Izkušnje s sončno elektrarno na strehi enodružinske hiše: Kaj sem ugotovil po štirih letih uporabe

Med pogovori z ljudmi in tudi pri branju prispevkov v medijih ugotavljam, da še vedno večina nima prave predstave o sončnih elektrarnah. Pri tem imam v mislih predvsem količino proizvedene energije, delovanje v oblačnem vremenu in porazdelitev proizvodnje preko celega leta.

Dejansko stanje je namreč precej boljše kot je splošno mnenje. Električna energija iz sončne elektrarne je na voljo precej več časa kot samo poleti in tudi krajša obdobja brez sonca zmoremo premostiti. Zato v tem prispevku poizkušam predstaviti izkušnje s sončno elektrarno (SE) na strehi enodružinske hiše v Ljubljani v zadnjih štirih letih. Ni pa namen prispevka razprava o državni energetski politiki, kjer so zahteve in možnosti precej drugačne.

Za lažjo predstavo sem električno energijo, ki jo potrebujemo v domačem okolju, razdelil v tri večje skupine:

• gospodinjstvo: razsvetljava, kuhanje, pranje, TV … (5100 kWh/leto),


• ogrevanje in topla voda (4300 kWh/leto),


• električni avto (20.000 km/leto; 3600 kWh/leto).

Skupaj je to 13.000 kWh, kar je ravno proizvodnja SE z največjo močjo 10,8 kW. Poraba je seveda odvisna od toplotne izolacije hiše, vrste toplotne črpalke, avtomobila, vremenskih razmer …, zato so vrednosti zgolj okvirne. Pred investicijo v SE je potrebno narediti izračun za vsak posamezen primer.



Slika 1: Proizvodnja po mesecih za pretekla 4 leta. Od marca do vključno septembra so odstopanja relativno majhna, februarja in oktobra se proizvodnja giblje med polovico in dvema tretjinama poletne, medtem ko je proizvodnja izrazito nižja v novembru in decembru.

Na sončen dan med marcem in septembrom lahko računamo vsaj na 60 kWh energije, včasih tudi na več kot 70 kWh. Količina je odvisna od temperature in od tega, če prijadra mimo kakšen oblak. V našem primeru za gospodinjstvo dnevno v povprečju porabimo 14 kWh, torej ostane 46 kWh. To bi zadostovalo za več kot 230 km z avtom, vendar v povprečju dnevno prevozimo "le" 55 km, to pomeni 11 kWh električne energije. V marcu sicer porabimo v povprečju še 15 kWh/dan za ogrevanje, v aprilu pa 9 kWh/dan. To pomeni, da SE vsak sončen dan v marcu proizvede vsaj 20 kWh viška energije [1], v toplih mesecih pa 35 kWh. Zato je energije dovolj tudi ob ne povsem jasnih dnevih. Proizvodnja je manjša od porabe le ob celodnevnem dežju ali res oblačnih dnevih.

Kaj pa preostali del leta? Meritve kažejo, da je oktobra mesečna bilanca okoli ničle, odvisno od vremena, predvsem od začetka ogrevalne sezone.

V februarju je energije dovolj za gospodinjstvo in avto, zmanjka pa je za ogrevanje. V januarju je bilo energije leta 2020 in 2022 dovolj za gospodinjstvo in avto, v letih 2019 in 2021 pa le za gospodinjstvo. V novembru in decembru proizvedena energija le vsako drugo ali tretje leto zadostuje za porabo v gospodinjstvu.

Opisano si poglejmo še grafično.





Tukaj si lahko ogledamo potek moči preko dneva za skoraj cel mesec (energijo predstavlja ploščina pod krivuljo). Kljub suši je bilo povsem jasnih dni v avgustu le 5.

SE s pogodbo za samooskrbo

Po trenutnih pravilih, ki veljajo za samooskrbo, viške oddamo v omrežje, primanjkljaj pa dobimo iz omrežja. Če je na letnem nivoju več energije oddane v omrežje, kot je prejmemo, ta energija ni plačana - podarimo jo prodajalcu. Primanjkljaj seveda plačamo, zato se izplača elektrarno dimenzionirati tako, da je proizvedena energija na letni ravni približno enaka porabljeni. Mesečni znesek na računu je 19,62 EUR, kar vključuje priključno moč, prispevek za SPTE in OVE ter mesečno nadomestilo.

Kako bi se naša elektrarna obnesla v kriznih razmerah?

Trenutno se iz varnostnih razlogov elektrarna izključi takoj, ko pade napetost v omrežju. Torej bomo v primeru redukcij tudi ob jasnem vremenu brez elektrike. Rešitev je v dokupu baterije in spremembi vezave, ko se v primeru izpada omrežja hiša odključi od omrežja, baterija pa poskrbi za izravnavo med proizvedeno in porabljeno energijo. V tem primeru bi tudi v najbolj oblačnem ali meglenem novembru in decembru imeli dovolj električne energije za razsvetljavo in hladilnik, ogrevati bi se morali na drva, v službo pa bi se vozili z avtobusom ali kolesom. Vsekakor bi se izplačalo postaviti še nekaj dodatnih solarnih modulov pod kotom optimalnim za zimske mesece in povečati kapaciteto baterije, tako da bi zmanjšali število dni, ko bi morali varčevati.



Slika 5: Količina energije shranjene v bateriji s kapaciteto 14 kWh. Upoštevana je le poraba gospodinjstva (14 kWh/dan) brez ogrevanja in avtomobila. Dnevi, ko pade energija na 0 kWh, so dnevi, ko bi zmanjkalo energije tudi za potrebe gospodinjstva. V letu 2020, ki je prikazano na sliki, bi bilo takšnih dni 40, večina v novembru in decembru. V letu 2019 bi bilo takšnih dni 43 in v letu 2021 64. Zavedati se moramo, da ti podatki veljajo za Ljubljano, ki ima pozimi veliko megle. Podatke o osončenosti Slovenije dobimo na ARSO.

Iz teh podatkov vidimo, da bi večino leta oz. skoraj 10 mesecev lahko bili neodvisni od omrežja že z manjšo baterijo 14 kWh za 10.000 EUR.



 

Če povečamo kapaciteto baterije na 80 kWh, se število dni s primanjkljajem zmanjša na 19 dni v letu 2019, 23 dni v letu 2020 in 37 dni v letu 2021.

Ali smo s sončno elektrarno lahko samozadostni za vse energetske potrebe?

To bi pomenilo, da bi se lahko popolnoma odključili od el. omrežja in ne bi plačevali niti 19,62 EUR mesečno, kot je to primer pri pogodbi za samooskrbo. Videli smo, da je ob pravilno dimenzionirani elektrarni na letnem nivoju proizvedene dovolj energije. Baterije so že dovolj poceni za shranjevanje energije za nočno porabo in deževne dni.

Težava, ki jo moramo rešiti, je sezonsko shranjevanje poleti proizvedene energije za zimo. Tukaj pa se izkaže, da dovolj poceni rešitve še ni. Baterije so za kaj takega veliko predrage, za vodik pa tudi še nisem zasledil sistema za elektrolizo z rezervoarjem in gorivnimi celicami za domačo uporabo.
Omenil bi še, da na nivoju države obstajajo tudi rešitve, ki jih posamezniki nimamo. Najenostavnejša je porazdelitev sončnih elektrarn po državi in njihova postavitev po bolj osončenih področjih. Druga možnost je predimenzioniranje elektrarne, s čimer poceni sončne celice nadomestijo del dragih shranjevalnikov, kar je izvedljivo tudi za posameznike (v tem primeru bi pozimi proizvedli več elektrike, zato bi je morali poleti manj shraniti). Tretja možnost je izmenjava elektrike s sosednjimi državami, predvsem kadar ni povsod oblačno. Že na majhnem področju, kot je Slovenija, so razlike med vremenom na posameznih področjih lahko znatne. Četrta možnost je kombinacija z vetrnimi elektrarnami. Tudi naprave za proizvodnjo vodika s pomočjo elektrolize za velike moči že obstajajo. Začetek proizvodnje napovedujejo tudi za nove načine shranjevanja [3][4].

Pri tem bi rad omenil še, zakaj je vodik za sezonsko shranjevanje bolj primeren kot za pogon avtomobilov. Pri proizvodnji vodika z elektrolizo prihaja do izgub, ko se približno tretjina električne energije pretvori v toploto. Enako je v obratni smeri, ko iz vodika s pomočjo gorivnih celic spet pridobivamo elektriko, vendar pa se to dogaja v hladnem delu leta, ko lahko toploto, ki pri tem nastaja, porabimo za ogrevanje. Pri avtomobilu gre tudi pozimi večina toplote v okolico, zato so izgube precej večje.

Ocena naložbe

Pomemben dejavnik pri odločitvi glede vrste elektrarne je gotovo cena. Poglejmo, koliko nas stane ena kWh pri SE za samooskrbo. Trenutna cena je malo nad 1000 EUR/kW moči, torej pribl. 12.000 EUR za 11 kW moči. Pri letni proizvodnji 13.000 kWh in 30 letih delovanja, kolikor je približno življenjska doba SE, to pomeni ceno 3.1 centa/kWh [2]. Trenutna cena kilovatne ure z DDV pri GEN-I-ju je pribl. 10 centov/kWh za enotno tarifo, temu pa moramo prišteti še pribl. 4 cente/kWh omrežnine, kar pomeni skupaj 14 centov/kWh (z 22 % DDV). Oziroma, če pogledamo drugače, se naložba povrne v šestih do sedmih letih. To pomeni, da se tudi z nakupom baterije za 10.000 EUR, s katero si zagotovimo samozadostnost v večjem delu leta, naložba povrne v dvanajstih letih. Za naslednje leto pa so pri GEN-I-ju že objavljene še višje cene.

Zaključek

SE so poceni vir električne energije. SE na strehi hiše proizvede dovolj električne energije za vse energetske potrebe družine vključno z ogrevanjem in prevozom. Edino, kar nam manjka, je cenovno dostopno sezonsko shranjevanje. Glede na trenutne investicije v baterije in vodikove tehnologije upajmo, da se bo to kmalu spremenilo. Takrat bomo lahko prodajalcem elektrike, plina in goriva lahko končno rekli zbogom.

Prednosti SE sta še porazdeljenost in neodvisnost od drugih držav. Medtem ko je jedrska elektrarna zelo ranljiva in je dobava električne energije v preostale dele države odvisna od daljnovodov, SE omogočajo porazdeljeno lokalno proizvodnjo in so zato veliko bolj odporne na sabotaže in naravne nesreče. Tudi v primeru okvare izpade le manjši del omrežja, poleg tega pa rezervne dele proizvaja več podjetij in držav, zato nismo odvisni od enega samega vira. Ker tudi po koncu življenjske dobe (25 do več kot 30 let) še vedno proizvajajo elektriko, le manj, jih lahko obnavljamo več let, zato tudi prekinitev dobave ni kritična, kot je npr. prekinitev dobave fosilnih goriv ali jedrskega goriva.