Ostrovní fotovoltaická elektrárna pro chaty a chalupy

Už je to tady. Konečně si můžeme v místech, kde není zavedena elektřina, pořídit za rozumné peníze vlastní výrobu elektřiny na bázi fotovoltaické elektrárny.

Nebude ani tolik obtížné najít vhodnou dodavatelskou firmu, protože již existuje celá řada firem, které se zabývají dodávkou a montáží fotovoltaických elektráren (FVE) a energetickým poradenstvím. Pokud přesto není taková firma v našem blízkém okolí, můžeme ji najít na internetu. Většinou stačí firmu oslovit telefonicky nebo e-mailem, případně prostřednictvím kontaktního formuláře zveřejněného na jejich internetových stránkách. Solidní firma reaguje rychle a její technik má za úkol od klienta zjistit, co od instalace FVE očekává a jaké má pro její provoz podmínky.
Pro majitele malých zahradních chatek se většinou hodí malá ostrovní fotovoltaická elektrárna se dvěma fotovoltaickými panely o celkovém výkonu okolo 500 wattů.
To nám bude stačit například pro napojení malé chladničky, rychlovarné konvice nebo i remosky o malém příkonu. Budeme moci samozřejmě svítit a také elektřinou napájet další energeticky nenáročné elektrospotřebiče (rozhlas, televize, počítač).

Stavebnice a co je k ní třeba

Malá FVE je většinou dodávána jako stavebnice sestavená z osvědčených a spolu kompatibilních zařízení a komponentů. Instalovaný výkon předurčují fotovoltaické panely, které se osazují na jižní stranu střechy proto, aby během dne získaly co nejvíce sluneční energie. V současné době se dodávají fotovoltaické panely o výkonu 250 až 320 Wp. Ze dvou panelů tak můžeme získat při jasné a slunečné obloze fotovoltaickou elektrárnu s výkonem 500 až 640 Wp.
Dalším potřebným komponentem je regulátor a nabíječka baterií, které jsou tvořeny jedním zařízením tzv. MPP trackerem (jedná se o zařízení, které hledá ideální poměr napětí a proudu v čase, kdy svítí slunce a fotovoltaické panely vyrábějí elektřinu). MPP tracker zajišťuje distribuci vyrobené elektřiny (stejnosměrného proudu) mezi fotovoltaickými panely a bateriemi a hlídá jejich optimální nabíjení i vybíjení.
Důležitá je volba měniče napětí DC/AC, jenž se také někdy nazývá střídač či invertor. Přeměňuje stejnosměrné napětí (DC) přiváděné z fotovoltaických panelů na střídavé napětí (AC) 230 V / 50 Hz. Účinnost střídače při přeměně elektrické energie je vysoká (obvykle 96-98 %).
Doporučuje se osadit měnič (invertor) s tzv. čistou sínusovkou, protože se vypořádá i s elektropřístroji choulostivými na kvalitu a stálost proudu (elektronicky řízená oběhová čerpadla, televize, PC apod.). Existuje také měnič (invertor) s tzv. modifikovanou sinusovkou, který je cenově levnější, ale nehodí se pro provoz všech elektrospotřebičů.
Výkon měniče nám určuje o jak velkém příkonu a jaké elektrické spotřebiče a elektropřístroje si můžeme dovolit k němu zapojit. Pro běžné potřeby na chatách a chalupách nám většinou postačí měnič DC/AC o výkonu 1 000 wattů.

Jaké spotřebiče můžeme zvolit?

Při uvědomělém a postupném zapínání elektrických spotřebičů dokážeme provozovat například malou chladničku (lze doporučit energetickou třídu A++), rychlovarnou konvici s příkonem do 800 wattů, remosku s malým příkonem okolo 600 wattů nebo oběhové čerpadlo či vrtačku. Musíme si jenom pohlídat, aby vše neběželo současně a nepřesáhlo maximální výkon měniče.
Při větším zatížení se měnič chladí vestavěným malým ventilátorem, a tak se nelekněte, že bude trochu hlučnější než například jen při spuštěném osvětlení. Z tohoto důvodu je dobré mít měnič i baterie umístěné v nějaké vedlejší místnosti, aby zvýšený hluk neobtěžoval.

Baterie k uchování elektřiny

Doba, po kterou budeme moci maximální výkon měniče využívat, bude záviset na kapacitě baterií i jejich typu. Například baterie typu LiFePO4 (Lithium-železo-fosfátový akumulátor) umožňují hlubší vybití než baterie olověné (Pb baterie) a mají oproti nim delší životnost. Nevýhodou LiFePO4 baterií je vyšší pořizovací cena.
Kapacita baterií nám určí, jaké množství elektrické energie můžeme uchovat na pozdější dobu, kdy už nebude dostatečný sluneční svit pro výrobu elektřiny. Obvykle pro malé FVE o výkonu 500 Wp stačí dvě olověné baterie typu AGM 12 V / 100 Ah.
Důležité je zjistit, kolik nabíjecích a vybíjecích cyklů baterie umožňují při zachování svých technických parametrů. Tyto informace by měly být součástí technických podkladů spolu s doporučením, jak máme s bateriemi zacházet. Při správném zacházení se u olověných baterií uvádí životnost 5 až 8 let, u LiFePO4 až 15 let.
Někdy se baterie pro FVE označují jako solární. Jaký typ baterie a v jaké cenové relaci baterie zvolíme, bude záležet na naší peněžence a na doporučení odborníka.

Schéma zapojení ostrovního systému s elektrocentrálou

V zimním i letním období se doporučuje chránit baterie proti extrémním teplotám. K tomu nám může například sloužit vyrobený box z extrudovaného polystyrenu o tloušťce 10 až 12 cm o velikosti vnitřního prostoru 60 × 60 × 36 cm, kam pohodlně umístíme dvě baterie a měnič.
Protože měnič při provozu produkuje teplo, nemůže dojít k zamrznutí ani při extrémních mrazech. Naopak bude nutné zajistit odvětrání tohoto prostoru větracími otvory, aby se měnič nepřehřál. Jak velké otvory mají být, bude záviset na tom, kde bude tepelně izolační box umístěn.
Z praxe je například vyzkoušeno, že u boxu umístěného na nevytápěné půdě postačí v době mrazů provést větrací mezeru 1 až 2 cm v celé délce horního krytu (podle teploty, která je v okolí boxu), aby v jeho vnitřku byla teplota okolo +20 °C.
V letním období se horní víko boxu zcela otevře, aby se zabránilo přehřátí měniče. Ten je navíc proti přehřátí chráněn malým ventilátorem, který se automaticky spustí při dosažení kritické teploty ohrožující jeho provoz.

Záložní zdroj na zimu

Pokud budeme potřebovat pro chatu či chalupu mít k dispozici vlastní vyrobenou elektřinu celoročně, budeme muset mimo fotovoltaické elektrárny s bateriemi instalovat další záložní zdroj na výrobu elektřiny. Je známo, že v zimním období FVE vyrobí jen malé množství elektřiny, zhruba 10 % z roční výroby, oproti letnímu období.
Jako další zdroj na výrobu elektřiny se hodí agregát (elektrocentrála) na propan-butan, který může mít i větší výkon (3 až 5 kW), to nám umožní baterie nabít v krátkém čase. Výstup z generátoru se připojuje na baterie přes klasickou dobíječku, která dokáže střídavý proud transformovat na stejnosměrný, abychom mohli dobíjet baterie. Zároveň je možné napřímo napájet elektrospotřebiče, které používají střídavý proud 230 V / 50 Hz. Tyto elektrospotřebiče však musí být odděleny přepínačem od měniče. Pokud tedy nebudeme moci již baterie nabíjet pomocí FVE (nedostatek slunečního svitu), tak spustíme plynovou elektrocentrálu na propan-butan a ta za přibližně dvě hodiny baterie zcela nabije.
Agregát s generátorem na výrobu elektřiny se jednoduše připojí k propan-butanové bombě, kterou běžně používáme na vaření. Oproti používaným motorům na benzin či naftu mají propan-butanové plynové motory nižší produkci škodlivých emisí vypouštěných do ovzduší.
Samozřejmě musíme dodržovat veškeré bezpečnostní předpisy a doporučení a propan-butanovou bombu i s motorem je potřebné umístit do větraného prostoru a řídit se pokyny pro práci s plynem. Propan-butan je těžší než vzduch a nemuseli bychom jeho únik při podlaze hned zaznamenat.
Kolik kWh elektřiny dokážeme za rok asi vyrobit z FVE o instalovaném výkonu 520 Wp?
Při správně provedené instalaci FVE můžeme vyrobit okolo 500 kWh elektřiny za rok. Za dobu její životnosti (cca 25 roků) to může být až 12 500 kWh. To již stojí jistě za zamyšlení. Nechcete to také zkusit?

Při plánované realizaci malé FVE zvažujte následující:

  • K čemu mi komfort elektřiny dopomůže?
  • Mám vhodné podmínky pro umístění fotovoltaických panelů na jižní straně bez zastínění?
  • Kolik korun si mohu dovolit do fotovoltaické elektrárny investovat?
  • Jaká bude asi doba návratnosti investic do FVE?
  • Kolik korun by stála přípojka elektřiny od nejbližšího místa napojení?
  • Kolik korun bych platil dodavateli elektřiny za 1 kWh a za stálé platby?
  • Kolik korun by mne stál jiný způsob elektrifikace?

Text: Lubomír Klobušník
Foto: Shutterstock

Ostrovní fotovoltaická elektrárna pro chaty a chalupy