Własna elektrownia solarna - czy to się opłaca?

Do przetworzenia energii słonecznej na energie elektryczną służą między innymi ogniwa fotowoltaiczne (zwane także ogniwami słonecznymi). Jak właściwie działają ogniwa? Jaki jest ich koszt i czy opłaca się montować je w naszych domach? Na wszystkie te pytania odpowiemy poniżej.

Ogniwa fotowoltaiczne to krzemowe płytki półprzewodnikowe. W ich wnętrzu znajduje się pole elektromagnetyczne (zwane także barierą potencjału). Promienie słoneczne padające na ogniwo wytrącają elektrony z miejsca na półprzewodnikach. W ten sposób tworzą się pary nośników o przeciwnych ładunkach (elektrony ujemne oraz dodatnie). Owe ładunki ulegają rozdzieleniu dzięki działaniu pola elektrycznego. To z kolei sprawia, że na ogniwach pojawia się napięcie elektryczne, które możemy wykorzystać po podłączeniu urządzeń czerpiących energię.

Warto też pamiętać, że współczesne panele działają przez cały dzień od świtu do zmierzchu. W czasie pochmurnych dni wykorzystują promienie rozproszone, co sprawia, że ogniwo słoneczne może działać bez względu na pogodę.

Na dzień dzisiejszy znamy cztery typy ogniw (selenowe, krzemowe, barwnikowe oraz polimerowe). Jednak ofertach producentów działających na polskim rynku znajdziemy jedynie panele fotowoltaiczne wyprodukowane na bazie krzemu. W domach jednorodzinnych stosujemy:

- monokrystaliczne ogniwo słoneczne - wyprodukowane z pojedynczego kryształu krzemu, przeciętego na niewielkie kawałki. Łatwo je rozpoznać po charakterystycznej, bardzo ciemnej barwie. Tego typu panele słoneczne charakteryzują się dużą żywotnością oraz wysoką sprawnością. Monokrystaliczne ogniwo jest w stanie przetworzyć od 17 do 22 proc. energii słonecznej, co jest dość zadowalającym wynikiem. Pojedynczy panel ma zazwyczaj moc 150 do 180 W. Jedynym istotnym mankamentem stają się koszty. Niestety cennik ogniw fotowoltaicznych tego typu jest dość wysoki.

Polikrystaliczne - wyprodukowane z polikrystalicznego kryształu krzemu. Możemy je rozpoznać po niebieskawej barwie. Charakterystyczną cechą ognie polikrystalicznych jest duża odporność. Cena ogniw tego typu również jest atrakcyjna. Tego typu panele słoneczne posiadają sprawność pomiędzy 14 a 18 proc. Według wielu ekspertów zastosowanie ogniw polikrystalicznych jest najlepszym rozwiązaniem w naszych warunkach klimatycznych.

- amorficzne ogniwo słoneczne - są najbardziej zaawansowane technologicznie, powstają z niewykrystalizowanego (amorficznego) krzemu. Możemy je odróżnić po delikatnie bordowym zabarwieniu oraz po nieco mniejszych rozmiarach. Co ciekawe, ogniwa amorficzne mogą tworzyć eleganckie moduły, które montuje się na daszkach, czy balustradach budynku. Tego typu elektrownie słoneczne są najmniej wydajnym rozwiązaniem. Ich sprawność wynosi 6 do 10 proc. Warto jednak podkreślić, że najistotniejszą zaletą tego rozwiązania jest atrakcyjna cena zakupu. Cennik paneli fotowoltaicznych tego typu jest najbardziej atrakcyjny dla naszej kieszeni.

Do systemów ogniw fotowoltaicznych można otrzymać atrakcyjne dofinansowanie z budżetu państwa. Jeżeli jesteś zainteresowany, więcej informacji na ten temat znajdziesz tutaj.

Same panele nie wystarczą do przetworzenia energii słonecznej na energię elektryczną. Potrzebujemy także całego zintegrowanego systemu, który umożliwi prace ogniw. W ofertach handlowych znajdziemy dwa typy systemów:

- off grid (system autonomiczny) - tworzy układ zamknięty, w którym energia jest przekazywana do akumulatora bądź bezpośrednio do urządzeń elektrycznych.

- on grid (system otwarty) - tego typu elektrownie słoneczne nie posiadają akumulatorów. Nadwyżki energii elektrycznej nie są magazynowane, lecz odprowadzane do sieci publicznej.

Oba powyższe systemy mogą być podłączone bezpośrednio do urządzeń elektrycznych bądź wyposażone w dodatkowy falownik, który zamienia prąd ze stałego w zmienny. Najbardziej zaawansowane technologicznie elektrownie słoneczne wyposaża się w wydajne akumulatory oraz sterowniki. Sterownik potrafi automatycznie przełączać zasilanie z solarnego (gdy bateria jest już wyczerpana) na energię dostarczaną z sieci publicznej. Jest to dość wydajne i funkcjonalne rozwiązanie, które zwiększa komfort posiadania instalacji fotowoltaicznej.

Przed zakupem ogniw fotowoltaicznych warto zapoznać się z ich specyfikacją techniczną. Niektóre parametry będą opisane w dość skomplikowany sposób, jednak przeciętnemu użytkownikowi wystarczą informacje dotyczące parametrów podstawowych. Z pewnością warto zwrócić uwagę na takie parametry jak:

- tolerancja mocy - parametr, który oznacza minimalną moc modułu w określonych warunkach. Wartość powinna mieścić się w zakresie 0 do 5 proc.

- moc szczytowa (zwana także mocą maksymalną) - określana symbolem Wp. Parametr mówi nam o maksymalnej mocy uzyskanej przez ogniwa fotowoltaiczne w optymalnych warunkach pogodowych. Pamiętajmy jednak, że maksymalna moc będzie spadać wraz z upływem czasu pracy ogniw.

- maksymalne napięcie systemu - parametr wskazuje nam maksymalne napięcie w których mogą pracować panele słoneczne połączone z systemem. Wartość maksymalnego napięcia waha się pomiędzy 600 - 1000 V.

- napięcie jałowe - nazywamy je także napięciem obwodu otwartego. Parametr określa maksymalne napięcie modułów, które nie są podłączone do odbiorników. Wartość tego parametru waha się w granicach 20 do 50 V.

- maksymalne napięcie mocy - jest to napięcie uzyskiwane przy pracy z mocą maksymalną.

- współczynnik wypełnienia - parametr oznaczający stosunek rzeczywistej energii uzyskanej z ogniw do ich mocy pozyskanej przy maksymalnym natężeniu i napięciu. Parametr określany jest w procentach i nie powinien być niższy niż 70%.

- natężenie prądu w mocy maksymalnej - parametr określany w amperach. Oznacza maksymalne natężenie prądu przy pracy z maksymalną mocą.

- temperatura pracy - jest to szczególnie istotny parametr. Pamiętajmy, że nasze panele słoneczne będą narażone na działanie zmiennych warunków pogodowych, dlatego temperatura pracy powinna posiadać jak najszerszy zakres np. -45 st. C do + 90 st. C.

- waga - to parametr ważny podczas prac instalacyjnych. Warto zwrócić na niego uwagę i obliczyć maksymalne obciążenie naszego dachu. Z reguły pojedynczy panel o standardowych rozmiarach waży do 30 kg (chociaż zdarzają się też znacznie cięższe wyjątki). W ofertach handlowych znajdziemy też małe panele modułowe, których waga wynosi ok. 2 kg. Przeważnie stosujemy je na balustradach i niewielkich zadaszeniach.

- wymiary - mogą zadecydować o kosztach instalacyjnych. Standardowy moduł posiada rozmiary 30 na 45 cm. Jednak w ofertach producentów znajduje się także wiele większych oraz mniejszych modeli.

Elektrownie słoneczne nie są w Polsce zbyt dobrze rozpowszechnione. Ich cena może być nadal bardzo wysoka. Przed zakupem ogniw musimy pamiętać, że cennik poszczególnych producentów może być bardzo zróżnicowany. Dlatego warto przejrzeć jak największą ilość ofert. Najtańsze (ale też trudno dostępne) są ogniwa amorficzne. Cena pojedynczego elementu może wynieść od 800 do 1 000 zł. Dobre jakościowo ogniwa z polikrystalicznego krzemu nabędziemy za 1300 - 2000 zł. Z kolei za panele słoneczne z monokrystalicznego krzemu zapłacimy przynajmniej 2500 zł. Pamiętajmy, że elektrownia słoneczna w domu jednorodzinnym musi posiadać od kilkunastu do nawet kilkudziesięciu paneli. Na ostateczną cenę zakupu składa się także inwerter, systemy mocowania, koszty montażowe, koszty konfiguracji systemu, a także przewody i zabezpieczenia. Widzimy zatem, że panele fotowoltaiczne nadal są w Polsce dość dużym wydatkiem.

Zakładamy, że instalacja ogniw fotowoltaicznych znajduje się na niewielkim domu piętrowym. W tego typu budynkach stosuje się zazwyczaj elektrownie słoneczne z paneli polikrystalicznych. W naszym wypadku instalacja będzie miała moc 5 kWp i złoży się z 20 paneli (po 250 Wp) ze średniej półki cenowej. Poszczególne wydatki będą wyglądały następująco:

- panele słoneczne (20 szt. x 1 300 zł) - 26 000 zł;

- inwerter - 5800 zł;

- konstrukcja z aluminiowych profili (przystosowana do dachu z blacho dachówki bądź dachówki ceramicznej) - 4000 zł;

- zabezpieczenie i przewody - 400 zł;

- usługa monterska wraz z konfiguracją - 4200 zł.

Ostateczny koszt naszej symulacji to 40 400 zł. Jest to wartość orientacyjna. Pamiętajmy, że cennik poszczególnych wykonawców może być znacznie zróżnicowany. Na ostateczną cenę przedsięwzięcia ma nawet wpływ kurs euro (większość paneli jest sprowadzana do polski).

Nasza elektrownia słoneczna posiada moc 5kWp i jest w stanie wyprodukować ok. 4 800 kWh prądu rocznie. Owa wartość może być porównana do przeciętnego, rocznego zapotrzebowania na prąd dla czteroosobowego gospodarstwa domowego.

Pamiętajmy jednak, że nasza instalacja działa w trybie on grid i nie posiada akumulatorów. Nadwyżki prądu są kierowane do sieci publicznej. Co ciekawe, nadmiar naszej energii możemy sprzedawać dostawcy sieci. Jednak kwota nie będzie zbyt wysoka, a cały proces będzie wymagał od nas załatwienia specjalnej koncesji. Dostawca może nam zaproponować stawkę 0,15 do 0,25 zł za kWh przekazaną do sieci publicznej. Tak niska stawka nie będzie miała zbyt dużego wpływu na zwrot kosztów całego przedsięwzięcia.

Nasze oszczędności wynikają ze zmniejszenia (bądź nawet wyeliminowania) opłat za energię elektryczną. Średnia stawka dostawcy to 0,60 zł/kWh. W ciągu roku wyprodukowaliśmy na własne potrzeby 4 800 kWh, co daje wartość 3 120 zł. Zatem inwestycja w elektrownie słoneczną zwróci się po maksymalnie 13 latach. Weźmy jednak pod uwagę, że ceny prądu stale rosną. W praktyce może się okazać, iż inwestycja zwróci się znacznie wcześniej.