Jak přežít na elektrickém ostrově

Možná vás hned napadne, že elektřinu lze vyrábět i jinými způsoby než pomocí fotovoltaických panelů. Existují přece větrníky, vodní elektrárny, termočlánky, kogenerace a další. Hodně lidí se mě při návštěvě ptá, proč nemám větrník, a já vždy odpovím větou jednoho člověka, který je zkoušel ve své firmě prodávat, „Nejlepší větrná elektrárna je fotovoltaický panel.“ Hlavně z pohledu ceny, údržby a hluku. Za cenu 0,5 kWp (kilowatt-peak, tedy míra výkonu zařízení) větrníku máte 1,5 kWp v panelech.

Jediným dalším zdrojem vedle panelů, o kterém jsem vážněji uvažoval, byly termočlánky fungující na principu rozdílu teplot. Je to krabička velikosti bonboniéry, kterou jednou stranou přimontujete na kamna a druhá se chladí (vzduchem nebo vodou); její výkon je až 200W (wattů) při optimálních podmínkách. Takže na zimu fajn, říkal jsem si, ale cena jedné takové je cca devět tisíc korun, a aby to tedy něco vyrábělo, potřebujete dvě až tři. A jste zase u toho, že za cenu jedné takové krabičky máte dva panely, které vyrábějí bez vašeho zásahu každý den. Takže jsem zůstal u jednoduché FVE.

Jak vytvořit ostrov

Co ostrovní systém dokáže? Záleží na investovaných penězích. Pokud si postavíte ostrůvek za deset tisíc, posvítíte si s ním, nabijete mobil a možná občas i notebook. Na druhou stranu jste-li při penězích a máte dostatečně velikou střechu, není problém jít do třífázového systému s výkonem stovek kW. Nejdřív si tedy musíte jasně říci, co všechno od systému očekáváte. Plánujete-li ostrovní elektrárnu pro váš dům, musíte každopádně počítat s následujícími komponenty:

Zdrojem energie bude v našem případě přibližně deset až dvacet fotovoltaických panelů na střeše. Rozměr standardního panelu je 1 krát 1,6 metru a jeho výkon jde pořád nahoru: tam, kde bylo před šesti lety 230 Wp, je dnes 290 Wp. Lze vybírat mezi polykrystal technologií (lepší výkon při horších světelných podmínkách), monokrystal (lepší výkon při optimálním osvícení) nebo amorfní technologií (funguje pouze ze světla, může být otočen na sever, ale zabere dvakrát tolik místa). Pro ostrovní režim je nejvhodnější polykrystal, který má lepší výkon za špatného počasí.

Vedle panelů budete potřebovat regulátor napětí — zařízení, které reguluje vysoké napětí 80—150 V na napětí baterií 24—48 V (i více voltů) a baterie nabíjí. Samotné baterie pak patří mezi zřejmě nejdiskutovanější součásti dnešních systémů. Hlavními otázkami jsou pořizovací cena, kapacita, životnost a cena v poměru k životnosti. Kvalitní trakční olověné baterie dnes zvládnou tisíc cyklů na 50procentní vybití. Dále lze použít LiFePO4 s životností pět tisíc cyklů při 80procentním vybití a od loňska je ke koupi modulární baterie Li-Ion Mercedes-Benz Energy Storage Home s životností osm tisíc cyklů při 80procentním vybití s desetiletou zárukou. Jeden 2,5 kWh modul stojí zhruba 35 tisíc korun plus příslušenství, což je dost příznivá cena.

Při pořizování baterie je třeba mít ještě balancér, tedy zařízení, které optimalizuje napětí jednotlivých článků baterie, čímž prodlužuje jejich životnost. Velké kompaktní baterie již mají balancér i další ochrany integrované, čímž zjednodušují instalaci. U levných olověných se to musí řešit dodatečně.
Teorie baterií doporučuji prodebatovat s odborníkem přímo pro váš systém, protože variant dnes existuje opravdu více, a navíc přicházejí novinky. Velmi nadějná je například baterie HE3DA českého vynálezce Jana Procházky, který významně vylepšil technologii Li-ion. Dle mých informací by mohly být na maloobchodním trhu za jeden až dva roky.

Mezi bateriemi a vašimi zásuvkami budete dále potřebovat střídač DC/AC. Ten převádí stejnosměrné napětí baterie na střídavé 230 V pro běžné spotřebiče. Opět se tady nabízí celá řada výrobců a možností, z vlastní zkušenosti radím brát na zřetel i parametr váhy, protože například čtyřkilowattový střídač čínské výroby váží deset kilogramů (stojí 20 tisíc korun) a dvouapůlkilowattový německý už má 35 kilo (stojí 45 tisíc). U střídače jsem doma udělal „chybu“: šetřil jsem a pořídil dvouapůlkilowattový německý, místo toho jsem měl ještě připlatit 20 tisíc na pětikilowattovou verzi. Kvůli tomu teď musím trochu složitě řešit priority spotřeby v domě, aby to střídač utáhl.

Další věc, kterou budete potřebovat, je nabíječka — pro případ záložního nabíjení z elektrocentrály. Nabíječku budete řešit asi jen u malých systémů, protože hodně lepších střídačů ji má integrovanou.Některé střídače (hybridní) v sobě dokonce kombinují regulátor, DC/AC střídač i nabíječku, nabídka výrobců je opravdu pestrá. A při výběru se sami sebe zeptejte, jak dlouho chcete, aby to fungovalo. U této elektroniky se velmi často vyšší cena rovná vyšší kvalitě.

Pokud jde o samotné fotovoltaické panely, lze klidně koupit ty levnější, jelikož pro ostrovní systém je lepší mít na střeše více panelů s menším maximálním výkonem než méně panelů s výkonem větším. Moc nás totiž nezajímá špičkový výkon, ale především výkon při špatném počasí, a tam se počítá plocha.

Není napětí jako napětí

Od napětí systému se odvíjí vlastně vše: cena, výkon, účinnost, vše s napětím roste. Pokud si budete chtít udělat solární čerpadlo k jezírku, určitě postačí 12 voltů (V); naopak doma budete téměř jistě potřebovat 48 V.

Platí, že s vyšším napětím stoupá účinnost celého systému: na 12 V je účinnost zhruba 90—92procentní, na 24 V 92—93procentní a u 48 V pak 94—96procentní. Nezdá se to, ale každé procento znamená energii buď využitou, nebo převedenou chlazením na teplo. Zásadní je ale proud tekoucí kabelem k baterii: pokud sepnete třeba pračku se spotřebou dva kilowatty, dělá to na dvanáctivoltovém systému 166 ampérů (A), na 48 V však jen 41ampérů. V takovém případě se nabízí otázka, jestli je tento objem dvanáctivoltová baterie vůbec schopna dodat, nemluvě o nutnosti velmi tlustých kabelů k baterii.

Také u regulátorů napětí se udává maximální výkon protékající proudem do baterie. Například když máte variantu 12/24/48 V s maximálním proudem 60 A, zvládne na 12 V uregulovat 780 W, ale na 48 V už 3200 W. Obecně lze tedy říci, že nejlepší volbu dnes představuje napětí 48 V, minimálně poloviční.

Instalace panelů: cesta na jihozápad

Při montáži panelů musíte počítat s tím, že pokud máte na jednom z nich byť jen malý stín, může jít výkon celé série panelů (neboli stringu) klidně až na 10 procent možného výkonu. U klasické elektrárny se sériemi z až dvanácti panelů je to velký problém, v ostrovním režimu se však používají maximálně dva až čtyři panely v sérii, takže v tomto ohledu můžete být klidnější. Jen je třeba na stín myslet a pracovat s ním i z hlediska času, kdy kde bude. Panely v jedné sérii musí mít stejnou orientaci a sousedit spolu. Jednotlivé stringy můžou mít orientaci různou — osobně jich mám celkem pět po třech panelech.

Pokud panely nemíříte vyloženě na sever, můžete je dát kamkoli (viz obrázek). Je třeba brát v potaz možnosti vaší střechy a k tomu připočítat vaše potřeby. Máte-li jižní střechu, není moc co řešit, dáte všechno na jih. Pokud však střecha směřuje na východ a západ, větší část panelů si dejte na tu západní, protože ta vám bude více dodávat v odpoledních a podvečerních hodinách, kdy je doma větší provoz. Já mám téměř jižní orientaci, takže mám vše na jihu, ale dost jsem si pohrával s otázkou umístit jednu sérii panelů na západní štít. Leč estetika zvítězila nad funkcí — přece jen na dřevěném štítu by to nevypadalo pěkně.

Panely můžete namontovat na jakoukoli střechu nebo stěnu. Dokonce můžete na latě namontovat jen plastové „podložky“ s přípravou na kabely a do nich pak vkládat panely. Takový systém se jmenuje roof-in a vyšší cenu za jeho instalaci vykompenzuje úspora na krytině a celkově lepší vzhled.

Jde to i v zimě

Na začátku našeho ostrovního projektu stálo rozhodnutí, že si nebudeme financovat čtvrt kilometru dlouhou přípojku na ČEZ. Dali jsme si následující požadavky na systém: jednoduchost provozu, dobrý poměr cena/užitná hodnota, dlouhá životnost, jednoduchá instalace. Plánovali jsme využívat kilowattové čerpadlo, pračku, ledničku, svícení, počítače, elektrické nářadí v kuchyni i dílně, bojler: všechno jednofázově.
Podle orientačního propočtu mi vyšla denní minimální spotřeba 1,4 kilowatthodiny, z čehož necelý kilowatt spotřebuje lednička (starší typ). Řekli jsme si tedy, že ledničku na zimní elektricky nejslabší měsíce vypneme a potraviny budeme uchovávat na zápraží. Tím jsme se dostali na půl kilowatthodiny na den, což už se dá v zimě v klidu vyrobit. Baterie se podle minimálního doporučení dimenzuje tak, aby vydržela zásobovat dům při velmi špatném počasí čtyři dny. Pro větší rezervu a delší životnost jsem volil dva bloky Li-ion baterie BMZ (24 V 2,7 kWh) zapojené do série, tedy s celkovou kapacitou 5,4 kWh. Na střechu jsem navrhl patnáct panelů o celkovém výkonu 3,5 kWp — jelikož v zimě výroba významně klesá, raději jsem přidal. Regulátor jsem zvolil samostatný MidNite Lite 150, střídače DC/AC nakonec dva, oba značky Victron: jeden 750 W (slabý), který běží nepřetržitě a napájí všechny malé spotřeby jako světla, internet, ledničku, počítače, nabíječky.; zásuvky mám označené jako slabé. Druhý je MultiPlus 2500 W (silný), který řeší velké spotřeby jako čerpadlo, pračku, různé nářadí, bojler. K velkému střídači je dodělaná krabička, která jej automaticky spíná, když běží odběr, a pak ho zase po nějaké době odstaví, díky čemuž ušetříme energii, kterou střídač spotřebuje, když nic nedělá.

Po dvou letech provozu můžu říci, že se návrh povedl. První zimu jsem pořád nervózně koukal, kde je co zapnuté, a leccos vypínal, letos už jsem se zklidnil, protože zataženo je vždy jen nějakou dobu. Pak vždy chvilku zasvítí a je klid. Nepředpokládal jsem to, ale i v zimních měsících někdy nevím, co s elektrikou, protože když leží sníh a celý den svítí slunce, výroba je obrovská. Na druhou stranu se jednou stalo, že v srpnu bylo snad týden opravdu silně zataženo a zásoba v baterii šla hodně dolů, takže jsme se museli ve spotřebě trochu krotit. Prostě si řeknete, že místo počítače si budete povídat nebo číst knížku.

Pár věcí jsem ovšem nedomyslel. Mýlil jsem se v předpokladu, že při takové instalaci je fén tabu, a neudělal v koupelně vývod na silnou zásuvku. Manželka se tudíž fénuje v kuchyni. Dále jsem neřešil otázku zasněžených panelů, což mi letošní zima trochu připomněla, takže namontuji pod panely do krytiny schůdky, aby se daly bezpečně ometat. A abych nezapomněl, je tu ještě výše zmíněný problém s velkým střídačem, dnes bych pořídil větší, pětikilowattovou verzi.

Pozor na baterie

Ještě se zastavme u baterií. Vzhledem k tomu, že dnes představují nejdražší komponent, potřebují velkou pozornost — aby se vám například nestalo, že si při večerním praní nebo žehlení baterii zničíte už za pár let. Vždy pozorně prostudujte a dodržujte všechna doporučení výrobce. Pokud budete mít integrovanou a „blbovzdornou baterii“, máte v prvním bodě vyhráno. Postará se o vše sama. Pak už je třeba jen optimalizovat spotřebu tak, abyste baterii využívali ideálně jen jako vyrovnávací prvek a během nevýroby z ní odebírali jen to nezbytně nutné. Co to znamená v praxi? Notebooky, telefony a další nabíjejte přes den. Perte, když je hezky. Když perete, nepoužívejte další větší spotřebiče. Ono to všechno jde, systém to zvládne. Jinak baterii zbytečně ubíráte cykly, a tím i životnost.

Co s přebytky?

I ostrov má přebytky. A to ve chvíli, kdy střecha vyrábí více, než dům spotřebuje, a zároveň jsou baterie plně nabité. Co pak?
Jako první přichází do úvahy ohřev teplé vody. V našem případě máme dvousetlitrový bojler s jednou vodní spirálou a elektrickým tělesem. Těleso mělo z továrny 2,2 kW, což zabírá téměř celou kapacitu našeho střídače, takže jsem ho vyměnil za 1,5 kW a mám jak rezervu, tak i méně hlučný a chladnější střídač. V současné době ještě přemýšlím, že bych si topné těleso nechal přemontovat třeba na 0,5 kW + 0,5 kW + 1 kW, čímž bych byl schopen optimálně využít přebytky bez baterie.
Dále jsem loni do koupelny instaloval třistawattový sálavý topný panel, který se zapíná během přebytků, a trochu s ním vytápím koupelnu. Plánuji pořídit ještě jeden, protože díky tomu trochu ušetříme dřevo v přechodovém období.

Na závěr mi dovolte ještě jeden postřeh ze života s ostrovní elektrárnou. Po nějaké době mi došlo, že mám doma oba konce kabelu, že vím, co se děje i na druhém konci. Když je hezky, z předsíně slyším lehký hukot ventilátoru, protože se nahřívá bojler. Toto je při napojení na distributora nemožné, protože tam druhý konec není, kabely jsou propojené skrz naskrz celou Evropou a jednou do ní elektřinu tlačí jaderný Temelín a podruhé nějaká uhelná elektrárna v Polsku. Ač jsme stavbu vlastní ostrovní elektrárny původně neplánovali, jsem dnes rád, že to tak dopadlo, život je tu takový „lehčí“.

Autor je konzultant a lektor přírodního stavitelství a fotovoltaických instalací. Více na www.cernyp.cz.

Základní typy fotovoltaických elektráren

Dnes nejběžněji používané FVE elektrárny se dělí na síťové, hybridní a ostrovní. Níže zmiňovaný výkon 3,5 kWp dostačuje pro ostrovní režim malé domácnosti.

Síťová — nejjednodušší a nejlevnější typ, bez baterií. FVE je připojena přímo na domovní rozvod elektřiny. Doma nespotřebovaná energie mizí v síti distributora. Orientační cena za 3,5 kWp FVE je 140 tisíc korun.
Výhody: nízká cena, jednoduchá instalace, pro spotřebitele doma se nic nemění.
Nevýhody: dost vyrobené energie opustí dům, složitější legislativa — musíte mít smlouvu s distributorem.

Hybridní— je to vlastně ostrovní elektrárna včetně baterií, která má připojení na distribuční síť, tudíž není třeba tolik předimenzovávat systém na zimní období, kdy se nedostatky výroby energie kompenzují ze sítě. Orientační cena za 3,5 kWp FVE je 280 tisíc korun (cena se může velmi lišit podle typu baterie).
Výhody: veškerá vyrobená energie zůstává doma, není nutná smlouva s distributorem
Nevýhody: složitá instalace, vyšší cena instalace, zásah do domovní elektroinstalace

Ostrovní — čistě ostrovní systém, kde není trvale připojen externí zdroj. Možno připojit záložní zdroj nebo distribuční síť (u větších systémů). Orientační cena za 3,5 kWp FVE je 320 tisíc korun (cena se může silně lišit podle typu baterie)
Výhody:
– velkou část roku jste energeticky skoro „neomezení“.
– neplatíte žádné měsíční inkaso za elektřinu.
– jste nezávislí na distribuční síti.
Nevýhody:
– vysoká vstupní investice.
– složitější instalace, nutno přizpůsobit používání spotřebičů.
– otazník ohledně návratnosti.
– v zimních měsících se většinou musíte uskromnit se spotřebou.
– potřebujete mít záložní zdroj.

Nejčastější otázky k ostrovní fotovoltaice

Je možná svépomocná instalace?

Legislativa nařizuje, aby FVE elektrárnu instalovala firma, která na to má licenci. Takže pokud máte chuť si to udělat sami, musíte se s někým domluvit, stejně potřebujete někde koupit materiál.

Potřebuji nějakou licenci nebo papíry?

K ostrovní ani hybridní elektrárně nic nepotřebujete, protože od vás žádná energie neproudí do distribuční sítě. U klasické síťové FVE je nutná smlouva s distributorem.

Lze u ostrova udělat tři fáze?

Ano, jen musíte mít tři silné střídače, které takové zapojení podporují. Takže se připravte u 3 x 5 kW na cenu skoro 200 tisíc korun za střídače.

Mám dům a chci šetřit, co poradíte?

Je to vždy otázka ceny instalace. Dnes si za pár desítek tisíc pořídíte síťovou elektrárnu na klíč s přebytky do teplé vody. Roční cena za elektřinu vám padne klidně na polovinu a návratnost máte kolem 8—10 let. A je to i velmi jednoduché řešení z hlediska instalace.
Pokud byste přemýšleli o systému s baterií (hybridní systém): když započítáte všechny aspekty, ekonomicky se to dnes prostě nevyplatí, což je na jednu stranu škoda, ale časem by se to mělo zlepšit.

Lze ušetřit na spotřebě elektřiny i za málo peněz?

Ano, mikrostřídačem. Montuje se přímo na panel a leze z něj rovnou 230 V. Pokud máte doma ledničku a třeba mrazák nebo nějaké čerpadlo, pořízením panelu s mikrostřídačem (výkon cca 250 W) a napojením na fázi s uvedenými spotřebiči můžete ročně ušetřit spoustu peněz. Cenově vyjde takový panel asi na sedm tisíc korun plus nějaký elektromateriál a práce. Instalaci jde řešit smlouvou s distributorem nebo bez smlouvy pomocí „chytrých krabiček“, které pohlídají nulové přetoky do sítě.