Fotovoltaika na rodinném domě a co řešit nejdřív

Fotovoltaika na rodinném domě se má navrhovat od spotřeby, ne od volné plochy střechy. Nejdřív je potřeba vědět, kolik elektřiny dům za rok odebere a v kterých hodinách, potom posoudit střechu a stínění, a teprve nakonec vybírat panely, střídač a případnou baterii. Kdo postupuje obráceně, skončí obvykle s elektrárnou, která v létě vyrábí víc, než dům dokáže využít, a v zimě stejně nestačí.

Kilowatt-peak a kilowatthodina nejsou totéž

V nabídkách se míchají dvě jednotky a vyplatí se držet je od sebe. Kilowatt-peak, zkráceně kWp, je jmenovitý výkon panelů změřený za standardních zkušebních podmínek, tedy při ozáření 1 000 W/m² a teplotě článku 25 °C. Takové podmínky na střeše nastanou jen výjimečně. Kilowatthodina je naproti tomu skutečně vyrobená nebo spotřebovaná energie.

Pro hrubou představu platí, že jeden instalovaný kWp na dobře orientované střeše vyrobí v českých podmínkách za rok zhruba tisíc kilowatthodin. Běžný panel má dnes výkon kolem 400 až 450 Wp a zabere necelé dva metry čtvereční, takže na elektrárnu o výkonu 5 kWp je potřeba asi dvanáct panelů.

Podstatnější než roční součet je rozložení v čase. Přibližně tři čtvrtiny roční výroby připadnou na období od dubna do září, kdežto v prosinci a lednu dává tatáž elektrárna jen zlomek červnové výroby. Spotřeba domu vytápěného elektřinou nebo tepelným čerpadlem má průběh přesně opačný. Proto doporučuji začít ročním vyúčtováním a týdenním záznamem toho, kdy běží pračka, myčka, ohřev vody a další velké spotřebiče. Bez toho je každý návrh výkonu jen odhad.

Orientace, sklon a stínění střechy

Nejvyšší roční výrobu dává střecha obrácená k jihu se sklonem kolem 35 stupňů. Odchylka k jihovýchodu nebo jihozápadu ubere jen málo. Střecha rozdělená na východ a západ vyrobí za rok o něco méně, zato výrobu rozloží do rána a pozdního odpoledne, kdy bývá rodina doma. Sám bych východozápadní střechu neodepisoval, protože domácnosti, která je přes den pryč, sedí její průběh výroby často lépe než ostrá polední špička jižní plochy.

Strmější sklon pomáhá zimní výrobě a sníh z panelů sjede dřív, plochý sklon naopak přeje létu. Na ploché střeše se panely kladou na konstrukce s nízkým sklonem a rozestupem, aby si řady nestínily při nízkém zimním slunci.

Stínění považuji za nejčastěji podceněnou věc celé přípravy. Panely jsou ve stringu zapojeny do série a proud celé větve se řídí nejslabším článkem. Komín, vikýř, anténa nebo sousedův strom proto uberou víc, než by odpovídalo zastíněné ploše, i když část ztráty zachytí obtokové diody v panelu. Stín se navíc během roku stěhuje: co v červnu nevadí, může v listopadu ležet přes půl střechy. Dobrý návrh proto obsahuje simulaci stínění po hodinách a měsících, ne jen fotografii střechy v poledne.

Stejně tak je před montáží nutné vědět, v jakém stavu jsou krytina a krov. Panely vydrží desítky let a sundávat je kvůli výměně tašek je zbytečná práce navíc. Únosnost konstrukce a způsob kotvení má posoudit statik nebo projektant.

Střídač, optimizéry a co z nich plyne pro dům

Panely vyrábějí stejnosměrný proud a střídač z něj dělá střídavý, synchronizovaný se sítí. Zároveň hledá pracovní bod, ve kterém panely odevzdávají nejvyšší výkon, čemuž se říká MPPT. Střídač se dvěma nezávislými vstupy MPPT zvládne dvě různě orientované plochy, například východní a západní polovinu střechy, aniž by jedna brzdila druhou.

Síťový střídač umí jen dodávat výrobu do domovního rozvodu. Hybridní střídač má navíc vstup pro akumulátor a řídí jeho nabíjení i vybíjení. Když se mě někdo ptá, radím zvolit hybridní střídač i tehdy, když se baterie zatím neplánuje, protože pozdější výměna střídače znamená zásah do už hotové instalace. Co samotné bateriové úložiště dokáže a jak odhadnout jeho kapacitu, je téma na samostatný rozbor.

Výkonové optimizéry jsou malé měniče u jednotlivých panelů, které každému z nich hledají pracovní bod zvlášť. Smysl mají na členité střeše s částečným stínem nebo s panely v několika sklonech. Na jednoduché nezastíněné ploše přinesou málo a přidávají další elektroniku, která je na střeše špatně přístupná. Podobnou úlohu plní mikrostřídače, kde má každý panel vlastní malý střídač.

Kam s letními přebytky v domě

Elektřina spotřebovaná přímo v domě je z technického pohledu využita nejlépe: neprochází baterií ani sítí a nevznikají ztráty. První krok je proto přesun spotřeby do slunečných hodin. Odložený start pračky a myčky nic nestojí a nabíjení elektromobilu přes den pojme i větší přebytek.

Největším a nejsnáze řiditelným spotřebičem bývá ohřev vody. Zásobník teplé vody je vlastně tepelný akumulátor a regulátor přebytků do něj umí posílat přesně tolik výkonu, kolik právě zbývá. Rozdíl mezi zásobníkem a ohřevem bez akumulace vysvětluje srovnání, v čem se liší průtokový ohřívač a bojler. Druhou cestou k teplé vodě ze slunce jsou termické kolektory; kdy dává solární ohřev vody smysl vedle fotovoltaiky a kdy si obě technologie na střeše konkurují, záleží hlavně na ploše a na spotřebě teplé vody.

Co dům nespotřebuje ani neuloží, odteče do distribuční sítě. Podmínky připojení výrobny a dodávky přebytků určuje provozovatel distribuční soustavy a vyřizuje je zpravidla projektant nebo montážní firma.

Podklady, se kterými jít za projektantem

Dobrá nabídka nevzniká po telefonu. Za sebe bych si před prvním jednáním připravil roční spotřebu v kilowatthodinách, nejlépe po měsících, hodnotu hlavního jističe, fotografie střechy ze všech stran a seznam větších spotřebičů, které přibudou, třeba tepelné čerpadlo nebo elektromobil. S těmito údaji může projektant spočítat výkon i simulaci výroby pro konkrétní dům.

V nabídce pak hledejte očekávanou roční výrobu v kWh, podíl výroby spotřebovaný v domě, počet a zapojení stringů a typ střídače. Chybí-li simulace stínění, chtějte ji doplnit. Návrh i zapojení patří do rukou projektanta a elektrikáře s příslušným oprávněním, včetně revize hotové instalace. Jako úplně první krok si dnes opište stav elektroměru a za týden to zopakujte ve stejnou hodinu.

Zdroje

• Evropská komise, Společné výzkumné středisko (JRC) – Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS), výpočet výroby podle polohy, sklonu a orientace
• ČSN EN IEC 61215 – Fotovoltaické moduly pro pozemní použití – Posouzení způsobilosti konstrukce a schválení typu
• ČVUT v Praze, Univerzitní centrum energeticky efektivních budov (UCEEB) – výzkum a publikace k fotovoltaickým systémům budov
• Solární asociace – informační materiály k fotovoltaickým elektrárnám na rodinných domech
• Český hydrometeorologický ústav – mapy a data globálního slunečního záření na území ČR