w prąd zasilający odbiorniki w domu czy w biurze. W najprostszej wersji wystarczy wpiąć się do zwykłego gniazdka jednofazowego.

Prąd z instalacji balkonowej płynie do gniazdka a stamtąd do lodówki, pralki czy telewizora, które są podłączone do wtyczek innych odbiorników w mieszkaniu. Dzięki temu licznik prądu nalicza mniejsze opłaty, gdyż mniej prądu jest pobierane z elektrowni. Gdy prądu z balkonu jest zbyt mało aby zasilić urządzenia w domu, wówczas pobierany jest prąd z sieci publicznej.

Nie ma znaczenia, do którego gniazdka (fazy prądu) podłączony jest wtyczka mikroinwertera. Po zgłoszeniu instalacji balkonowej do dostawcy prądu i wymianie licznika na dwukierunkowy, odbywa się sumowanie energii elektrycznej ze wszystkich faz. Jeśli instalacja balkonowa jest podłączona jest do fazy 1, a odbiornik w domu (np. lodówka) zużywa prąd z fazy 2, pobór prądu z sieci na fazie 2 zostanie pomniejszony o eksport prądu z fotowoltaiki do sieci na fazie 1.

Co to są fazy? W uproszczeniu, kabel z elektrowni, który jest doprowadzony do domu, składa się z trzech drutów. Każdy drut to jedna faza, dlatego łącznie mamy trzy fazy.

Fotowoltaika na balkonie nie produkuje prądu jeśli nie jest podłączona do gniazdka. Panele fotowoltaiczne montowane na kamperach są wyposażone w innego rodzaju falowniki i najczęściej współpracują z baterią.

Fotowoltaika na balkonie najczęściej składa się z 2 – 4 modułów fotowoltaicznych, systemu montażowego do ich zamocowania oraz z mikroinwertera (mikrofalownika), czasami dodatkowo również z magazynu energii.

Mikroinwerter to mniejsza wersja inwertera, czyli urządzenia zamieniającego prąd stały z paneli fotowoltaicznych, na prąd zmienny w gniazdku. W fotowoltaice balkonowej stosuje się prawie wyłącznie mikrofalowniki, zamiast falowników.

Różnica pomiędzy fotowoltaiką na balkonie a instalacją fotowoltaiczną

Fotowoltaika na balkonie to mniejsza wersja typowej instalacji fotowoltaicznej, na ogół o mocy kilkuset watów (dwa panele fotowoltaiczne). W Polsce obecnie należy zgłaszać do operatora sieci każdą instalację PV niezależnie od mocy.

Zgłoszenie fotowoltaiki balkonowej spowoduje wymianę licznika energii na tzw. licznik dwukierunkowy, który zlicza zarówno prąd pobrany w mieszkaniu jak i wyeksportowany z instalacji PV do sieci. Jest to korzystne dla użytkownika, gdyż na ogół zdarza się, że fotowoltaika na balkonach produkuje więcej prądu niż można w domu wykorzystać a dzięki licznikowi dwukierunkowemu otrzymamy za tę nadwyżkę środki, które pomniejszą rachunki za prąd.

Czy panele fotowoltaiczne mogą być zamontowane na moim balkonie?

Generalnie fotowoltaika może zostać zamontowana w mieszkaniu:

• z balkonem,
• z tarasem,
• nad oknem,
• na dachu garażu,
• innej odpowiednio nasłonecznionej powierzchni.

Fotowoltaika balkonowa jest tańsza od typowej instalacji fotowoltaicznej dlatego jest dostępna również dla osób o niższych dochodach.

Czy fotowoltaika na balkonie jest bezpieczna?

W wielu krajach coraz bardziej upowszechnia się fotowoltaika podłączana do gniazdka elektrycznego, tzw. PV plug and play. W Niemczech, gdzie taką fotowoltaikę podłączaną do gniazdka montuje się najczęściej samodzielnie, pracuje ponad 1 milion takich instalacji.

Ile miejsca zajmuje fotowoltaika na balkonie do gniazdka?

Na ogół instalacja balkonowa składa się z kilku modułów PV. Jeden moduł w zależności od producenta ma wymiary ok. 1 m x 1,8 m i moc 400W – 450W.

Alternatywnie można zastosować również mniejsze i lżejsze moduły fotowoltaiczne, które łatwiej zamontować na balustradzie balkonu. Mają moc 100W – 160W.

Aby uzyskać jak największe zużycie własne (autokonsumpcję) wytworzonego prądu korzystniej jest zamontować zestaw o mniejszej mocy np. jeden moduł PV o mocy 400W – 450W. Dzięki temu niemal cała produkcja prądu z fotowoltaiki zostanie wykorzystana w mieszkaniu i nie będzie wysyłana do sieci. W ten sposób uzyskuje się największe oszczędności na rachunkach za prąd.

Ile prądu wyprodukuje fotowoltaika do gniazdka

Produkcja prądu z fotowoltaiki na balkonie zależy przede wszystkim od dwóch czynników:

• nasłonecznienia, czyli ilości promieniowania słonecznego w ciągu roku, oraz
• kierunku i kąta nachylenia paneli solarnych.

Nasłonecznienie w Polsce, dla optymalnego kąta nachylenia modułów fotowoltaicznego można odczytać na mapie:

Na mapie, oprócz nasłonecznienia zobaczymy również ilość prądu, jaką można uzyskać z 1 kWp paneli fotowoltaicznych w ciągu roku. Wartość ta wynosi od ok. 820 kWh do ponad 975 kWh dla systemu fotowoltaicznego o sprawności 0,75. W praktyce jednak, wartości te są nieco większe i potrafią przekraczać 1.100 kWh, ponieważ systemy fotowoltaiczne osiągają wyższe sprawności niż 0,75.

Kierunek i kąt nachylenia paneli fotowoltaicznych

W poniższej tabeli można zobaczyć, że największa produkcja prądu z fotwoltaiki występuje przy ustawieniu modułów solarnych w kierunku południowym i kącie nachylenia 30-40°. Dla montażu pionowego paneli (kąt nachylenia 90°) na balkonie i kierunku południowym, można wyprodukować niemal 70 procent prądu, w porównaniu do kąta nachylenia 30°. Jeśli moduły będą bardziej odchylone od południowa, powyżej 45° od południa, wówczas im bardziej płasko leży moduł, tym większa produkcja prądu. Przy małym kącie nachylenia, fotowoltaika balkonowa produkuje nieco wcześniej rano i nieco później wieczorem.

Rozkład produkcji prądu w poszczególnych miesiącach, dla instalacji balkonowej 800 Wp, panele zamontowane pionowo w kierunku wschodnim, południowym, oraz południowo-zachodnim pokazano na obrazku poniżej:

Czy fotowoltaika na balkonie się opłaca?

Policzymy opłacalność dla fotowoltaiki na balkonie, panele PV 800Wp zamontowane pionowo w kierunku południowym, mikroinwerter 600 W. Cena zestawu, wraz z systemem montażowym wynosi ok. 2.500 zł.

Dane do kalkulacji możemy zaczerpnąć z pokazanej wcześniej mapy nasłonecznienia z uwzględnieniem kierunku i kąta nachylenia paneli solarnych, lub dla większej precyzji, możemy skorzystać z ogólnodostępnej bazy danych.

W bazie danych PVGIS sprawdzamy, ile wyprodukuje instalacja o mocy 800 Wp, np. w Gdańsku:

Instalacja balkonowa 800Wp w Gdańsku, zamontowana w pionie wyprodukuje ok. 617 kilowatogodzin rocznie (kWh), zakładając brak zacienienia.

Opłacalność fotowoltaiki jest mocno uzależniona od tzw. autokonsumpcji energii z fotowoltaiki, czyli ile prądu z fotowoltaiki zużyjemy na bieżąco, zamiast sprzedać do sieci.

Przyjmując, że autokonsumpcja wynosi 70% (wysokość autokonsumpcji prądu z fotowoltaiki zależy m. in. od zużycia prądu w domu – cena prądu w Enerdze w taryfie G11 wynosi 1,09 zł / kWh), a pozostałe 30% prądu sprzedajemy do sieci (załóżmy średnią cenę sprzedaży prądu z PV w wysokości 0,25 zł / kWh), uproszczona kalkulacja opłacalności fotowoltaiki balkonowej wygląda następująco:

Oszczędności z autokonsumpcji: 617 kWh x 0,7 x 1,09 zł / kWh = 468 zł / rok

Oszczędności ze sprzedaży prądu do sieci: 617 kWh x 0,3 x 0,25 zł / kWh = 45 zł / rok

Łączne oszczędności na rachunkach za prąd wynoszą 513 zł rocznie.

Okres spłaty takiej instalacji PV na balkonie wynosi: 2.500 zł / 513 zł = 4,9 roku.

Czy to jest długi, czy krótki czas, każdy musi ocenić samodzielnie. Do kalkulacji założyłem, że cena prądu w przyszłości nie będzie się zmieniać, co nie jest takie pewne.

Ceny sprzedaży prądu z fotowoltaiki do sieci, można znaleźć w linku.

Nachylone panele fotowoltaiczne

A co, jeśli panele fotowoltaiczne odchylimy nieco od pionu, o powiedzmy 20 stopni? Policzymy opłacalność dla tej samej fotowoltaiki na balkonie do gniazdka, co powyżej, zmieniony zostanie jedynie kąt nachylenia paneli PV.

Przy takiej konfiguracji, moduły solarne wyprodukują 767 kWh rocznie, czyli sporo więcej niż moduły zamontowane pionowo. Dla takich samych założeń jak wcześniej, roczne oszczędności wzrosną do 643 zł, a okres spłaty ulegnie skróceniu do 3,9 roku.

Zużycie prądu w domu

Nasz dom domowe zazwyczaj charakteryzuje się pewnym stałym zużyciem energii elektrycznej: router, lodówka, zamrażarka, ale także inne urządzenia w trybie czuwania. Podczas gdy lodówka (i na ogół router) na ogół cały czas są włączone, pozostałe urządzenia zużywają prąd, nawet gdy są „wyłączone”, tzn. w trybie czuwania.

Ogólnie rzecz biorąc, warto przeprowadzić kontrolę zużycia energii w domu i zmierzyć pobór energii przez urządzenia elektryczne. Można do tego celu wykorzystać omawiane wcześniej gniazdka / wtyczki z funkcją pomiaru energii. W ten sposób można znaleźć urządzenia, które zużywają dużo energii, i możemy ograniczyć niepotrzebne zużycie energii i zaoszczędzić pieniądze.

Dlatego przed przystąpieniem do montażu fotowoltaiki do gniazdka zaleca się najpierw zmierzyć zużycie energii w domu i często, przy okazji je zmniejszyć bez utraty komfortu i bez większej zmiany przyzwyczajeń.

System montażowy do fotowoltaiki do gniazdka

Moduły solarna trochę ważą, dlatego uchwyty montażowe muszą być wytrzymałe. Muszą one utrzymać ciężar Paneli fotowoltaicznych nie tylko w bezwietrzne letnie dni, ale także podczas burzowej jesieni lub śnieżnej zimy, kiedy dochodzi do tego jeszcze ciężar śniegu.

• Uchwyty montażowe powinny być dopasowane do rozmiaru i ciężaru używanego modułu. Muszą one bezpiecznie utrzymywać ciężar modułu solarnego i pozostawać stabilne nawet przy silnym wietrze lub burzy,
• Materiał systemu montażowego powinien zapobiegać powstawaniu rdzy,
• Regulowany kąt nachylenia (na przykład od 20 do 40 stopni) może zwiększyć produkcję energii,
• Konstrukcja powinna umożliwić łatwy montaż nawet osobom nieposiadającym doświadczenia. Do zestawu powinna być dołączona szczegółowa instrukcja montażu,
• System montażowy powinien wyglądać estetycznie, aby nie zmieniać zbytnio wyglądu balkonu.

Kabel do fotowoltaiki balkonowej

W fotowoltaice na balkonie występują dwa rodzaje kabli: pomiędzy panelami fotowoltaicznymi a mikrofalownikiem, oraz pomiędzy mikrofalownikiem a gniazdkiem elektrycznym:

Kable solarne pomiędzy modułami PV a mikroinwerterem

Panele fotowoltaiczne są wyposażone w kable o określonej długości. Czasami, gdy mikrofalownik jest oddalony od modułów PV, potrzebne są przedłużacze kabli DC. Należy stosować dedykowane do tego celu kable DC (do prądu stałego).

Kabel pomiędzy mikroinwerterem a gniazdkiem na balkonie

Mikrofalownik powinien być wpięty w gniazdko z uziemieniem, przy czym wytworzona energia elektryczna jest bezpośrednio wprowadzana do sieci.

Często spotykanym rozwiązaniem jest tzw. wtyczka Schuko, przeznaczona do gniazd Schuko. Gniazdo Schuko to rodzaj gniazdka elektrycznego, które zamiast tradycyjnego bolca uziemiającego ma dwie sprężynujące blaszki umieszczone po bokach gniazda, co zapewnia kontakt z przewodem ochronnym. Należy zwrócić uwagę, czy kabel do mikroinwertera posiada wtyczkę Schuko, czy zwykłą.

Monitoring zużycia i produkcji prądu

Warto mierzyć ilość prądu wyprodukowanego przez fotowoltaikę balkonową, a także, jak duża część tego prądu jest zużywana na bieżąco, a ile sprzedajemy do sieci.

Możliwości pomiaru są trzy, od montażu dodatkowego licznika w skrzynce elektrycznej (najdroższe rozwiązanie), poprzez zakup gniazdek / wtyczek z licznikami, po wersję gratisową, czyli wykorzystanie istniejącego licznika energii.

Pomiar ilości prądu pobranego i sprzedanego za pomocą dodatkowego licznika

Jest to najdroższy sposób, gdyż wymaga zakupu dodatkowego licznika i jego montażu. Sam licznik kosztuje kilkaset złotych, plus koszt montażu. Licznik dokonuje pomiaru na każdej fazie (w wersji 3-fazowej) i jeżeli współpracuje z mikrofalownikiem, dostarcza zarówno informacje o zużyciu prądu z fotowoltaiki na bieżąco, jak i o eksporcie nadwyżki energii z PV do sieci.

Można do tego celu wykorzystać np. licznik energii Shelly 3EM, który jest wyposażony w tzw. przekładniki prądowe, dzięki czemu kabel główny nie musi być rozłączany.

Licznik przesyła dane do internetu za pomocą WLAN. Pomiar dokonywany jest co sekundę.

Gniazdko / wtyczka z funkcją pomiaru energii

Alternatywnie, można wykorzystać gniazdko / wtyczkę z funkcją pomiaru energii. Kosztuje od kilkudziesięciu złotych w najprostszej wersji, do stu kilkudziesięciu złotych, z możliwością odczytu poprzez aplikację.

Licznik gniazdko / wtyczka z Wi-Fi wpina się w gniazdko na balkonie, a wtyczka z kabla mikrofalownika jest wpinana w gniazdko licznika. Taki licznik można również wykorzystać do pomiaru ilości energii zużywanej w domu, montując go w innych gniazdkach, np. do zasilania lodówki.

Istniejący licznik energii w skrzynce elektrycznej

Najtańszą metodą pomiaru ilości energii jest wykorzystanie istniejącego licznika energii w skrzynce elektrycznej. Dostawcy prądu, tacy jak np. Energa, za pomocą aplikacji umożliwiają dostęp do informacji o poborze prądu i eksporcie energii z fotowoltaiki.

Potrzebny jest licznik dwukierunkowy (montowany przez dostawcę prądu po zgłoszeniu fotowoltaiki balkonowej), który umożliwia odczyt pobranego i oddanego prądu. Jest to najtańsze rozwiązanie, bo nic nie trzeba płacić, jednak nie będziemy mieć informacji o ilości wyprodukowanego na balkonie prądu, ani o poziomie autokonsumpcji, jedynie będziemy wiedzieć, ile prądu sprzedaliśmy do sieci.

Moc paneli fotowoltaicznych a moc mikrofalownika

Moc paneli fotowoltaicznych powinna być większa od mocy mikrofalownika przynajmniej o 20%, a im bardziej panele fotowoltaiczne są odchylone od południa, tym przewymiarowanie może być większe. Dzięki temu mikrofalownik będzie wydajniej pracował, gdyż panele solarne rzadko pracują ze swoją mocą nominalną, a jeśli są zamontowane pionowo, nigdy nie osiągają swojej mocy nominalnej. Nawet jeśli zamontujesz je w kierunku południowym.

Poniżej porównanie ilości produkcji prądu z paneli zamontowanych pionowo na balkonie w kierunku południowym, bez zacienienia:

Jak widać, nawet jeśli zwiększymy moc paneli solarnych ponad dwukrotnie w stosunku do mikrofalownika, produkcja prądu również wzrośnie niemal dwukrotnie.

Warto zatem wybrać mikroinwerter o mniejszej mocy niż panele, gdyż dzięki temu koszt instalacji będzie niższy, a jednocześnie zimą produkcja prądu będzie nieco większa, gdyż mikrofalownik będzie wówczas pracował z większą sprawnością.

Montaż paneli fotowoltaicznych na balkonie – przepisy

Przed montażem paneli fotowoltaicznych na balkonie należy uzyskać zgodę spółdzielni lub wspólnoty mieszkaniowej. Wynika to z odpowiedzialności zarządcy obiektem za stan techniczny balkonu i wynikające z niego bezpieczeństwo jego użytkowania. Balkon w bloku mieszkalnym dzieli się na ogół na część należącą do właściciela lokalu (np. posadzka, wewnętrzne ściany) oraz część wspólną należącą do wspólnoty mieszkaniowej czy spółdzielni (np. konstrukcja, elewacja, balustrady). Dodatkowo, zarządzający budynkiem mógł określić wymagania dotyczące estetyki budynku definiując np. kolorystykę modułów lub sposób ich ułożenia.

Wszystkie mikroinstalacje powinny spełniać wymagania Rozporządzenia Ministra Klimatu i Środowiska z dnia 30 listopada 2021 r. w sprawie wymagań technicznych, warunków przyłączania oraz współpracy mikroinstalacji z systemem elektroenergetycznym (Dz. U. 2021 poz. 2343) oraz Instrukcji Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej.

W związku z tym, iż ustawa o Odnawialnych Źródłach Energii nie wprowadziła minimalnego rozmiaru instalacji fotowoltaicznej, fotowoltaika do gniazdka powinna być zgłoszone do właściwego Operatora Systemu Dystrybucyjnego (OSD) na odpowiednim formularzu danego OSD. OSD to Enea, Energa, itd.

Przyłączenie fotowoltaiki balkonowej powinno być zrealizowane przez osobę, która posiada stosowne uprawnienia i kwalifikację. Instalator musi podpisać oświadczenie instalatora dotyczące danej mikroinstalacji, które jest częścią zgłoszenia przyłączenia mikroinstalacji. Oznacza to, iż pod zgłoszeniem powinien podpisać się elektryk z uprawnieniami.

Po zgłoszeniu mikroinstalacji do OSD, odbędzie się wymiana (lub przeprogramowanie istniejącego) licznika energii. Wymiana licznika odbywa się na koszt zakładu energetycznego.

Jeżeli nie odbędzie się wymiana licznika, za nadwyżkowy prąd z fotowoltaiki, który jest eksportowany do sieci nie będziemy otrzymywać wynagrodzenia. Co więcej, nadwyżkowy prąd zostanie potraktowany przez licznik jako pobór, za który trzeba zapłacić.

Autor: Ryszard Jesionowski / Akademia Fotowoltaiki