Autokonsumpcja w fotowoltaice

Gdy wzrastają ceny prądu, użytkownicy instalacji fotowoltaicznych odnoszą największe korzyści ze zużycia własnego – autokonsumpcji. W jaki sposób działa autokonsumpcja? W jaki sposób mogę zwiększyć autokonsumpcję w domu lub w biurze, aby uzyskać jak największą opłacalność fotowoltaiki?

W poniższym artykule przedstawiamy najważniejsze kwestie, które warto wiedzieć w temacie autokonsumpcji.

1. Co to jest autokonsumpcja w fotowoltaice i jak to działa?
2. Jaki jest zwykle poziom autokonsumpcji?
3. Maksymalizacja uzysków z instalaji pv dzięki autokonsumpcji
4. Jak zwiększyć autokonsumpcję w fotowoltaice
5. Podsumowanie

Co to jest autokonsumpcja w fotowoltaice i jak to działa?

Prąd stały wytwarzany przez panele fotowoltaiczne, jest w falowniku przekształcany w prąd zmienny i wprowadzany do domowej instalacji elektrycznej. W ten sposób prąd z fotowoltaiki może być wykorzystany przez urządzenia elektryczne – to jest właśnie autokonsumpcja.

Gdy produkcja prądu z instalacji fotowoltaicznej jest większa niż zużycie w domu, nadwyżka jest przesyłana do sieci publicznej. Właściciele instalacji fotowoltaicznych otrzymują za sprzedaż prądu cenę rynkową, która jest zmieniana co miesiąc. Zwykle wynosi ok. 0,40 zł/kWh do 0,60 zł/kWh.

Autokonsumpcja energii elektrycznej z instalacji fotowoltaicznej jest naturalnym procesem. Wyprodukowany prąd jest zużywany na miejscu w domu lub biurze, ponieważ prąd przemieszcza się najkrótszą drogą. Droga z falownika do odbiorników w domu, za pośrednictwem przewodów i kabli, ma dużo niższą oporność (jest łatwiejsza do pokonania) niż droga do transformatora i do sieci publicznej. Dlatego odbiorniki w domu skonsumują dostępną energię z fotowoltaiki oraz pobiorą dodatkową energię z sieci, jeśli będzie taka potrzeba.

Autokonsumpcja prądu z fotowoltaiki pozwala zaoszczędzić na kosztach energii elektrycznej

Za sprzedaż prądu z instalacji fotowoltaicznej do sieci publicznej, prosument otrzymuje cenę rynkową, która jest zmienna i niższa od ceny zakupu prądu. Jeśli zużycie prądu w domu jest większe niż produkcja z fotowoltaiki, brakująca ilość zostanie pobrana z sieci publicznej. Obecnie cena prądu z sieci wynosi na ogół od 0,70 zł/kWh do 0,82 zł/kWh, w zależności od tego, jaka firma zaopatruje dany region. W 2023 roku wymienione ceny dotyczą zużycia prądu nie przekraczającego 2.000 kWh w ciąg roku (w niektórych sytuacjach limit może być zwiększony do 3.000 kWh). Po przekroczeniu limitu 2.000 kWh cena zakupu prądu wzrasta do 1,16 zł/kWh do 1,32 zł/kWh.

I to właśnie powoduje, że autokonsumpcja jest tak atrakcyjna: cena sprzedaży prądu nie jest szczególnie wysoka, natomiast rośnie cena prądu, który pobieramy z sieci. Najkorzystniejszy sposób w tej sytuacji to produkcja prądu z instalacji fotowoltaicznej i jego zużycie własne w domu lub w biurze.

Teoretycznie można uzyskać autokonsumpcję na poziomie 100% – wówczas cała produkcja prądu z instalacji PV jest wykorzystywana w domu i nie ma sprzedaży prądu do sieci publicznej. Taką sytuację można uzyskać posiadając na przykład małą instalację fotowoltaiczną – gdy jej produkcja pokrywa zaledwie niewielką część zużycia prądu w domu. Najczęściej średni roczny poziom autokonsumpcji wynosi pomiędzy 20% a 30%.

Jaki jest zwykle poziom autokonsumpcji?

Zimą, gdy instalacja fotowoltaiczna wytwarza niewiele prądu, można uzyskać wysoki poziom autokonsumpcji, ponieważ duża część wyprodukowanego na dachu prądu może zostać zużyta w bezpośrednio domu.

Natomiast latem instalacja PV produkuje znacznie więcej prądu, który tylko w niewielkiej części może być zużyty bezpośrednio w domu – poziom autokonsumpcji jest wówczas mniejszy.

Wyliczenie opłacalności instalacji PV o różnych mocach na konkretnych przykładach znajdziesz w artykule Net-billing w fotowoltaice – opłacalność, przykłady, natomiast zasady rozliczania sprzedaży nadwyżek energii elektrycznej w artykule Net-billing zasady rozliczania

Jak obliczyć autokonsumpcję

Współczynnik autokonsumpcji jest proporcją pomiędzy ilością prądu z fotowoltaiki wykorzystanego do zasilania odbiorników w domu w momencie jego wyprodukowania do całej wielkości produkcji prądu z fotowoltaiki. Na przykład, jeśli w ciągu dnia, gdy instalacja fotowoltaiczna produkuje prąd jest włączona lodówka, to będzie ona zasilana bezpośrednio z fotowoltaiki.

Na obrazku poniżej pokazano przykład jak obliczyć autokonsumpcję:

Instalacja fotowoltaiczna wyprodukowała tego dnia 29,79 kWh, z czego 12,07 kWh to pobór własny (autokonsumpcja), natomiast 17,72 kWh to sprzedaż prądu (prąd wysłany do sieci publicznej). Wysokość autokonsumpcji w tym przykładzie wynosi 12,07 kWh / 29,79 kWh = 40,5%.

Czy trzeba wyłączać system fotowoltaiczny w nocy?

W nocy instalacja PV nie wytwarza prądu. Jednak, ponieważ inwertery solarne pozostają w nocy w trybie czuwania, system fotowoltaiczny pobiera niewielką ilość prądu na potrzeby własne.

Maksymalizacja uzysków z instalacji PV dzięki autokonsumpcji

Generalnie, aby zwiększyć autokonsumpcję oraz opłacalność inwestycji, należy zużyć jak najwięcej prądu z fotowoltaiki w domu lub biurze w momencie jego wytworzenia. O ile w okresie jesienno-zimowym na ogół nie ma z tym większych problemów, ponieważ produkcja prądu z fotowoltaiki jest niewielka, a zużycie stosunkowo wysokie, to w okresie wiosenno-letnim nie jest to już takie łatwe.

Obecnie najczęściej sugeruje się montaż magazynu energii. Rozwiązanie to ma jednak poważną wadę: jest bardzo kosztowne, szczególnie dla posiadaczy instalacji PV, którzy musieliby albo wymienić falownik na hybrydowy albo zamontować magazyn energii z wbudowanym inwerterem (AC Coupled).

Dużo prościej jest uruchamiać urządzenia elektryczne w ciągu dnia, np. nastawić godzinę uruchomienia pralki czy zmywarki w południe. Dla użytkowników inwerterów Fronius w dalszej części artykułu opisaliśmy prosty sposób na zwiększenie autokonsumpcji, poprzez wykorzystanie wbudowanego w falownik przekaźnika.

W poniższej tabeli pokazano wpływ poziomu autokonsumpcji na okres zwrotu instalacji fotowoltaicznej. Do obliczeń przyjęto cenę prądu dla gospodarstw domowych w 2023 roku w wysokości 1,32 zł / kWh (cena w Enerdze bez zamrożenia stawek za energię). Cena po jakiej prosumenci sprzedają energię elektryczną wynosi 0,40 zł.

Na tym przykładzie widać, że odpowiedni dobór wielkości instalacji fotowoltaicznej oraz dostosowanie zużycia prądu do okresów jego produkcji umożliwia skrócenie czasu zwrotu inwestycji z 11 do 6 lat.

Jak zwiększyć autokonsumpcję w fotowoltaice

W tabeli poniżej porównujemy sposoby zwiększenia autokonsumpcji w fotowoltaice.

Dzięki zmianie nawyków można zwiększyć autokonsumpcję w domu. Uruchamiając odbiorniki elektryczne gdy mocno świeci słońce (zamiast np. wieczorem) można znacznie zwiększyć autokonsumpcję.

Liczba jednocześnie uruchamianych urządzeń jest ograniczona przez bieżącą moc z instalacji fotowoltaicznej – włączając zbyt wiele odbiorników można zmarnować potancjał drzemiący w autokonsumpcji. Na przykład jednoczesne włączenie zmywarki do naczyń oraz pralki może spowodować przekroczenie dostępnej mocy z fotowoltaiki i konieczność pobrania prądu z sieci. Dlatego lepiej najpierw włączyć jeden odbiornik, a gdy już zakończy pracę włączyć drugi odbiornik. Aby na bieżąco wiedzieć czy można uruchomić kolejne urządzenie, bardzo pomocnym jest licznik energii, np. Fronius Smart Meter.

Na poniższym wykresie przedstawiono szacunkowe wartości autokonsumpcji dla gospodarstwa domowego o zapotrzebowaniu ok 3.300 kWh energii elektrycznej rocznie.

Wielkość autokonsumpcji maleje wraz ze wzrostem wielkości instalacji fotowoltaicznej. Dla małych instalacji, np. instalacji balkonowych, poziom autokonsumpcji przekracza 50%. Czym większa instalacja PV tym niższa autokonsumpcja.

Badania przeprowadzono dla trzech rodzajów gospodarstw domowych:

• W domu cały dzień – przynajmniej jedna osoba przebywa w domu w ciągu tygodnia pomiędzy godziną 9 rano a 5 po południu,
• W domu pół dnia – dom jest na ogół pusty przez pół dnia, tzn. albo we wszystkie poranki albo we wszystkie popołudnia w ciągu tygodnia,
• Poza domem cały dzień – dom jest na ogół niezamieszkany od poniedziałku do piątku.

Najwyższą autokonsumpcję uzyskuje się w przypadku przebywania w domu we wszystkie dni tygodnia, czyli np. jeżeli ktoś pracuje z domu i w przypadku najmniejszych instalacji PV może ona nawet przekroczyć 80%.

Fronius – prosty sposób na wzrost autokonsumpcji

Jeżeli ktoś posiada falownik Fronius to najprostszym sposobem podgrzewania wody w bojlerze energią z fotowoltaiki jest wykorzystanie przekaźnika w falowniku. Do przekaźnika należy podłączyć stycznik umożliwiający załączanie odbiorników o większej mocy, gdyż przekaźnik w falowniku posiada bardzo ograniczone parametry. Jest to forma zarządzania energią na podstawie wartości produkcji instalacji fotowoltaicznej.

W menu falownika ustawiamy próg włączenia i wyłączenia styków przekaźnika w inwerterze. Progi muszą być zdefiniowane aby inwerter wiedział, dla jakich wartości wytwarzanej mocy przekaźnik ma zostać włączony i wyłączony. Warto w tym miejscu uwzględnić moc podłączonego odbiornika oraz histerezę (różnicę pomiędzy progiem załączania i wyłączania) aby uniknąć zbyt częstych załączeń przy niewielkich zmianach wytwarzanej mocy. Na przykład w przypadku załączania grzałki o mocy 2 kW można ustawić punkt uruchomienia dla wytwarzanej przez falownik mocy 3,5 kW a punkt wyłączenia 2,5 kW otrzymując histerezę o wartości 1000 W.

Wykres zużycia energii może wówczas wyglądać jak na wykresie poniżej (zielone pole to praca grzałki).

Zaletą tego rozwiązania są bardzo niskie koszty sterowania przekaźnikiem – wystarczy zamontować stycznik, nie potrzeba licznika energii typu Fronius Smart Meter. Można w ten sposób znacząco zwiększyć autokonsumpcję i zwiększyć opłacalność inwestycji w panele fotowoltaiczne.

Wadą natomiast jest brak informacji o łącznym zużyciu energii w domu, w związku z tym należy się upewnić aby w tym samym czasie gdy pracuje grzałka nie uruchamiać innych urządzeń i nie doprowadzić do znacznego poboru prądu z sieci.

Podsumowanie

• Autokonsumpcja odnosi się do produkcji i konsumpcji tego samego prądu w miejscu gdzie znajduje się instalacja fotowoltaiczna (czyli w domu lub w biurze).
• Autokonsumpcja następuje na dwa sposoby: zasilanie prądem odbiorników bezpośrednio z instalacji PV, lub ładowanie magazynu energii i wykorzystanie prądu z magazynu w czasie późniejszym.
• Po wprowadzeniu net-billingu, autokonsumpcja jest dobrym sposobem na zwiększenie zysków z instalacji fotowoltaicznej.