Instalacja fotowoltaiczna

Dzięki własnej instalacji fotowoltaicznej można wytwarzać tanią energię elektryczną na własnym dachu. W tym artykule wyjaśniamy, jak zbudowana jest instalacja fotowoltaiczna, ile kosztuje kompletny system i jakie korzyści oferuje fotowoltaika.

Ile prądu wyprodukuje instalacja fotowoltaiczna?

Instalacja fotowoltaiczna w Polsce produkuje ok 1.000 kWh (kilowatogodziny) rocznie z 1 kWp (kilowat pik) mocy instalacji PV. W przeliczeniu, dziennie średnio wynosi to 2,7 kWh. Typowa instalacja fotowoltaiczna dla domu jednorodzinnego ma moc 5 do 10 kWp, czyli może wyprodukować ok. 5.000 kWh do 10.000 kWh rocznie.

Region kraju, w którym instalacja PV jest zamontowana ma wpływ na jej wydajność. Średnia wydajność w Polsce to 1.000 kWh / 1 kWp. Na północy Polski jest ona nieco niższa, na południu osiągane są wartości bliskie 1.100 kWh / 1 kWp.

Poniżej porównanie produkcji prądu z fotowoltaiki 10 kWp w różnych miastach w Polsce.

Powyższe wartości dotyczą optymalnych warunków, tzn. kierunek paneli południowy i kąt nachylenia ok 35⁰.

Więcej informacji znajdziesz artykułach:

kW, kWp i kWh w fotowoltaice – czym się różnią?

Jaka jest wydajność paneli fotowoltaicznych?

Ile prądu produkują panele fotowoltaiczne zimą

W jakim kierunku najlepiej zamontować panele fotowoltaiczne?

Kierunek montażu paneli fotowoltaicznych na dachu zależy w dużej mierze od położenia domu i kształtu dachu. Moduły fotowoltaiczne montowane na dachu skośnym – dominującym rodzaju dachu w Polsce – nie będą więc na ogół zamontowane w idealnym kierunku. Na płaskim dachu możliwości montażu są bardziej elastycznie, ale nawet w tym przypadku istnieją ograniczenia.

Dobra wiadomość jest taka, że większość dachów skośnych i płaskich dobrze nadaje się do instalacji fotowoltaicznych. Niewielkie, a nawet duże odchylenia od „najlepszej” orientacji ma jedynie niewielki wpływ na wydajność produkcji prądu. Ważniejsze jest, aby panele solarne pozostawały w znacznej mierze niezacienione.

Odchylenie do 30 stopni od idealnego (południowego) kierunku dla instalacji fotowoltaicznej nie ma większego znaczenia. Moduły PV skierowane na południowy zachód lub południowy wschód nadal osiągają około 90- 95% maksymalnej możliwej wydajności. Nawet przy orientacji instalacji fotowoltaicznej wschód-zachód, nadal możliwe jest uzyskanie 80% maksymalnej wydajności.

Orientacja południowa maksymalizuje produkcję energii elektrycznej w godzinach południowych, kiedy natężenie promieniowania słonecznego jest największe. Może to jednak prowadzić do dużych nadwyżek produkcji w tym czasie, podczas gdy mniej energii elektrycznej jest wytwarzane w godzinach porannych i wieczornych.

Orientacja wschód-zachód powoduje, że energia elektryczna jest wytwarzana bardziej równomiernie w ciągu dnia. Oznacza to, że znaczna ilość energii jest dostępna zarówno rano, jak i późnym popołudniem. Są to godziny, w których gospodarstwa domowe na ogół zużywają najwięcej prądu. Zmniejsza to pobór drogiego prądu z sieci, a zwiększa bieżące wykorzystanie prądu z fotowoltaiki (autokonsumpcję prądu z fotowoltaiki).

Jak duża powinna być instalacja fotowoltaiczna?

Dobór mocy instalacji fotowoltaicznej w systemie net-billing nie jest tak oczywisty jak to było w systemie net-metering. Generalna zasada jest taka, że im mniejsza instalacja PV, tym większy poziom autokonsumpcji i tym większa jej opłacalność. Wadą montażu niedowymiarowanej instalacji może być ograniczone zmniejszenie rachunków za prąd.

Przykładem może być tzw. fotowoltaika balkonowa. Dwa panele fotowoltaiczne wyprodukują rocznie np. 600 kWh. Jest to ilość prądu, która zostanie niemal w całości skonsumowana na bieżąco, dzięki czemu unikniemy poboru 600 kWh prądu. Jeżeli jedna kilowatogodzina kosztuje 1 zł / kWh, pozwoli to zaoszczędzić 600 zł rocznie.

Z drugiej strony, montaż instalacji przewymiarowanej spowoduje sprzedaż dużej części prądu (i zgromadzenie środków na depozycie prosumenckim). Przychody ze sprzedaży (plus autokonsumpcja) pozwolą na większą redukcję rachunków za prąd, jednak opłacalność inwestycji jest mniejsza. Wynika to z faktu, iż duża część prądu będzie sprzedawana po niskich cenach (ceny odkupu prądu z fotowoltaiki są kilkukrotnie niższe od cen poboru prądu z sieci).

Wracając do wcześniejszego przykładu, dodajmy do naszej balkonowej instalacji trzeci panel fotowoltaiczny, który wyprodukuje 300 kWh. Załóżmy teoretycznie, że pobór prądu w ciągu dnia w domu jest na tyle niewielki, że całość produkcji prądu z trzeciego modułu PV, zamiast skonsumowana w domu, zostanie wysłana do sieci i sprzedana. Cena 1 kWh sprzedanego prądu to ok. 0,25 zł / kWh, czyli otrzymamy 75 zł. Jest to cztery razy mniej niż, gdyby prąd wyprodukowany przez trzeci moduł został zużyty na bieżąco.

Korzyść z przewymiarowania instalacji w przykładzie, to obniżenie rachunków za prąd o dodatkowe 75 zł rocznie. Ale gdyby wykorzystać tą dodatkową energię elektryczną na bieżąco w domu, rachunek zmalałby o 300 zł, zamiast o 75 zł.

Jeżeli planujemy montaż magazynu energii, sytuacja jest nieco prostsza – fotowoltaika powinna wyprodukować w ciągu roku mniej więcej tyle, ile wynosi roczne zużycie prądu. Duża część nadwyżek produkcji z fotowoltaiki zostanie zgromadzona w ciągu dnia w magazynie energii i wykorzystana po południu i wieczorem.

Więcej informacji znajdziesz w artykułach:

Autokonsumpcja w fotowoltaice

Fotowoltaika na balkonie

Profil zużycia prądu w domu

Ważnym kryterium doboru wielkości instalacji fotowoltaicznej jest tzw. profil zużycia prądu w domu. Z grubsza chodzi o to, jak duże jest zużycie energii elektrycznej w ciągu dnia.

Przykład. Dwóch sąsiadów zużywa po 3.000 kWh rocznie. Jeden z nich pracuje w domu (informatyk) i zużywa sporo prądu w ciągu dnia. Drugi natomiast całe dnie spędza w delegacjach i wraca albo wieczorami, albo dopiero po kilkudniowych wyjazdach (handlowiec). Informatykowi wystarczy więc instalacja, która wyprodukuje mniej więcej tyle prądu ile wynosi jego zużycie. Rachunki za prąd zmaleją znacząco, gdyż będzie korzystał z energii z fotowoltaiki, zamiast kupować w elektrowni.

Handlowiec natomiast, aby znacząco obniżyć rachunki za prąd potrzebowałby mocno przewymiarowanej instalacji, która umożliwiłaby sprzedaż dużej ilości energii elektrycznej (w niskich cenach) na pokrycie rachunków.

Na podstawie powyższego przykłady widać, że nie tylko wysokość zużycia prądu ma znaczenie, ale również profil tego zużycia w domu.

Rozbudowa instalacji fotowoltaicznej

Jeżeli po kilku latach eksploatacji okaże się, iż w domu wzrosło zużycie prądu (np. pojawił się nowy członek rodziny, albo zakupiono np. zmywarkę do naczyń), można dokonać rozbudowy instalacji fotowoltaicznej.

Główne komponenty instalacji fotowoltaicznej

Instalacja fotowoltaiczna składa się z kilku komponentów. Zapewniają one nie tylko jej poprawne ale również bezpieczne działanie.

Instalacja PV składa się z modułów solarnych, konstrukcji wsporczej, falownika, kabli i zabezpieczeń elektrycznych. Moduły słoneczne przekształcają promieniowanie słoneczne w prąd stały. Falownik przekształca go w użyteczny prąd zmienny. Kable łączą ze sobą komponenty, podczas gdy konstrukcja montażowa mocuje moduły.

Panele fotowoltaiczne to najbardziej widoczny element instalacji fotowoltaicznej. Jednak cała instalacja składa się z trzech podstawowych części:

• paneli fotowoltaicznych,
• falownika solarnego,
• systemu mocowań modułów PV (najczęściej do dachu).

Panele fotowoltaiczne

Panele fotowoltaiczne przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną. Składają się one z ogniw fotowoltaicznych. Panele łączy się szeregowo lub równolegle w celu uzyskania pożądanego napięcia i mocy wyjściowej. Sprawność modułów fotowoltaicznych wynosi pomiędzy 21% a 25%.

Więcej informacji na ten temat znajdziesz w artykułach o panelach fotowoltaicznych oraz o ogniwach fotowoltaicznych.

Falownik (inwerter) solarny

Falownik przekształca prąd stały wytwarzany przez moduły słoneczne w prąd przemienny. Dzięki temu jest on użyteczny w gospodarstwie domowym i nadaje się do zasilania sieci publicznej. Dla wydajności systemu fotowoltaicznego ważne jest, aby falownik był odpowiednio dobrany do całkowitej mocy wyjściowej.

Nowoczesne falowniki posiadają tzw. trackery MPP. Maksymalizują one moc modułów słonecznych poprzez monitorowanie optymalnego napięcia i prądu roboczego. Posiadają również mechanizmy zabezpieczające. Zapobiegają one przeciążeniom, zwarciom i innym awariom systemu fotowoltaicznego. Generują one również ciepło i dlatego muszą być dobrze wentylowane.

Więcej na ten temat dowiesz się w artykule o falownikach fotowoltaicznych.

System montażowy

Panele fotowoltaiczne są mocowane do dachu za pomocą systemu montażowego. Montując panele fotowoltaiczne na dachu skośnym będą one nachylone pod takim samym kątem jak nasz dach. Natomiast jeżeli mamy dach płaski bądź zdecydujemy się na montaż paneli na gruncie, wówczas możemy dopasować kąt nachylenia do naszej lokalizacji.

Cena systemu montażowego do fotowoltaiki w całej instalacji fotowoltaicznej wynosi zwykle ok 10%. Będzie ona dodatkowo zależała od marki producenta systemu montażowego, od tego jaki rodzaj systemu został zastosowany (np. dachówka ceramiczna czy gont).

• montaż na dachu: moduły fotowoltaiczne są montowane na aluminiowych szynach, które są na ogół przytwierdzone do krokwi (w przypadku blachy trapezowej czy blachy na rąbek są mocowane do blachy).
• montaż na dachu płaskim: panele PV są pochylane pod odpowiednim kątem i obciążane, aby zapewnić stabilność przed wiatrem,
• montaż na gruncie – konstrukcja montażowa jest na ogół wkręcana, wbijana w grunt.

Licznik Smart Meter

Smart Meter to inteligentny licznik energii elektrycznej, który monitoruje zużycie energii elektrycznej w czasie rzeczywistym i przesyła te dane do systemu zarządzania energią. Konwencjonalne liczniki mierzą jedynie całkowite zużycie. Inteligentne liczniki, mogą dostarczyć szczegółowych informacji na temat bieżącego zużycia energii z fotowoltaiki i pomóc w efektywnym zarządzaniu zużyciem energii elektrycznej.

Liczniki Smart Meter mają kilka zalet w porównaniu z licznikami konwencjonalnymi:

• monitoring w czasie rzeczywistym: umożliwiają dokładne monitorowanie zużycia energii z fotowoltaiki w czasie rzeczywistym, co prowadzi do lepszej kontroli i optymalizacji zużycia energii elektrycznej,
• zwiększona wydajność: dzięki szczegółowej analizie zużycia prądu użytkownicy mogą zwiększyć ilość konsumpcji prądu z fotowoltaiki, a tym samym jeszcze bardziej zmniejszyć rachunki za prąd,
• umożliwiają sterowanie magazynem energii: bez licznika Smart Meter, system zarządzania energią nie będzie wiedział, kiedy ładować baterie.

System zarządzania energią

System zarządzania energią kontroluje i optymalizuje przepływ energii w systemie fotowoltaicznym. W ten sposób maksymalizuje wydajność systemu fotowoltaicznego i bieżącą konsumpcję prądu z fotowoltaiki. Obejmuje on sprzęt i oprogramowanie do monitorowania i kontrolowania przepływu energii i jest połączony w sieć z innymi inteligentnymi urządzeniami w gospodarstwie domowym.

Magazyn energii

Magazyn energii elektrycznej przechowuje nadwyżki energii z fotowoltaiki do późniejszego wykorzystania. Umożliwia zwiększenie autokonsumpcji prądu z fotowoltaiki a także może zasilać dom w przypadku awarii sieci. Większość magazynów energii jest podłączana do falownika hybrydowego, są jednak również takie, które mogą pracować samodzielnie – podłącza się je bezpośrednio do sieci elektrycznej..

Typowy magazyn energii jest wykonany z ogniw litowo-jonowych. Litowo-jonowy magazyn energii jest wyposażony w system sterowania baterią (BMS). System BMS monitoruje i kontroluje proces ładowania i rozładowywania, aby zmaksymalizować żywotność i wydajność baterii, a także dba o jej bezpieczną pracę.

Wallbox

Wallbox to stacja ładowania pojazdów elektrycznych. Umożliwia szybkie i bezpieczne ładowanie samochodów elektrycznych w domu. Są one wygodnym rozwiązaniem zwiększającym autokonsumpcję energii z fotowoltaiki.

Typowa stacja ładowania składa się z solidnej obudowy, kabla do ładowania i różnych komponentów elektronicznych do sterowania i monitorowania procesu ładowania. Niektóre modele mają również funkcje integracji z domowym systemem zarządzania energią i oferują inteligentne opcje ładowania.

Trwałość instalacji fotowoltaicznej

Jeśli chodzi o okres eksploatacji instalacji fotowoltaicznej, w obliczeniach rentowności często przyjmuje się okresy od 20 do 25 lat. Nie oznacza to jednak, że żywotność systemu jest faktycznie ograniczona do tego okresu i że nie może być dłużej eksploatowany. Instalacje fotowoltaiczne były montowane w dużych ilościach dopiero od 2000 r., głównie w Niemczech. Dlatego nie ma jeszcze wystarczającej liczby instalacji fotowoltaicznych działających dłużej niż 20 lat, aby potwierdzić dłuższą żywotność.

Z technicznego punktu widzenia nie ma powodu, dla którego instalacje PV nie miałyby działać dłużej. Niektórzy producenci paneli fotowoltaicznych udzielają nawet 40-letnich gwarancji na swoje produkty.

Panele fotowoltaiczne

Moduły fotowoltaiczne mogą generować energię elektryczną przez dziesięciolecia bez żadnych problemów. Jednak z upływem czasu wydajność modułów zmniejsza się. Z reguły roczny spadek wydajności (znany również jako degradacja) nie powinien przekraczać 1%.

Więcej informacji można znaleźć w materiale Żywotność paneli fotowoltaicznych.

Falownik

Falownik prawdopodobnie będzie musiał zostać wymieniony w pewnym momencie eksploatacji systemu fotowoltaicznego, ponieważ jest on narażony na duże obciążenia elektryczne. Sprawia to, że falownik jest bardziej podatny na usterki. Średnia żywotność falownika wynosi 15 lat. Jeśli jednak panele fotowoltaiczne są prawidłowo dobrane i używany jest wysokiej jakości falownik, jego żywotność znacznie wzrasta. Niektóre falowniki mogą działać 20 lat lub dłużej.

Więcej informacji można znaleźć w artykule o falownikach.

System montażowy

Fotowoltaiczne systemy montażowe są wykonane ze stali nierdzewnej lub aluminium. Są one bardzo wytrzymałe i zazwyczaj wystarczają na cały okres eksploatacji systemu fotowoltaicznego. Drobne uszkodzenia systemu montażowego można zidentyfikować podczas konserwacji i naprawić. Producenci systemów montażowych udzielają zwykle 10-letniej gwarancji na produkt.

Fotowoltaika 2024 – Zyski i koszty

Ile można zaoszczędzić dzięki fotowoltaice i jakie są koszty zakupu i eksploatacji?

Zyski dzięki fotowoltaice

Od 2022 r. obowiązuje system rozliczeń net billing, który zastąpił poprzedni system, zwany net-metering. W systemie net-billing energia elektryczna z fotowoltaiki jest odsprzedawana w cenach hurtowych. Ceny sprzedaży energii z fotowoltaiki w systemie net-billing zmieniają się co miesiąc, a wkrótce będą się zmieniać co godzinę.

Zobacz, co oznaczają ujemne ceny energii i kiedy występują.

Fotowoltaika będzie czasami produkowała więcej prądu niż można zużyć lub zmagazynować w domu, a nadwyżka prądu zostanie wyeksportowana do sieci i wykorzystana przez kogoś innego. Eksport energii z fotowoltaiki będzie generować sprzedaż. Pomoże to zwiększyć zyski z fotowoltaiki.

Kluczowe dla opłacalności fotowoltaiki jest jednak bezpośrednie zużycie prądu z fotowoltaiki, nazywane autokonsumpcją. Wyprodukowana energia elektryczna jest wówczas zużywana od razu w domu i nie jest sprzedawana do sieci.

Ile kosztuje instalacja fotowoltaiczna do domu jednorodzinnego?

Na przestrzeni ostatnich lat ceny instalacji fotowoltaicznych mocno się zmniejszyły, co przyczyniło się do ich popularyzacji.

Na ogół montowane są mikroinstalacje o mocach pomiędzy 5 kW a 10 kW. Ceny takich systemów kształtują się następująco:

Cena instalacji fotowoltaicznej zależy przede wszystkim od zastosowanych komponentów, skomplikowania dachu, rodzaju pokrycia dachowego, czy marży instalatora. W przypadku instalacji na gruncie, znaczenie ma m. in. odległość instalacji od miejsca przyłączenia.

Raczej nigdy nie otrzymasz oferty z taką samą ceną od dwóch różnych instalatorów, nawet jeżeli zastosowane komponenty będą identyczne. Dlatego warto porównać ze sobą kilka ofert, aby wybrać tę najkorzystniejszą dla siebie, nie tylko cenowo, ale również dopasowaną do własnych preferencji.

Więcej informacji na temat cen instalacji fotowoltaicznych znajdziesz w artykule Ile kosztuje fotowoltaika?.

Dotacje do montażu instalacji fotowoltaicznych

Programy dotacyjne do montażu instalacji fotowoltaicznych obejmują od najbardziej znanego programu Mój Prąd – obecnie edycja 6, przez program Czyste Powietrze, po lokalne nabory o uzyskanie bezzwrotnego dofinansowania lub grantu, po podatkową ulgę termomodernizacyjną, w ramach której można odliczyć wydatki na fotowoltaikę od podatku.

Dzięki temu można znacząco obniżyć koszt montażu fotowoltaiki, czasami nawet o ponad 80%. Sprawdź lokalne programy dotacyjne w Twojej okolicy – dofinansowania do OZE.

Opłacalność fotowoltaiki

Na wykresie poniżej przedstawiona jest szacunkowa opłacalność fotowoltaiki w 2024 r. w zależności od profilu zużycia energii elektrycznej. Profil zużycia to informacja o tym, jak dużo czasu mieszkańcy spędzają w domu w ciągu dnia, ponieważ wówczas wzrasta autokonsumpcja energii elektrycznej z fotowoltaiki.

Obliczenia wykonano dla instalacji 7 kW, zużycie prądu w domu 7.000 kWh.

Jak widać, im większa jest autokonsumpcja energii z fotowoltaiki, tym krótszy jest okres spłaty inwestycji w fotowoltaikę.

Autokonsumpcja – dlaczego opłaca się konsumować na bieżąco prąd z fotowoltaiki?

Autokonsumpcja oznacza bieżące wykorzystanie energii elektrycznej generowanej przez instalację fotowoltaiczną. Oznacza to, że energia elektryczna jest kierowana z paneli PV na dachu bezpośrednio do odbiorników w domu. Przykładowo, pralka może być w całości zasilana energią z fotowoltaiki. Można również zamontować magazyn energii. Magazynuje on wówczas nadwyżki wyprodukowanej energii elektrycznej.

Gwarancja na instalację fotowoltaiczną

Firmy instalatorskie zwykle udzielają gwarancji na min 3 lata, co oznacza, że instalator jest odpowiedzialny za wady materiałowe w tym okresie. Dlatego najlepiej jest sprawdzić przed upływem tego okresu, czy system jest w pełni wydajny, czy został zainstalowany bez wad i czy przynosi obiecane zyski.

Ponadto producenci oferują gwarancje na panele słoneczne i inne komponenty na okres od 10 do ponad 20 lat. Aby takie gwarancje miały wartość, firma musi być dostępna w Polsce. Jeśli w pewnym momencie firma przestanie istnieć lub realizacja gwarancji będzie mogła być wykonana za granicą, korzyści mogą być niewielkie. Jak zawsze, umowy gwarancyjne i ubezpieczeniowe dotyczące fotowoltaiki zależą od określonych warunków. Dlatego też należy uważnie przeczytać warunki gwarancji napisane drobnym drukiem. Upewnij się, że otrzymałeś je od firmy instalacyjnej wraz z wyceną i przechowuj te dokumenty po zainstalowaniu systemu.

Dodatkowe informacje znajdziesz w artykule o gwarancjach na panele fotowoltaiczne.

Ubezpieczenie instalacji fotowoltaicznej

W większości przypadków systemy fotowoltaiczne są montowane na dachach budynków mieszkalnych. Oznacza to, że w szczególności moduły fotowoltaiczne są narażone na działanie czynników atmosferycznych. Część systemu fotowoltaicznego zainstalowana na dachu domu może zatem ulec uszkodzeniu w wyniku zdarzeń takich jak grad, śnieg, siarczysty mróz, burza lub intensywne upały.

Uderzenia piorunów również stanowią istotne zagrożenie. W niektórych przypadkach pośrednie lub bezpośrednie uderzenia pioruna mogą prowadzić do uszkodzeń spowodowanych przepięciami, a nawet do kompletnego uszkodzenia instalacji fotowoltaicznej.

Oprócz tych zdarzeń związanych z pogodą, instalacje solarne mogą zostać uszkodzone przez zwierzęta, np. ptaki, kuny lub wiewiórki. Szczególnie kuny szukają schronienia pod modułami solarnymi. Jeśli kable zostaną uszkodzone lub nadgryzione przez zwierzęta, może to spowodować utratę wydajności lub doprowadzić do zwarcia. Z tego powodu warto wykupić ubezpieczenie instalacji PV.

W najlepszym przypadku ubezpieczenie PV może również obejmować błędy operacyjne i ewentualną kradzież. Takie przypadki zdarzają się bardzo rzadko, ale w miarę możliwości powinny zostać uwzględnione w ubezpieczeniu.

Wszystkie te potencjalne źródła zagrożeń dla systemu fotowoltaicznego można łatwo objąć ubezpieczeniem od ryzyka. Działa ono na podobnej zasadzie jak ubezpieczenie domu i generalnie ubezpiecza wszystkie komponenty systemu fotowoltaicznego na wypadek sytuacji awaryjnej.

Więcej informacji znajdziesz w artykule o ubezpieczeniu instalacji PV.

Eksploatacja instalacji fotowoltaicznej

Po uruchomieniu instalacji PV należy regularnie sprawdzać jej działanie i wydajność. Większość falowników rejestruje dane dotyczące produkcji energii i można je odnaleźć na stronie internetowej lub w aplikacji na smartfony. Porównanie z innymi instalacjami w regionie lub z danymi dotyczącymi nasłonecznienia pokaże, jak wydajna jest produkcja energii z fotowoltaiki. Specjalista powinien sprawdzać bezpieczeństwo i działanie systemu przynajmniej co 5 lat.

Autor: Ryszard Jesionowski