V súčasnej dobe sa zvyšuje dopyt po bývaní s nízkymi prevádzkovými nákladmi. Je to dané šetrnejším uvažovaním budúcich majiteľov k životnému prostrediu, čo dokladá napríklad odhlasovaná Európska smernica 20/20/20 požadujúca okrem iného po roku 2020 výstavbu domov s takmer nulovou spotrebou energie.
Cez preizolované pasívne domy cesta nevedie
Tuzemskí výrobcovia pasívnych domov sa tejto smernice ihneď chytili a začali ponúkať svoje „krabice” s polmetrovou vrstvou izolácie v stenách ako jediné možné riešenie: „Zdá sa, že jedinou možnosťou, ktorá toto v súčasnej dobe vie zabezpečiť, je výstavba pasívnych a nízkoenergetických domov,” uvádza jeden z nich a vzápätí máva spotrebou 20 kWh/m2 za rok. Pritom im v základe ponúkané domy spotrebujú tisíce kWh elektriny z uhoľných elektrární len na ohrev vody a na vlastnú prevádzku možno ešte viac!
Takto to naši zákonodarcovia v Bruseli nemysleli. Namiesto do extrému izolovaných pasívnych domov mali na mysli skôr rozumný kompromis v izolácii a súčasne s využitím obnoviteľných zdrojov na vlastnú prevádzku. Takto správne vyvážený dom bude nielen lacnejší, ale v konečnom dôsledku tiež úspornejší. A hrubá stavba môže byť „len” z tepelnoizolačných tehál bez dodatočnej izolácie!
Využime energiu zo Slnka
Iba jeden štvorcový meter južne orientovanej strechy dokáže v našich zemepisných podmienkach ročne vyrobiť 100–200 kWh elektrickej energie alebo viac ako 500 kWh tepla pre ohrev vody. Ako tú energiu ale využiť?
Dom s elektrárňou na streche
Všetkým dobre známy koncept elektrární predávajúcich vyrobenú elektrinu E.ONu alebo ČEZu nie je možné použiť. Elektrinu síce vyrobíme ale čo je dôležité, celú produkciu predáme a následne musíme kúpiť. Spotrebu od dodávateľa teda máme rovnakú ako bez elektrárne, a ako náhle skončí dotovaný výkup, budeme už len kupovať.
Faktickú úsporu nakúpených energií predstavujú až takzvané ostrovné fotovoltaické elektrárne, ktoré môžu od marca do septembra pokrývať takmer celú spotrebu. V zimnom období a v prípade zlého počasia si elektrinu normálne dokúpime od dodávateľa. V rámci celého roku to ale namiesto priemerných 10 kWh/deň už môže byť len jedna kilowatthodina.
Ako taká elektráreň vyzerá
Fotovoltaické panely
Celý systém si popíšeme v poradí zodpovedajúcemu výrobnému procesu elektrickej energie.
Prvé v poradí sú fotovoltaické panely, ktoré sa starajú o premenu slnečného žiarenia v jednosmerný prúd. Najčastejšie sa používajú panely polykryštalické s účinnosťou okolo 15–20 %, ďalšou možnosťou sú panely amorfné s účinnosťou zhruba polovičnou. Výkon panelu sa udáva v jednotke Wp (watt peak ), ktorá vyjadruje počet wattov, ktoré bude panel vyrábať pokiaľ na neho bude kolmo dopadať slnečné žiarenie o výkone 1000 W/m2. Južne orientovaný panel vyrobí v našich podmienkach z každého Wp ročne zhruba 1 kWh. Šestnásť 240 Wp panelov teda za rok vyprodukuje cca 3840 kWh, na streche potom zaberú cca 25 m2 (polykryštalické panely).
Solárny regulátor a batérie
Vyrobený jednosmerný prúd sa následne ukladá do batérií, čo zabezpečuje solárny regulátor.
Existujú dva základné typy regulátorov – lacnejšie a jednoduchšie PWM (pulse width modulation = pulzne-šírková modulácia), kde sa, zjednodušene povedané, nabíjajú rovnakým prúdom ako vystupuje z panelov a zároveň sa znižuje napätie podľa aktuálneho napätia batérií, čo vedie k výrazným stratám (účinnosť cca 70 %) a sofistikovanejší maximum power point tracking (MPPT) regulátor sledujúci maximálny výkonový bod panelov (napätie x prúd). Tento regulátor znižuje napätie z panelov v závislosti na napätí batérií a súčasne zvyšuje prúd, čím dosahuje účinnosti až 99 %. Regulátor je potrebné vyberať podľa zvolených panelov a batérií.
Najčastejšie sa používajú batérie o celkovom napätí 48 V, podľa zvoleného systému je možné použiť tiež napr. 24 V alebo 12 V. Čím je menšie napätie batérií, tým je potrebné pri rovnakom požadovanom výkone použiť hrubšie káble. Pokiaľ budeme chcieť z batérií odoberať viac ako 2000 W, je vhodné zvoliť 48V systém. Ďalej volíme ešte kapacitu – Ah (ampér hodina), ktorá spolu s napätím udáva koľko energie je možné do batérie uložiť. Na kapacite batérií tiež závisí maximálny nabíjací/vybíjací prúd, a preto je potrebné pri voľbe akumulátorov zohľadniť maximálny prúd, ktorý môže dodávať regulátor a maximálny prúd, ktorý môže odoberať menič. Samozrejme je tiež dôležitá cyklickosť batérií a nároky na údržbu.
Menič napätia
Poslednou a zároveň najdôležitejšou hlavnou časťou elektrárne je menič napätia, ktorý sa stará o transformovanie jednosmerného napätia z batérií na striedavých 230 V. Meniče sa vyrábajú podľa nominálneho napätia batérií – 12 V, 24 V nebo 48 V a požadovaného maximálneho výkonu – od 100 W do niekoľkých kW. Okrem výroby striedavého prúdu sa môžu tiež starať o nabíjanie batérií a v prípade nedostatku elektriny zo slnka plynule prechádzať na prevádzku z rozvodovej siete. Pre domácu elektráreň je potrebné vždy vyberať menič s čistým sínusovým výstupom, s ostatnými typmi (trapéz, modifikovaný sínus) má veľká časť elektroniky problém.
V nasledujúcom voľnom pokračovaní si postupne podrobnejšie predstavíme jednotlivé vyššie spomínané súčasti, zoznámime sa s dimenzovaním ich výkonu a prispôsobením domácnosti na chod z vlastnej elektrárne. Nebudú chýbať ani ukážky z reálneho merania a on-line monitoringu.
