Instalacja fotowoltaiczna a energia elektryczna. Czy instalacja fotowoltaiczna się opłaca?

2019-01-28 12:34 red./konsultacja: Erwin Kita, innogy Polska
Panele fotowoltaiczne - elektrownia fotowoltaiczna
Autor: innogy Polska Instalacja fotowoltaiczna - elektrownia fotowoltaiczna

Instalacja fotowoltaiczna jest perspektywicznym rozwiązaniem zarówno dla przedsiębiorców, jak i osób fizycznych. Instalacja fotowoltaiczna nie powoduje zanieczyszczenia środowiska naturalnego, pozytywnie wpływa na efektywność energetyczną budynków oraz odbiór przedsiębiorstwa przez lokalne społeczeństwo.

W artykule:

Specyfika instalacji fotowoltaicznej umożliwia ich zastosowanie w szerokim zakresie mocy – od kilku kWp na domach, poprzez systemy kilkunasto lub kilkuset kWp, po elektrownie słoneczne o mocy powyżej 1 MWp.

Instalacja fotowoltaiczna w polityce energetycznej

Zwiększanie niezależności energetycznej przy jednoczesnej długofalowej redukcji kosztów utrzymania budynków przyczynia się do coraz częstszego wykorzystania instalacji fotowoltaicznych do produkcji energii elektrycznej wśród przedsiębiorców. Zgodnie z informacjami zawartymi w Dyrektywie w sprawie charakterystyki energetycznej budynków wszystkie nowe obiekty muszą być prawie zeroenergetyczne do końca 2020 r., natomiast należące do administracji publicznej – do 2018 roku. Również zobowiązania wobec Unii Europejskiej, takie jak konieczność zmniejszania zużycia energii ze źródeł konwencjonalnych i emisji gazów cieplarnianych do atmosfery, wpływają na rozwój instalacji fotowoltaicznych. Nowe regulacje są także wyzwaniem dla architektów czy deweloperów.

Globalny dynamiczny rozwój OZE znajduje odzwierciedlenie w budownictwie mieszkalnym i użyteczności publicznej. Montaż modułów fotowoltaicznych staje się standardem w państwach wysoko rozwiniętych. Jednym z przykładów są regulacje prawne we Francji z 2015 r., stanowiące, że każdy nowy budynek, który powstaje w strefie handlowej musi być częściowo pokryty instalacją fotowoltaiczną lub roślinnością. W pierwszym przypadku celem jest znacząca redukcja zapotrzebowania na energię elektryczną budynku, zużywaną przez klimatyzację w lecie bądź ogrzewanie w zimie.

Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków wymaga, aby wszystkie kraje członkowskie znowelizowały przepisy budowlane i podjęły kroki w celu zapewnienia wykorzystania OZE w obiektach nowych lub rewitalizowanych. Instalacje fotowoltaiczne są rozwiązaniem będącym odpowiedzią na znowelizowane przepisy prawa budowlanego, obowiązujące od 1 stycznia 2014 r. Kluczową rolę w implementacji przepisów odgrywają inżynierowie budownictwa i architekci, którzy w trakcie prac projektowych mogą integrować mikroelektrownie słoneczne z obiektami, tworząc dzięki temu nową jakość w budownictwie. Takie przedsięwzięcie jest korzystne ekonomicznie dla inwestora, gdyż nie wymaga dodatkowego gruntu, a producenci gwarantują utrzymywanie się nominalnej mocy wyjściowej modułów fotowoltaicznych na poziomie min. 80% przez 25 lat, czyniąc taką inwestycję stabilną, o długofalowym wzroście.

Instalacja fotowoltaiczna jako najtańsza metoda wytwarzania energii elektrycznej

Spośród znanych metod wytwarzania prądu, wykorzystujących energię promieniowania słonecznego, instalacja fotowoltaiczna jest najtańsza i najprostsza. Promieniowanie słoneczne to niewyczerpywalne i powszechnie dostępne źródło energii. Ponadto instalacja fotowoltaiczna zapewnia szereg korzyści, takich jak: lekka konstrukcja, brak emisji hałasu, konieczności obsługi i stałej kontroli oraz elementów ruchomych, dzięki którym zwiększa się bezpieczeństwo użytkowania, a zmniejszają koszty eksploatacyjne.

Jednocześnie instalacja fotowoltaiczna pracuje w różnych warunkach pogodowych, co wpływa na obniżanie efektywności ich działania. Znaczenie ma tutaj m.in. temperatura, natężenie promieniowania słonecznego, wiatr, kąt padania promieni czy występowanie zacienienia. Ponadto ze względu na postępowanie procesu starzenia w czasie eksploatacji sprawność modułów minimalnie spada (ok. 0,6% rocznie, od drugiego roku).

Instalacja fotowoltaiczna na dachu budynku jednorodzinnego
Autor: innogy Polska Instalacja fotowoltaiczna na dachu budynku jednorodzinnego

Jak działa instalacja fotowoltaiczna?

Moduły fotowoltaiczne bezpośrednio konwertują energię promieniowania słonecznego na elektryczną w postaci prądu i napięcia stałego. Obecnie stosowane są głównie technologie poli- i monokrystaliczne.
Każdy moduł zbudowany jest z ogniw fotowoltaicznych, łączonych przede wszystkim szeregowo oraz częściowo równolegle. Moduły zabezpiecza się diodami bocznikującymi z polaryzacją przeciwną do polaryzacji ogniw, co pozwala chronić instalację fotowoltaiczną przed skutkami zacienienia, takimi jak przegrzewanie się ogniw w wyniku przepływu prądu wstecznego czy znaczne straty mocy w całej instalacji.

W efekcie konwersji energii promieniowania słonecznego na elektryczną w panelach fotowoltaicznych na wyjściu otrzymuje się prąd stały (DC). W sieciach elektroenergetycznych wykorzystuje się prąd zmienny (AC), konieczne jest więc zastosowanie falownika, który zamienia energię elektryczną z modułu fotowoltaicznego, w postaci prądu i napięcia stałego, na prąd i napięcie przemienne, o parametrach zgodnych z siecią elektryczną niskiego napięcia (230/400V, 50 Hz). Dobrze dobrany falownik wysokiej jakości z układem śledzenia mocy maksymalnej (MPPT) pozwala bowiem na ograniczenie jej strat w instalacji, spowodowanych zmianami warunków atmosferycznych czy występowaniem zacienienia, nawet o 20%. Żeby uniknąć uszkodzenia falownika oraz spadku wydajności jego pracy, parametry łańcuchów modułów fotowoltaicznych po stronie napięcia stałego powinny być precyzyjnie dobrane, aby nie przekraczały w żadnych warunkach dopuszczalnych wartości wejściowych falowników. Zazwyczaj projektowana instalacja fotowoltaiczna podłącza się do wewnętrznej instalacji elektrycznej danego budynku, a wyprodukowana energia elektryczna bezpośrednio wykorzystywana jest na potrzeby obiektu.

Instalacja fotowoltaiczna - montaż systemu

Montaż modułów fotowoltaicznych wiąże się ze spełnieniem warunków technicznych niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania instalacji oraz maksymalizacji uzysku energii. W związku z tym istotne jest nie tylko miejsce montażu (dach płaski, jedno-, dwu- lub wielospadowy, fasada, grunt), lecz także m.in. orientacja ich posadowienia względem południa, kąt pochylenia połaci dachowej czy nośność dachu.
Moduły fotowoltaiczne mogą wpisywać się w architekturę poprzez zintegrowanie z wieloma konstrukcjami, np. zadaszeniami parkingów, stacji paliw czy wiat przystanków komunikacji miejskiej. Rok do roku niższe koszty budowy tego typu rozwiązań pozytywnie wpływają na polskich przedsiębiorców, coraz częściej decydujących się na budowę elektrowni słonecznych do zasilania nieruchomości czystą energią elektryczną.

Miejsce montażu instalacji fotowoltaicznej jest uzależnione również od powierzchni, jaką można wykorzystać do jej budowy. Najczęstszymi miejscami są dachy płaskie hal magazynowych czy centrów spedycyjnych oraz grunt. System ten może powstać również na elewacji budynku biurowego oraz na dachu pochyłym, produkując prąd każdego dnia na wyłączne potrzeby firmy. Rosnącym zainteresowaniem wśród przedsiębiorców cieszą się również tzw. carporty, czyli wiaty parkingowe zadaszone modułami fotowoltaicznymi, które mogą zasilić samochody elektryczne z floty przedsiębiorstwa.

Profesjonalna i kompleksowa realizacja instalacji fotowoltaicznej obejmuje projekt sporządzony przez certyfikowanych projektantów w oparciu o właściwe podstawy prawne. Złożony jest on z opisu rozwiązań, opracowany na podstawie analizy technicznej montażu instalacji, dobranych urządzeń i elementów niezbędnych do jej powstania oraz analizy zacienienia na produkcję energii elektrycznej. Uzupełnienie dokumentacji stanowi schemat połączeń elektrycznych, konstrukcji wsporczej oraz spis parametrów technicznych modułów fotowoltaicznych i falownika.

Tab. Szacunkowa roczna produkcja energii elektrycznej w rozłożeniu na miesiąca (dane na podstawie symulacji w programie PVSyst)

Miesiąc Ilość wyprodukowanej energii [kW/h]
 Styczeń 5816
Luty 8565
Marzec 16986
Kwiecień 23075
Maj 29458
Czerwiec 28685
Lipiec 29694
Sierpień 27413
Wrzesień 19919
Październik 13279
Listopad 6106
Grudzień 5161
Suma 214157

Instalacja fotowoltaiczna czy i kiedy się opłaca?

Przeanalizujemy przykładową instalację fotowoltaiczną dla klienta biznesowego. Oto charakterystyka instalacji fotowoltaicznej wybudowanej na dachu płaskim hali magazynowej:

  • moc [kWp]: 199,8
  • liczba modułów fotowoltaicznych o mocy 270 Wp: 740
  • pole powierzchni modułów [m²]: ok. 1260
  • masa modułów [kg]: ok. 13 340
  • uniknięta emisja CO2 [t/rok]: 162

Zakładając roczną produkcję prądu na poziomie 214 157 kWh, szacunkowe roczne oszczędności inwestora kształtują się na poziomie ok. 119 928 zł. Przykładowy koszt instalacji fotowoltaicznej o mocy 199,8 kWp wynosi ok. 870 000 zł (może być on wliczony w koszt prowadzenia firmy w ramach działalności gospodarczej). Jedną z możliwości sfinansowania takiej realizacji jest kredyt inwestycyjny lub leasing.

Obliczenia mają charakter szacunkowy. Zostały przeprowadzone na podstawie ogólnodostępnych danych, przy założeniu, że całość wyprodukowanej przez elektrownię fotowoltaiczną energii jest zużywana na potrzeby własne, bez uwzględnienia produkcji nadwyżek. Roczna oszczędność oznacza szacunkową oszczędność na zakupie energii elektrycznej i jej dystrybucji, przy założeniu stawki taryfowej za energię elektryczną i dystrybucję w wysokości ok. 0,56 zł/kWh netto dla inwestora z branży logistycznej. Obliczenia nie uwzględniają kosztów budowy instalacji fotowoltaicznej.

Instalacja fotowoltaiczna - energia elektryczna przyszłości

Dynamiczny rozwój energetyki słonecznej na świecie znajduje odzwierciedlenie w analizach przygotowywanych przez liczne ośrodki naukowe, consultingowe czy biznesowe. Według raportu Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA) z 2017 roku pierwszy raz w historii fotowoltaika notowała najszybszy na świecie wzrost mocy przyłączonej, deklasując inne źródła energii. Natomiast według raportu Deutsche Bank do 2030 roku energetyka słoneczna będzie dominującym źródłem energii elektrycznej na świecie, zaś zgodnie z badaniami Bloomberg New Energy Finance (BNEF) – najtańszym.

Stabilny rozwój energetyki słonecznej w Polsce wpisuje się w światowy trend transformacji energetycznej i stopniowe odchodzenie od paliw kopalnych na rzecz odnawialnych źródeł energii.

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
Czytaj więcej