Centralną częścią każdej instalacji fotowoltaicznej (PV) jest inwerter, często nazywany również falownikiem. Jego zadaniem jest zamiana prądu stałego produkowanego przez panele fotowoltaiczne na prąd zmienny, jakim zasilane są wszystkie urządzenia w naszych domach. To właśnie inwerter jest odpowiedzialny za wysyłanie prądu wytworzonego w domowej instalacji PV do sieci.
Przesłanie prądu wytworzonego przez panele fotowoltaiczne wydaje się bardzo proste. Zebrana przez nie energia, przekształcona przez inwerter w prąd zmienny, jest przekazywana do sieci energetycznej. W rzeczywistości falownik działa jak swego rodzaju pompa tłocząca prąd do sieci. Żeby jednak mógł to zrobić, wytwarzane przez niego napięcie musi być wyższe od aktualnego napięcia w sieci.
Powoduje to wzrost napięcia sieciowego z 230 V do 240 czy nawet 250 V. Ponieważ zgodne z normą dopuszczalne są różnice +/- 10 proc. od 230 volt, to przy utrzymującym się napięciu przekraczającym 253 wolty falownik powinien się wyłączyć. Jeśli na końcowym odcinku sieci energetycznej znajduje się kilka przydomowych instalacji produkujących energię, to w okresie silnego nasłonecznienia do wyłączenia falownika dojdzie dość szybko.
Na pierwszy rzut oka zmiany napięcia nie wydają się groźne, ale przy dzisiejszym nasyceniu sprzętu domowego elektroniką, wszelkie jego zmiany, zwłaszcza gwałtowne, są niepożądane. Przedłużające się podniesienie napięcia w sieci skutkuje także spadkiem trwałości wszystkich podłączonych do niej urządzeń.
Dofinansowanie domowego magazynu energii
Temu problemowi można częściowo zaradzić, dodatkowo uzupełniając domową instalację fotowoltaiczną o akumulator, który magazynuje prąd w godzinach jego nadmiarowej produkcji. Następnie w godzinach zwiększonego zapotrzebowania jest on przesyłany do sieci bez zbędnego podnoszenia napięcia. Właśnie zastosowanie takiego rozwiązania przewidziano najprawdopodobniej w programie Mój Prąd 2021, pisząc o "magazynach energii". Pozwala to zwiększyć autokonsumpcję w gospodarstwie domowym i zmniejszyć obciążenie sieci.
By zoptymalizować koszty, w przypadku liczników dwutaryfowych, taki system może pobrać prąd z sieci w nocy, oddając go w dzień. Przynosi to dodatkowe oszczędności, wyrównując zmniejszoną produkcję prądu przez instalację fotowoltaiczną jesienią i zimą. Domowy akumulator energii to niewątpliwie bardzo dobre rozwiązanie, niestety wymagające kolejnych nakładów finansowych.
Czy czeka nas hybrydowa energetyka?
Polskie Sieci Elektroenergetyczne (PSE) również są w pełni świadome problemu cykliczności produkcji energii odnawialnej i podejmują kroki, które mają służyć rozwiązaniu tego problemu. W tym celu projektowany na północy Polski wielki bateryjny magazyn energii o mocy 6MW i pojemności 27MWh.
Stworzy to swego rodzaju system hybrydowy. Elektrownie produkują prąd w swoim optymalnym zakresie mocy, przekazując nadwyżki do magazynu energii. W godzinach szczytu jest ona stamtąd pobierana, a następnie ponownie uzupełniana na przykład w nocy. Takie rozwiązanie pozwala też na stopniowe, płynne zwiększanie i redukowanie mocy elektrowni w zależności od potrzeb. By zróżnicować źródła energii, w magazynie ma być również gromadzony prąd wytwarzany przez Farmę Wiatrową Bystra, na której terenie powstanie magazyn. Wszystkie te rozwiązania wymagają niestety poważnych inwestycji zarówno w nowo powstające magazyny energii, jak i w samą sieć przesyłową i jej sterowanie.
Nadmiar fotowoltaiki to więcej spalanego węgla?
Wyobraźmy sobie sytuację, w której wszystkie domy jednorodzinne mają zainstalowane instalacje fotowoltaiczne i wszyscy grzeją swoje domy wyłącznie prądem. Teoretycznie to bardzo czysta i ekologiczna wizja. Pozostaje jednak jeden zasadniczy problem - czym oświetlimy te domy w nocy, nie wspominając już o ogrzewaniu zimą? W obecnej chwili nie mamy ucieczki przed wykorzystaniem energii pochodzącej ze zwykłych elektrowni niezależnie od tego, czy będą one węglowe, czy atomowe.
W tym kontekście ważne jest odpowiedzialne wykorzystywanie energii i stosowanie rzeczywiście ekologicznych rozwiązań, takich jak pompa ciepła czy rekuperacja. Warto je uwzględnić, już wybierając projekt domu. Oczywiście podstawą jest prawidłowa termoizolacja budynku.
Fotowoltaika mniej ekologiczna niż nam się wydaje
Jak widać, ogrzewanie domu wyłącznie zwykłymi grzejnikami elektrycznymi wcale nie jest rozwiązaniem tak ekologicznym, jak by się mogło wydawać. Próba spłaty inwestycji w fotowoltaikę wyłącznie przez sprzedaż prądu do sieci, bez korzystania z innych energooszczędnych rozwiązań zastosowanych w domu, jest dość krótkowzroczna.
Tak ogrzewany dom zimą będzie zużywał ogromne ilości energii elektrycznej, które trzeba będzie do niego przesłać. Trzeba do tego wykorzystać istniejącą sieć, znacznie ją obciążając. Wcześniej czy później konieczna okaże się inwestycja w rozbudowę lokalnej infrastruktury energetycznej, by przesyłać znacznie zwiększoną ilości energii, dodatkowo spalając ogromne ilości węgla w elektrowniach.
Skoro fotowoltaika ma tyle wad, to nasuwa się pytanie, czemu musimy ją stosować? Ponieważ obecnie praktycznie jedyną alternatywą dla niej, przynajmniej w Europie, jest korzystanie z elektrowni węglowych i atomowych. Ani jedne, ani drugie nie są przyjazne dla środowiska.
Niezależnie od tego, jakie rozwiązania zostaną ostatecznie wdrożone, inwestycje w infrastrukturę energetyczną są nieuniknione. Niestety koszty tego poniesiemy my wszyscy jako użytkownicy energii i sieci energetycznych.
Podobnego zdania jest wielu ekspertów, którzy prognozują wzrost cen energii w Polsce do 2040 roku. O zbilansowanym użytkowaniu energii warto pamiętać przy wyborze projektu domu i jego budowie. Niewątpliwie jesteśmy teraz w okresie transformacji zarówno sieci energetycznych, jak i źródeł pozyskiwania energii, a każda transformacja wiąże się ze zmianami i inwestycjami, których przełożą się na wzrost ceny prądu w tym i kolejnych latach.