Autokonsumpcja z fotowoltaiki – ile daje magazyn energii?

Produkcja energii z instalacji fotowoltaicznej i zużycie prądu w domu rzadko odbywają się dokładnie w tym samym czasie. Panele osiągają najwyższą produkcję najczęściej w środku dnia, gdy domownicy są poza domem, natomiast większe zużycie pojawia się rano i wieczorem. W efekcie część energii jest wykorzystywana od razu, a pozostała nadwyżka trafia do sieci.

Właśnie dlatego coraz większe znaczenie ma autokonsumpcja z fotowoltaiki, czyli zużywanie wyprodukowanej energii bezpośrednio w domu. Można ją zwiększać przez odpowiednie sterowanie urządzeniami, zmianę codziennych nawyków oraz zastosowanie magazynu energii.

Nie chodzi jednak o to, aby za wszelką cenę zatrzymać każdą kilowatogodzinę. Najważniejsze jest dopasowanie instalacji do rzeczywistego profilu zużycia budynku.

Czym jest autokonsumpcja energii z fotowoltaiki?

Autokonsumpcja oznacza tę część energii wyprodukowanej przez instalację fotowoltaiczną, która zostaje wykorzystana na miejscu — bez wcześniejszego przekazywania jej do sieci elektroenergetycznej.

Jeżeli panele produkują w danej chwili 4 kW, a urządzenia w domu pobierają 1,5 kW, to właśnie 1,5 kW jest zużywane bezpośrednio. Pozostałe 2,5 kW stanowi chwilową nadwyżkę.

Bez magazynu energii nadwyżka jest zazwyczaj oddawana do sieci. Jeżeli instalacja ma odpowiednio dobrany magazyn, część tej energii może zostać zapisana w akumulatorze i wykorzystana później.

Autokonsumpcji nie należy mylić z samowystarczalnością:

• autokonsumpcja określa, jaka część produkcji z fotowoltaiki została wykorzystana w budynku;
• samowystarczalność pokazuje, jak dużą część całego zapotrzebowania domu pokryła własna instalacja.

Dom może wykorzystywać dużą część swojej produkcji, a mimo to okresowo pobierać energię z sieci — szczególnie zimą, nocą albo podczas kilku pochmurnych dni.

Dlaczego produkcja i zużycie energii często się rozmijają?

Typowa domowa instalacja fotowoltaiczna rozpoczyna produkcję rano, osiąga najwyższą moc w godzinach okołopołudniowych, a następnie stopniowo zmniejsza produkcję aż do zachodu słońca.

Tymczasem zużycie energii w wielu gospodarstwach wygląda odwrotnie.

Rano pracują czajnik, ekspres do kawy, oświetlenie i urządzenia łazienkowe. Później zużycie spada, zwłaszcza jeśli domownicy wyjeżdżają do pracy lub szkoły. Kolejny wyraźny wzrost następuje po południu i wieczorem, gdy uruchamiane są urządzenia kuchenne, pralka, zmywarka, telewizor, komputer albo ładowarka samochodu elektrycznego.

Na profil zużycia wpływają również:

• sposób ogrzewania budynku i przygotowania ciepłej wody;
• obecność pompy ciepła, klimatyzacji lub samochodu elektrycznego;
• praca zdalna i liczba osób przebywających w domu w ciągu dnia;
• taryfa energii elektrycznej;
• automatyka domowa i harmonogramy pracy urządzeń;
• pora roku i warunki pogodowe;
• moc oraz orientacja modułów fotowoltaicznych.

Dlatego dwie rodziny mające instalację o tej samej mocy mogą osiągać zupełnie inny poziom wykorzystania własnej energii.

Co dzieje się z nadwyżką energii bez magazynu?

Jeśli chwilowa produkcja fotowoltaiki jest wyższa od bieżącego zużycia domu, nadwyżka trafia do sieci.

W systemie net-billing jej wartość jest rozliczana według obowiązujących zasad, a uzyskane środki zasilają depozyt prosumencki. Nie oznacza to jednak, że sieć działa jak bezpłatny magazyn, z którego można później odebrać dokładnie tę samą ilość energii.

Wartość energii wprowadzanej do sieci i końcowy koszt energii pobieranej wraz z opłatami nie są tym samym. Z tego powodu bezpośrednie wykorzystanie własnej produkcji może mieć większe znaczenie ekonomiczne niż samo zwiększanie ilości energii wysyłanej do sieci.

Więcej o zasadach rozliczeń opisujemy w artykule Jak działa net-billing, czyli rozliczanie energii z fotowoltaiki.

Jak magazyn energii zwiększa autokonsumpcję?

Magazyn energii przesuwa wykorzystanie nadwyżek na późniejsze godziny.

Gdy fotowoltaika produkuje więcej energii, niż dom aktualnie potrzebuje, system może ładować akumulator. Wieczorem, nocą albo przy krótkotrwałym spadku produkcji zgromadzona energia zasila urządzenia w budynku.

W uproszczeniu kolejność przepływu energii może wyglądać następująco:

1. Fotowoltaika w pierwszej kolejności zasila pracujące urządzenia.
2. Nadwyżka produkcji ładuje magazyn energii.
3. Po naładowaniu magazynu kolejna nadwyżka może zostać przekazana do sieci.
4. Kiedy produkcja z paneli spada, dom zaczyna korzystać z energii zgromadzonej w akumulatorze.
5. Po osiągnięciu ustalonego minimalnego poziomu naładowania brakująca energia jest pobierana z sieci.

Dokładne działanie zależy od konfiguracji falownika, systemu zarządzania energią, parametrów baterii oraz priorytetów ustawionych dla konkretnej instalacji.

Przykładowy dzień bez magazynu i z magazynem energii

Załóżmy, że instalacja fotowoltaiczna wyprodukowała w słoneczny dzień 24 kWh energii. Dom w ciągu tej samej doby zużył łącznie 18 kWh, ale tylko 7 kWh przypadło na godziny pracy instalacji.

Instalacja bez magazynu energii

W takim przypadku:

• 7 kWh zostało wykorzystane bezpośrednio;
• 17 kWh nadwyżki trafiło do sieci;
• wieczorne i nocne zapotrzebowanie zostało pokryte energią pobraną z sieci.

Instalacja z magazynem energii

Po zastosowaniu odpowiednio dobranego magazynu:

• 7 kWh zostało wykorzystane bezpośrednio;
• część nadwyżki naładowała magazyn;
• zgromadzona energia zasiliła dom po zachodzie słońca;
• do sieci trafiła tylko energia, której dom nie zużył i której nie można było już zapisać w magazynie.

Ten przykład pokazuje zasadę działania, ale nie jest obietnicą konkretnego wyniku.

Rzeczywisty efekt zależy między innymi od pojemności użytkowej magazynu, mocy ładowania i rozładowania, strat przetwarzania, pogody oraz godzin, w których dom zużywa energię.

Od czego zależy poziom autokonsumpcji?

Nie istnieje jeden wynik właściwy dla każdego budynku. Na poziom autokonsumpcji wpływa kilka powiązanych ze sobą elementów.

Profil zużycia energii

Najważniejsza jest odpowiedź na pytanie, ile energii dom potrzebuje w poszczególnych godzinach, a nie tylko w skali całego roku.

Roczne zużycie widoczne na fakturze nie pokazuje, czy energia jest wykorzystywana rano, w południe, wieczorem czy nocą. Z tego powodu przy doborze instalacji warto korzystać z danych godzinowych dostępnych u operatora systemu dystrybucyjnego.

Moc instalacji fotowoltaicznej

Jeżeli instalacja produkuje znacznie więcej energii, niż budynek może zużyć i zgromadzić, duża część nadwyżek nadal będzie przekazywana do sieci.

Z kolei zbyt mała instalacja może nie wytwarzać wystarczającej ilości energii, aby jednocześnie zasilać dom i regularnie ładować magazyn.

Orientacja modułów fotowoltaicznych

Instalacja skierowana na południe może osiągać wysoki szczyt produkcji w środku dnia. Układ wschód–zachód zazwyczaj rozkłada produkcję na dłuższą część dnia, co w niektórych gospodarstwach lepiej pokrywa się z bieżącym zużyciem.

Nie oznacza to, że jedno rozwiązanie jest zawsze lepsze. Dobór powinien uwzględniać warunki dachu, zacienienie i profil zapotrzebowania budynku.

Pojemność użytkowa magazynu

Zbyt mały magazyn może szybko się napełniać i nie przejmować kolejnych nadwyżek. Zbyt duży może natomiast przez znaczną część roku pozostawać niedoładowany.

Większa pojemność nie zawsze oznacza proporcjonalnie większą korzyść.

Praktyczne zasady doboru opisujemy w poradniku Jak dobrać pojemność magazynu energii do instalacji fotowoltaicznej?.

Moc ładowania i rozładowania

Pojemność podawana w kWh określa ilość energii, natomiast moc w kW informuje, jak szybko magazyn może ją przyjmować lub oddawać.

Magazyn może mieć wystarczającą pojemność, ale nie pokryć jednoczesnej pracy kilku urządzeń o dużej mocy, jeżeli jego moc rozładowania jest zbyt mała.

Ustawienia systemu

Znaczenie mają między innymi:

• minimalny poziom naładowania baterii;
• harmonogramy pracy;
• rezerwa pozostawiana na zasilanie awaryjne;
• maksymalna moc ładowania i rozładowania;
• sposób współpracy instalacji z siecią;
• kolejność zasilania poszczególnych odbiorników.

Ustawienia powinny odpowiadać temu, czy priorytetem jest ekonomiczne wykorzystanie energii, zasilanie awaryjne wybranych obwodów czy połączenie obu funkcji.

Jak zwiększyć autokonsumpcję bez magazynu energii?

Magazyn nie jest jedynym sposobem zwiększenia wykorzystania energii z fotowoltaiki.

Pierwszym krokiem może być przesunięcie części zużycia na godziny największej produkcji.

Pomagają w tym między innymi:

• uruchamianie pralki, suszarki i zmywarki w ciągu dnia;
• podgrzewanie wody w godzinach największej produkcji;
• ładowanie samochodu elektrycznego podczas pracy instalacji PV;
• ustawianie harmonogramów klimatyzacji lub innych odbiorników;
• korzystanie z inteligentnych gniazdek i systemu zarządzania energią;
• planowanie pracy energochłonnych urządzeń zgodnie z prognozowaną produkcją;
• ograniczenie jednoczesnej pracy urządzeń powodujących wysoki chwilowy pobór mocy.

Takie działania mogą poprawić wykorzystanie bieżącej produkcji, ale mają swoje ograniczenia.

Nie każde urządzenie można uruchamiać w dowolnym momencie, a największe zapotrzebowanie wielu domów nadal przypada na wieczór. Wtedy magazyn energii pozwala wykorzystać nadwyżki bez konieczności podporządkowywania całego dnia pracy fotowoltaiki.

Kiedy magazyn energii ma największy wpływ na autokonsumpcję?

Magazyn może przynieść największą zmianę w budynku, w którym:

• w ciągu dnia powstają regularne nadwyżki z fotowoltaiki;
• duża część zużycia przypada na wieczór i noc;
• domownicy nie mogą przesunąć pracy większości urządzeń na godziny produkcji;
• instalacja jest właściwie dobrana do rocznego zapotrzebowania;
• dostępne są dane pozwalające prawidłowo określić pojemność magazynu;
• system został odpowiednio skonfigurowany po uruchomieniu.

Mniejsze znaczenie może mieć w domu, który już bez magazynu wykorzystuje większość produkcji na bieżąco. Dotyczy to na przykład budynków z wysokim zużyciem energii w ciągu dnia.

Każdy przypadek należy więc oceniać indywidualnie.

Czy najwyższa możliwa autokonsumpcja zawsze jest najlepszym celem?

Nie zawsze.

Dążenie do zatrzymania niemal całej produkcji może wymagać zastosowania bardzo dużego magazynu, który w części miesięcy nie będzie w pełni wykorzystywany.

System powinien być dopasowany ekonomicznie i technicznie, a nie dobrany wyłącznie po to, aby osiągnąć atrakcyjny procent w aplikacji.

Przy analizie warto uwzględnić:

• roczne oraz dobowe zużycie energii;
• dane godzinowe z licznika, jeśli są dostępne;
• moc i rzeczywistą produkcję fotowoltaiki;
• ilość energii oddawanej do sieci;
• ilość energii pobieranej z sieci;
• planowane nowe odbiorniki;
• pojemność użytkową i moc magazynu;
• sprawność całego systemu;
• możliwość rozbudowy w przyszłości;
• oczekiwania dotyczące zasilania awaryjnego.

Dobry projekt nie polega na wybraniu największego akumulatora z katalogu. Powinien wynikać z danych dotyczących konkretnego budynku.

Fotowoltaika z magazynem w nowej instalacji

Najłatwiej zaplanować współpracę wszystkich urządzeń, gdy fotowoltaika i magazyn energii są projektowane jednocześnie.

Można wtedy od początku dobrać:

• odpowiedni falownik;
• kompatybilny magazyn energii;
• zabezpieczenia;
• sposób pomiaru przepływu energii;
• lokalizację baterii;
• przebieg okablowania;
• zakres ewentualnego zasilania awaryjnego;
• możliwość przyszłej rozbudowy.

Wspólne zaprojektowanie systemu nie oznacza, że każda instalacja musi od razu otrzymać największy dostępny magazyn. Ważniejsza jest zgodność urządzeń i możliwość dopasowania systemu do rzeczywistych potrzeb użytkownika.

Czy magazyn można dołożyć do istniejącej fotowoltaiki?

Magazyn energii można również dołożyć do działającej instalacji fotowoltaicznej, ale wymaga to wcześniejszej analizy technicznej.

Należy sprawdzić między innymi:

• model i parametry obecnego falownika;
• sposób przyłączenia instalacji;
• możliwości komunikacji pomiędzy urządzeniami;
• dostępne miejsce na magazyn;
• wymagane zabezpieczenia;
• możliwości wykonania zasilania awaryjnego;
• zgodność urządzeń różnych producentów.

Czasami uzasadnione jest zastosowanie rozwiązania współpracującego z istniejącą instalacją, a czasami wymiana falownika na urządzenie hybrydowe.

Więcej na ten temat przeczytasz w artykule Magazyn energii do istniejącej fotowoltaiki – czy można go dołożyć?.

Autokonsumpcja a zasilanie awaryjne

Zwiększanie autokonsumpcji i zapewnienie zasilania podczas awarii sieci to dwa różne cele.

Magazyn może na co dzień przechowywać nadwyżki z fotowoltaiki, ale nie oznacza to automatycznie, że podczas zaniku napięcia będzie zasilał cały dom.

Do działania w trybie awaryjnym potrzebne są odpowiednie urządzenia, zabezpieczenia, konfiguracja oraz wydzielenie obwodów, które mają pozostać aktywne.

W praktyce mogą to być na przykład:

• lodówka;
• oświetlenie;
• router;
• automatyka kotła;
• brama garażowa;
• wybrane gniazda;
• pompy obiegowe;
• inne ważne urządzenia o odpowiednio dobranej mocy.

Jeżeli część energii ma być stale dostępna na wypadek awarii, w magazynie pozostawia się określoną rezerwę. Zwiększa to bezpieczeństwo, ale jednocześnie zmniejsza pojemność dostępną do codziennego zwiększania autokonsumpcji.

Dlatego sposób pracy systemu powinien odpowiadać priorytetom właściciela budynku.

Jak przygotować dane do doboru magazynu energii?

Przed wyceną warto zebrać kilka informacji:

1. Roczne zużycie energii z ostatnich 12 miesięcy.
2. Rachunki lub dane godzinowe z licznika zdalnego odczytu.
3. Moc instalacji fotowoltaicznej.
4. Roczną produkcję instalacji PV.
5. Ilość energii oddanej do sieci.
6. Ilość energii pobranej z sieci.
7. Model falownika i podstawowe dane istniejącej instalacji.
8. Informację o dużych odbiornikach oraz godzinach ich pracy.
9. Planowane zmiany, takie jak samochód elektryczny, klimatyzacja albo zwiększenie zużycia.
10. Oczekiwania dotyczące zasilania awaryjnego.

Im dokładniejsze dane, tym mniejsze ryzyko przewymiarowania lub niedoszacowania systemu.

Najczęściej zadawane pytania

Czy magazyn energii zawsze zwiększa autokonsumpcję?

Jeśli w instalacji występują nadwyżki produkcji, a dom zużywa energię po zakończeniu pracy fotowoltaiki, magazyn może zwiększyć wykorzystanie własnego prądu. Skala poprawy zależy jednak od profilu zużycia, pojemności i mocy magazynu, ustawień systemu oraz pory roku.

Czy magazyn energii działa zimą?

Tak, ale ilość energii dostępnej do magazynowania zależy od produkcji fotowoltaiki. Zimą dni są krótsze, a produkcja często niższa, dlatego akumulator może nie ładować się codziennie do pełna. Nie oznacza to usterki systemu.

Czy magazyn energii 10 kWh wystarczy do domu?

Nie można tego ocenić wyłącznie na podstawie powierzchni budynku. Trzeba sprawdzić wieczorne i nocne zużycie, produkcję fotowoltaiki, moc urządzeń oraz oczekiwaną rezerwę.

Pomocny będzie artykuł Magazyn energii 10 kWh – dla kogo wystarczy i kiedy warto wybrać większy?.

Czy energia z magazynu może zasilać dom podczas awarii sieci?

Tylko jeśli instalacja została wyposażona i skonfigurowana do pracy awaryjnej. Samo posiadanie baterii nie oznacza automatycznie, że wszystkie obwody będą działały podczas zaniku napięcia. Zakres backupu zależy od zastosowanych urządzeń, projektu instalacji oraz wydzielonych obwodów.

Czy można osiągnąć całkowitą niezależność od sieci?

W typowej instalacji przyłączonej do sieci całkowita niezależność przez cały rok jest trudna do uzyskania. Produkcja zmienia się sezonowo, a kilka pochmurnych dni może ograniczyć możliwość ładowania magazynu.

Rozsądnym celem jest lepsze wykorzystanie własnej energii i ograniczenie poboru z sieci, a nie składanie obietnicy pełnej niezależności w każdych warunkach.

Czy większy magazyn zawsze zwiększa oszczędności?

Nie. Jeżeli instalacja nie wytwarza wystarczających nadwyżek albo dom zużywa mało energii wieczorem i nocą, dodatkowa pojemność może pozostawać niewykorzystana.

Wielkość magazynu powinna wynikać z analizy danych, a nie z zasady „im większy, tym lepszy”.

Czy można zwiększyć autokonsumpcję bez zmiany codziennych nawyków?

Tak. Pomagają w tym automatyczne harmonogramy, system zarządzania energią oraz magazyn energii. Nie oznacza to jednak, że każda instalacja osiągnie taki sam wynik. Skuteczność zależy od urządzeń i profilu zużycia budynku.

Czy magazyn energii można później rozbudować?

Zależy to od wybranego producenta, modelu baterii, falownika oraz zasad dotyczących łączenia nowych i używanych modułów. Jeżeli rozbudowa jest planowana, należy uwzględnić ją już na etapie wyboru systemu.

Podsumowanie

Autokonsumpcja pokazuje, jaką część energii z fotowoltaiki wykorzystujemy we własnym budynku.

Można ją zwiększać przez zmianę godzin pracy urządzeń, zastosowanie automatyki oraz magazynowanie nadwyżek. Najlepszy efekt daje jednak nie największy system, lecz rozwiązanie dopasowane do produkcji instalacji i rzeczywistego profilu zużycia domu.

Feniks OZE projektuje i montuje instalacje fotowoltaiczne oraz magazyny energii w województwach opolskim, śląskim i dolnośląskim. Analizujemy istniejącą instalację, zużycie energii i oczekiwania dotyczące zasilania awaryjnego, a następnie dobieramy rozwiązanie do konkretnego budynku.