Coraz częściej inwestorzy, którzy decydują się na instalację fotowoltaiczną zastanawiają się nad optymalnym wykorzystaniem produkowanej energii. Dotyczy to zarówno małych, przydomowych mikroinstalacji, gdzie impulsem może być system tzw. opustów w niedawno wprowadzonej ustawie o OZE, ale również instalacji w rozwiązaniach przemysłowych, dla których nadal nie zaproponowano żadnego systemu wsparcia.

Co się dzieje z produkowaną energią?

kluczowe dla zrozumienia korzyści płynących z posiadania instalacji fotowoltaicznych (ang. photovoltaics, PV). Na rysunkach 1–3 pokazane są przepływy energii pomiędzy siecią energetyczną a budynkiem. Granicą przyłączenia jest najczęściej również miejsce instalacji układu pomiarowego – licznika energii elektrycznej, należącego do Operatora Systemu Dystrybucyjnego (OSD). Podłączenie instalacji fotowoltaicznej do sieci elektrycznej budynku (zrealizowane w jego rozdzielni głównej) pozwala bezpośrednio wykorzystać produkowaną energię na potrzeby odbiorników znajdujących się w budynku. W sytuacji niewystarczającej produkcji z instalacji PV energia jest pobierana z sieci (rys. 2.), natomiast w przypadku gdy pojawiają się nadwyżki (rys. 3), są do sieci oddawane. Aby móc zmierzyć ilość oddanej energii konieczna jest wymiana klasycznego licznika energii na nowoczesny licznik elektroniczny, dwukierunkowy (w przypadku przydomowych mikroinstalacji – na koszt OSD). Energia zakupiona od sprzedawcy energii liczona jest ze znakiem „+”, natomiast energia oddana do sieci – ze znakiem „–”.

Samowystarczalność – stopień wykorzystania energii na potrzeby własne

Prawidłowo dobrana instalacja fotowoltaiczna powinna w okresie jednego roku wyprodukować tyle energii, ile jest jej w danym obiekcie konsumowane. Przykładowo, jeśli zużywamy rocznie 3 MWh (3 000 kWh), elektrownia fotowoltaiczna powinna w okresie roku wyprodukować około 3 MWh.
Pojawia się jednak kwestia niedopasowania profilu zużycia energii i profilu jej produkcji w dwóch ujęciach:

• Profil roczny. W trakcie roku energia produkowana jest z fotowoltaiki głównie w okresie letnim, późną wiosną i wczesną jesienią. W miesiącach grudzień – styczeń elektrownia wytwarza zaledwie około 4–5% całej produkcji rocznej. Z kolei zużycie energii zimą z reguły jest większe niż w okresie letnim – krótsze dni wymagają dłuższych czasów korzystania z oświetlenia, energia elektryczna jest też często wykorzystywana do ogrzewania.
• Profil dobowy. W ciągu dnia szczyt produkcji energii przypada na godziny okołopołudniowe. W tym czasie domownicy przebywają w pracy (poza domem), a zatem produkowana energia nie jest konsumowana i musi zostać oddana do sieci elektroenergetycznej.

 

Przykładowe profile zużycia i produkcji energii przedstawiono na rysunkach 4 i 5. Zjawisko to jest naturalne i występuje w przypadku, w którym moc instalacji fotowoltaicznej została dobrana poprawnie do potrzeb energetycznych budynku. Samowystarczalność takiego budynku – czyli ilość wytworzonej energii, którą wykorzystuje się bezpośrednio do zaspokojenia własnych potrzeb energetycznych – wynosi około 25–30%. To oznacza, że pozostałe 70–75% energii jest oddawane do sieci, a następnie odbierane z sieci np. w godzinach nocnych. Oczywiście ze stratą dla właściciela budynku (o czym więcej – poniżej).

Opis aktualnej sytuacji prawnej

Zmiany w rozliczaniu wyprodukowanej energii elektrycznej przez prosumentów (właścicieli przydomowych mikroinstalacji o mocy do 40 kW) w postaci tzw. net- -meteringu połączonego z systemem opustów weszły w życie od dnia 1.07.2016 r.
Klient indywidualny, spełniając warunek m.in. posiadania umowy kompleksowej, będzie podlegać rozliczeniu ilości energii elektrycznej wprowadzonej do sieci wobec ilości energii elektrycznej pobranej z sieci w stosunku 1:0,8 (dla mocy instalacji PV nie większej niż 10 kW) lub 1:0,7 (dla mocy instalacji PV większej niż 10 kW). Aktualny stan prawny dla prosumentów przewiduje brak zapłaty za nadwyżkę ilości energii wprowadzonej do sieci elektroenergetycznej w stosunku do ilości energii pobranej z tej sieci. A zatem w sytuacji, w której oddamy do sieci więcej energii niż będziemy w stanie odebrać w okresie 1 roku, energia ta „przepada”.
Aktualny system opustów można porównać do magazynu energii, w którym za 1 000 kWh energii oddanej do sieci możemy odebrać tylko 800 kWh. Przy samowystarczalności budynku na poziomie 25% i rocznym zużyciu 3 000 kWh, tracimy więc 75% x 3 000 kWh x (1-0,8) = 450 kWh, gdzie: 75% to ilość oddanej, a następnie pobranej energii, 3 000 kWh ilość energii wyprodukowanej w ciągu roku przez elektrownię fotowoltaiczną, a 0,2 – to różnica wynikająca z „opustu” 1:0,8. Po przeliczeniu ilości traconej energii na wartość jej zakupu wraz z ceną za usługę jej przesłania, otrzymujemy równowartość 270 zł rocznie.

 

Zobaczyć znaczy zrozumieć

Wszystkie falowniki Fronius nowej generacji SnapINverter (rodziny Fronius SYMO, PRIMO, GALVO, ECO) standardowo wyposażane są w nowoczesną kartę Datamanager 2.0. Karta ta umożliwia proste w obsłudze i wizualnie atrakcyjne monitorowanie działania instalacji fotowoltaicznej na portalu Solar.Web (http:// www.solarweb.com). Użytkownik uzyskuje wgląd we wszystkie najważniejsze parametry instalacji, przede wszystkim w aktualnie oddawaną przez falownik moc oraz wykresy prezentujące ilości wyprodukowanej energii. Obserwując wyłącznie pracę falownika lub falowników nie wiemy jednak, co się dalej z tą energią dzieje. Przy dodatkowej, niewielkiej inwestycji w licznik inteligentny Fronius Smart Meter (w jednej z trzech dostępnych wersji), otwierają się zupełnie nowe, znacznie bardziej interesujące możliwości. Właściciel instalacji PV może obserwować bilans energii w budynku (produkcję i zużycie energii), a także nadzorować wykorzystanie energii produkowanej.

Nowe rozwiązania w dziedzinie optymalizacji zużycia własnego

Oddawanie do sieci niewykorzystanej energii wiąże się z wymiernymi stratami finansowymi. O ile w przypadku mikronstalacji, dzięki wprowadzonemu net-meteringowi możemy „odzyskać” 80% (do mocy 10 kW) lub 70% (do mocy 40 kW) oddanej energii wraz z kosztem jej dystrybucji, dla instalacji przemysłowej w najlepszym wypadku możemy uzyskać wyłącznie cenę hurtową energii. Zmieniając nawyki użytkowników np. poprzez manualne lub zegarowe włączanie niektórych urządzeń w godzinach największej produkcji energii ze słońca, możemy uzyskać niewielką poprawę takiego stanu. Dlatego firma Fronius oferuje zupełnie nowe rozwiązania w dziedzinie optymalizacji zużycia produkowanej energii na potrzeby własne, która stopień samowystarczalności może podnieść nawet do 50%.
Coraz ważniejszym tematem staje się wytwarzanie ciepła, także pod względem możliwości jego włączenia w zarządzanie energią. W nowoczesnych zbiornikach ciepłej wody użytkowej w zasadzie nie jest istotny moment pozyskania energii wykorzystanej do podgrzewania wody – potrafią one utrzymywać uzyskaną temperaturę przez kilkadziesiąt godzin. Podobnie w przypadku energooszczędnych, dobrze izolowanych budynków, załączenie pompy ciepła do ogrzewania lub chłodzenia pomieszczeń może być przesunięte w czasie. Urządzenia te idealnie zatem nadają się do sterowania, a co za tym idzie – inteligentnego magazynowania wytwarzanej energii w postaci ciepła (lub chłodu).
Odpowiednie, programowalne wyjścia cyfrowe na karcie Datamanager 2.0 pozwalają na załączanie i wyłączanie dowolnych odbiorników energii (np. poprzez przekaźnik, którego cewka zasilana jest napięciem DC 12 V). Najprostszy algorytm może wykorzystywać w tym celu wartość aktualnie wytwarzanej w instalacji PV mocy. Poprzez odpowiednio ustawione wartości załączenia i wyłączenia następuje sterowanie podłączonym odbiornikiem. Karta Datamanager 2.0 daje jednak znacznie więcej możliwości. Mając dokładną wiedzę o aktualnym bilansie energii elektrycznej w budynku, można z łatwością zaprogramować załączenie urządzeń na bazie wartości mocy oddawanej do sieci oraz ich wyłączenie – w przypadku gdy energia z sieci jest pobierana.
Ale możliwości kontroli i regulacji jest więcej. W przypadku pomp ciepła bardzo ważne jest, aby kompresor po załączeniu pracował przez określony czas. Taki parametr możliwy jest do ustawienia w interfejsie karty Datamanager 2.0 dostępnym z poziomu przeglądarki internetowej (por. rys. 8). Można również, jako priorytet wybrać przygotowanie c.w.u. nie później, niż do określonej godziny, np. 18:00, gdy domownicy wracają po pracy. Datamanager 2.0 będzie sterował grzałką c.w.u. w zależności od dostępnego nadmiaru produkowanej energii, a jeśli będzie on w pochmurne dni niewystarczający – załączy podgrzewanie wody z odpowiednim czasowym wyprzedzeniem.

 

Integracja z inteligentnym budynkiem

Coraz powszechniejsze są inteligentne instalacje w budynkach (ang. BMS – Building Management System), zarówno w dużych biurowcach, w przedsiębiorstwach, ale również w domach jednorodzinnych. „Inteligentny budynek” integrując ze sobą wszystkie instalacje: ogrzewania i chłodzenia (HVAC), oświetlenia, alarmową, przeciwpożarową, kontroli dostępu, itd. może zautomatyzować wiele procesów. Wykorzystując informacje pochodzące z różnych źródeł można kompleksowo sterować wszystkimi elementami, aby podnieść komfort jego użytkowania i jednocześnie zmaksymalizować oszczędności energii. Dzięki otwartym interfejsom komunikacyjnym, takim jak Modbus RTU, Modbus TCP (stanowiące de facto standard przemysłowy) czy JSON, można z łatwością włączyć instalację fotowoltaiczną zbudowaną na rozwiązaniach Fronius do instalacji BMS. Monitorowanie pracy instalacji i podejmowanie różnorodnych akcji na bazie np. aktualnie uzyskiwanej mocy, czy też możliwość sterowania pracą instalacji PV daje projektantom nieograniczone pole możliwości.
W przypadku mniejszych, domowych instalacji BMS, istnieją gotowe rozwiązania automatyki budynkowej przykładowo firm Loxone (z interfejsem KNX/EIB), evonHome czy Fibar Group (bazujący na standardzie Z-Wave). Pozwalają one na niezwykle prostą integrację danych pochodzących z instalacji fotowoltaicznej i ich wykorzystanie zarówno do sterowania obiektem, jak i do wizualizacji stanu budynku.

Optymalizowane zarządzanie zasilaniem sieci

Operatorzy Systemów Dystrybucyjnych (OSD) coraz częściej stawiają ograniczenia produkcji energii przez instalacje fotowoltaiczne, co jest warunkiem ich podłączenia do sieci. W wielu przypadkach oznacza to nawet całkowite ograniczenie wypływu energii do sieci (ang. zero feed-in). Dzięki dynamicznej redukcji mocy, firma Fronius oferuje rozwiązanie, które optymalizuje zasilanie sieci. Falowniki najpierw zasilają odbiorniki podłączone do sieci energetycznej przedsiębiorstwa. Następnie – na podstawie odczytów z licznika inteligentnego Fronius Smart Meter zainstalowanego na styku odbiorcy i OSD – obniżają oddawaną do sieci moc do maksymalnie dozwolonej mocy zasilania określonej przez operatora. W ekstremalnym przypadku możliwe jest nawet ograniczenie wypływu energii do zera. W ten sposób sieć energetyczna nie jest zasilana energią z instalacji fotowoltaicznej, a dzięki prostemu ustawieniu poprzez interfejs webowy falownika można bez problemu spełnić odpowiednie wymogi operatora.

Co niesie przyszłość

Już obecnie oferowane przez firmę Fronius rozwiązania, w tym integracja elektrowni fotowoltaicznej z instalacją inteligentnego budynku pozwala na niezwykle zaawansowane algorytmy zarządzania produkowaną energią. Należy podkreślić, że są to funkcje dostępne w standardzie, a ich wykorzystanie wiąże się z niewielkimi dodatkowymi nakładami (koszt przekaźnika i przewodów). Już wkrótce w ofercie Fronius znajdą się jeszcze bardziej zaawansowane urządzenia pozwalające na bezstopniową (płynną) regulację mocy odbiorników oraz na wykorzystanie przy zarządzaniu produkcją ciepła grzewczego: prognozy pogody dla danego obszaru. Są to kolejne kroki na drodze do realizacji niezwykle ambitnej wizji firmy Fronius – „24 godzin słońca”, której celem jest zaspokojenie z odnawialnych źródeł energii 100% potrzeb energetycznych ludzkości.

Maciej Piliński
Fronius Polska Sp. z o.o.

 

 

 

 

 

---