Jak dobrać moc paneli fotowoltaicznych?

Współpracującym z nami firmom fotowoltaicznym zadaliśmy ważne pytanie - jak dobierać moc paneli fotowoltaicznych? Powiedzieli, że obecnie opierają się na zasadzie 1 kWp za 1000 kWh rocznego zużycia z lekkim naddatkiem ok. 25%. Jeśli klient życzy sobie mieć magazyn energii, dobierają go na zasadzie 1 kWh magazynu do 1 kWp mocy paneli fotowoltaicznych. Zatem:

• Przy rocznym zużyciu 4000 kWh - 5 kWp + 5 kWh magazyn energii
• Przy rocznym zużyciu 6000 kWh - 7,5 kWp + 7,5 kWh magazyn energii
• Przy rocznym zużyciu 8000 kWh - 10 kWp + 10 kWh magazyn energii
• Przy rocznym zużyciu 16 000 kWh - 20 kWp + 20 kWh magazyn energii

Jednakże nie jest to reguła, a dobrana moc paneli fotowoltaicznych może być mniejsza lub większa. Każde podejście ma swoje zalety, które klient i instalator powinni przedyskutować. Czym się kierować? Weź pod uwagę:

• Ile modułów w ogóle zmieści się na dachu?
• Na ile paneli Cię stać?
• Jaka moc paneli fotowoltaicznych grozi za dużym napięciem w sieci?
• Zalety większych i mniejszych mocy

Zbadajmy te punkty. Zacznijmy jednak od definicji.

Co oznacza moc paneli fotowoltaicznych?

Moc w urządzeniach elektrycznych to iloczyn napięcia i natężenia prądu pobieranego lub generowanego przez dane urządzenie. Moc wyraża się w watach [W], a 1000 watów to kilowat [kW]. Jednak mówiąc o mocy paneli fotowoltaicznych, możemy mieć na myśli jedną z trzech rzeczy: moc nominalną, moc maksymalną lub moc rzeczywistą.

• Moc nominalna lub maksymalna, to taka, którą osiąga moduł w warunkach testowych STC. Wyraża się w Wp, (czyli w watach w peaku, inaczej w szczycie).

Wynik testu STC zaokrągla się, stąd gdy na testach dany moduł wygeneruje 381 watów, to dostaje etykietę, że ma moc 380 Wp. Instalacja złożona z 10 takich modułów ma 3800 Wp mocy, inaczej 3,8 kWp. Warunki testowe nie występują na Twoim dachu, stąd instalacja 1 kWp nigdy tak naprawdę nie osiągnie 1 kW mocy.

Analogia: Silnik Twojego samochodu ma 80 kW mocy, bo tyle wyszło mu na testach. Gdy stoi zaparkowany, to dalej ma tyle mocy, mimo, że w tej chwili w ogóle nie działa.

• Moc rzeczywista, czyli taka, jaką faktycznie w tym momencie osiąga instalacja. Możesz tę informację uzyskać z inwertera. Tam wyrażona jest w kilowatach [kW]. Niektóre systemy (np. Solaredge) umożliwiają monitorowanie każdego modułu z osobna. Moc osobnych modułów podawana będzie w watach.

Rzeczywista moc instalacji fotowoltaicznej zależy od warunków, przede wszystkim od natężenia promieniowania i temperatury. Latem fotowoltaika generuje 5 razy więcej prądu niż zimą. Nocą nie ma słońca, a moc wynosi 0 W. Po roku mierzenia mocy rzeczywistej instalacji można określić jej:

• Wydajność, czyli to, ile kWh energii rocznie wyprodukuje 1 kWp instalacji. kWh, czyli kilowatogodziny, są jednostką ilości energii elektrycznej tak, jak litr to jednostka ilości wody, a kilometr to jednostka odległości.

Wydajność zależy od sposobu zamontowania i od jakości samych modułów. Panele fotowoltaiczne zamontowane na południe wyprodukują więcej kWh rocznie, niż te zamontowane na wschód. Bardziej wydajne moduły lepiej radzą sobie z temperaturą i lepiej działają w warunkach niskiego napromieniowania, czyli gdy słońce jest za chmurami. Przekłada się to na wyższe uzyski, czyli więcej wyprodukowanych kWh w skali roku.

Zależność między mocą i uzyskami z jednego modułu, a mocą i uzyskami z całej instalacji ukazuje poniższa grafika.

Moc instalacji fotowoltaicznej to suma mocy wszystkich paneli fotowoltaicznych wchodzących w skład instalacji.

Jaka moc paneli fotowoltaicznych ZMIEŚCI SIĘ na dachu?

Z obecnym dorobkiem techniki na 10 metrach kwadratowych dachu jesteś w stanie zmieścić jakieś 2 kWp instalacji. Wzór na moc paneli fotowoltaicznych na Twoim dachu wygląda więc następująco:

Moc instalacji fotowoltaicznej [kWp] = Nasłoneczniona powierzchnia dachu [m²] / 5

Zatem:

• 20 m² - 4 kWp
• 30 m² - 6 kWp
• 40 m² - 8 kWp
• 50 m² - 10 kWp

Oczywiście to metoda do ogólnego zorientowania się w temacie. Dokładną prezentację wyglądu instalacji na Twoim dachu przedstawi Ci Twój instalator wojej ofercie. Może to wyglądać następująco:

Fragment oferty na instalację fotowoltaiczną dla firmy. Dzięki uprzejmości Nova Energy.

Zauważ, że w powyższym projekcie rozmieszczono maksymalnie dużo paneli fotowoltaicznych, ale tylko na tej części dachu, gdzie nie ma cienia. Cień to najgorsza rzecz w fotowoltaice i należy go unikać. Zwróć też uwagę, że na powyższym projekcie paneli fotowoltaicznych nie umieszczano do samego skraju dachu, tylko zachowano pewien odstęp.

Na jaką instalację Cię stać?

Moc paneli fotowoltaicznych ma bezpośredni wpływ na koszt instalacji. To oczywiste. Nie powinieneś kupować tylu modułów, żeby nie było Cię na nie stać. To też jasne i zrozumiałe. Sam musisz określić, na ile Cię stać.

Między mocą a ceną występuje jednak zależność, z której nie każdy inwestor zdaje sobie sprawę - naprawdę małe instalacje są drogie w przeliczeniu zł / kWp. Zobacz sam:

    • Instalacja 3 kWp kosztuje w wersji budżetowej 22 000 zł, czyli 7 tyś. zł / kWp
  • Za kolejne 2 kWp (razem 5 kWp) - dopłacisz 8 000 zł, czyli 4 tyś. zł / kWp
    • Za dalsze 5 kWp (razem 10 kWp) - dopłacisz już tylko 18 500 zł, czyli 3,7 tyś. zł / kWp

(Pamiętaj, że cenę możesz obniżyć o dotacje i ulgę termomodernizacyjną. Dotacja Mój Prąd wspiera też kupno magazynu energii i pompy ciepła do c.w.u. Więcej w artykule o cenach fotowoltaiki).

Dlatego generalnie nie zalecamy kupować instalacji mniejszej niż 5 kWp.

Jaka moc paneli fotowoltaicznych zaskutkuje za dużym napięciem w sieci? (badanie opcjonalne)

Zbyt dużo mocy z fotowoltaiki w okolicy może być przyczyną zbyt wysokiego napięcia w sieci. To przykre zjawisko powoduje wyłączanie się instalacji PV i w konsekwencji utratę zysków.

Firma fotowoltaiczna może zmierzyć, ile mocy z paneli fotowoltaicznych zmieści się jeszcze w okolicy przy obecnym stanie transformatora i ilości przyłączonych mocy w okolicy. Należy w tym celu zmierzyć impedancję sieci na liczniku oraz napięcie sieciowe w południe w słoneczny dzień. Do tego trzeba dodać zakładany opór między falownikiem i licznikiem (opór przewodu AC) - zwykle 0,1Ω.

Następnie podstawiamy to do wzoru:

Maksymalna moc paneli fotowoltaicznych na jedną fazę = (253 - napięcie sieciowe) / (impedancja sieci + zakładany opór przewodu AC) * 253

Poniższa tabela zawiera wyniki obliczeń. To maksymalna moc paneli fotowoltaicznych, jaką można przyłączyć na jedną fazę tak, by uniknąć zjawiska zbyt wysokiego napięcia w sieci.

Dostępna moc na 1 fazę
Impedancja sieci + opór przewodu AC	Napięcie sieciowe
	230 V	235 V	240 V	245 V	250 V
0,1Ω	58 kW	45 kW	33 kW	20 kW	7,6 kW
0,2 Ω	30 kW	23 kW	16 kW	10 kW	4 kW
0,3 Ω	20 kW	15 kW	11 kW	6,7 kW	2,5 kW
0,4 Ω	15 kW	11 kW	8 kW	5 kW	2 kW
0,5 Ω	11 kW	9 kW	6,5 kW	4 kW	1,5 kW
0,6 Ω	10 kW	7,6 kW	5,5 kW	3,4 kW	1,3 kW
0,7 Ω	8 kW	6,5 kW	4,7 kW	2,9 kW	1,1 kW
0,8 Ω	7,3 kW	5,7 kW	4,1 kW	2,5 kW	0,9 kW
0,9 Ω	6 kW	3,5 kW	3,7 kW	2,2 kW	0,8 kW
1 Ω	5,5 kW	3,3 kW	3,3 kW	2 kW	0,7 kW
1,1 Ω	5 kW	3 kW	3 kW	1,8 kW	0,6 kW
1,2 - 1,6 Ω	~4 kW	~2,8 kW	~2,1 kW	~1,6 kW	~0,5 kW
1,6 - 2 Ω	~3 kW	~2,4 kW	~1,7 kW	~1,1 kW	~0,4 kW

Przykład: zmierzone napięcie sieciowe w południe przy pełnym słońcu wynosi 235V. Impedancja sieci wynosi 0,9Ω, do czego dodajemy zakładaną impedancję przewodu AC 0,1Ω - w sumie 1Ω. Z tabeli odczytujemy, że na tej fazie maksymalna moc paneli fotowoltaicznych wynosi 3,3 kW. Zakładając, że trzy fazy są równo obciążone, będzie to 9,9 kW. Całkiem sporo.

Uwaga, firmy fotowoltaiczne nie przeprowadzają tego badania w standardzie. Bądź więc gotowy dopłacić za to ekstra.

Większa kontra mniejsza moc paneli fotowoltaicznych

W net-billingu instalacja fotowoltaiczna nie może być “idealna”. To znaczy - może być w momencie budowy, ale już za pół roku nie będzie, bo zmieni się sytuacja. Wystarczy, że ceny sprzedaży pójdą w górę, a ceny kupna zostaną na miejscu i już instalacja, która chwilę wcześniej była "idealna" jest nagle za duża. Inny przykład - kupiłeś samochód elektryczny i "idealnie" dobrana moc paneli fotowoltaicznych nagle nie wystarcza. W praktyce często klient może określić, czy chce mniej, czy więcej mocy.

Każda z tych opcji ma swoje zalety i zagrożenia.

Większa instalacja to większa produkcja, ale bez magazynu energii większość tej energii zostanie sprzedana w systemie net-billingu. W 2023 roku jest to bardzo opłacalne, ale im więcej fotowoltaiki, tym ceny sprzedaży będą niższe. Istnieje ryzyko, że za kilka lat generowanie nadwyżek będzie mało opłacalne.

Jednak popatrz na to z drugiej strony - być może w przyszłości zdecydujesz się na samochód elektryczny, a może za kilka lat dokupisz pompę ciepła. A może ceny magazynów energii za kilka lat spadną. Tak czy inaczej, duża moc paneli fotowoltaicznych to wariant dla optymistów.

Przy okazji - zbudowanie większej instalacji teraz jest o niebo tańsze, niż stawianie nowej instalacji za parę lat. Porównujemy tutaj koszt kilku tysięcy do nawet kilkunastu.

Mniejsza instalacja to z kolei wyższa autokonsumpcja i mniejsza zależność od cen sprzedaży energii. To zatem wariant dla pesymistów.

Tak czy inaczej obydwie strategie są opłacalne.

Nieopłacalne jest montowanie fotowoltaiki w cieniu i blisko krawędzi dachu lub wręcz poza obrysem, bo może to skutkować awariami sprzętu. Jeśli nie w pierwszym roku, to po kilkunastu latach już zapewne tak.

Wzór na moc instalacji fotowoltaicznej

W artykule wspomnieliśmy, że nie istnieje “idealnie” dobrana moc paneli fotowoltaicznych. To pewne uproszczenie. Taki wzór istnieje, oto on:

Moc instalacji fotowoltaicznej [kWp] = {(Z*A)+[120% Z*N/(Cs/Ck)]}/P

Z - roczne zużycie energii [kWh]
A - autokonsumpcja [%]
P - roczna produkcja z 1 kWp w miejscu instalacji [kWh]
N - nadwyżki [%], to jest odwrotność autokonsumpcji
Cs - średnia cena sprzedaży prądu [zł]
Ck - średnia cena kupna energii czynnej [zł]
120% - dajemy ten współczynnik, bo tyle maksymalnie możesz otrzymać pieniężnego zwrotu

I problem polega na tym, że to wyliczenie pasuje tylko dopóki którykolwiek z tych czynników się nie zmieni, a zmieniają się one ciągle. Skąd masz wiedzieć, że Twoje zużycie energii nie wzrośnie za kilka lat, bo na przykład kupisz pompę ciepła lub samochód elektryczny? Skąd masz wiedzieć, jak się będzie kształtowała Twoja autokonsumpcja? Może za kilka lat magazyny energii staną się naprawdę tanie?

Dlatego jeśli stać Cię na to, żeby całą powierzchnię dachu sensownie wypełnić modułami fotowoltaicznymi, to raczej pójdź w tym kierunku. Często to prostszy i lepszy sposób na określenie optymalnej mocy paneli fotowoltaicznych niż wykonywanie obliczeń, których wartość może okazać się złudna.

Tak wygląda sensownie wykonana instalacja fotowoltaiczna:

Optymalnie wykorzystana powierzchnia dachu. Dzięki uprzejmości Nova Energy.

Przyznaj, że tak zrobiona instalacja fotowoltaiczna wygląda po prostu ładnie. A teraz pomyśl, że ktoś nie zamontował jednego modułu dlatego, bo według jakichś wyliczeń tak byłoby lepiej. Harmonia zostałaby zaburzona, a dach wyglądałby po prostu źle.

Gdy już monterzy zapakują wszystko na furgonetkę, przyjadą do Ciebie i wejdą na dach, dołożenie kilku modułów to dla nich żaden koszt. Stąd w instalacjach 2-3 kWp montaż każdego modułu kosztuje dość sporo. Dlatego nawet jeśli nie masz dużego zużycia prądu, to i tak opłaca się zamontować co najmniej 5-6 kWp. Najlepiej porównaj kilka ofert od dobrych instalatorów i wybierz tę, która Ci najbardziej odpowiada.

Dobór magazynu energii do instalacji fotowoltaicznej

Instalatorzy często dobierają magazy na zasadzie 1 kWh za jeden kWp instalacji fotowoltaicznej. Ponownie, mamy tu pewną elastyczność. Systemy z magazynem energii można podzielić na dwie grupy, “mniej odporne” i “bardziej odporne”.

Mniej odporne skupione są na autokonsumpcji i są bardziej opłacalne w przeliczeniu wzrost autokonsumpcji / cena.

Bardziej odporne wyższy koszt uzasadniają dłuższą żywotnością oraz możliwością wydzielenia zimowej rezerwy energii, czyli ilości energii, która zimą będzie mogła zasilić Twój dom w razie awarii systemu energetycznego.

System mniej odporny	System bardziej odporny
Instalacja fotowoltaiczna [kWp] większa niż magazyn energii [kWh].	Magazyn energii [kWh] większy niż instalacja fotowoltaiczna [kWp]
Przykład: Moc fotowoltaiki - 7 kWp Pojemność magazynu - 5 kWh	Przykład: Moc fotowoltaiki - 7 kWp Pojemność magazynu - 20 kWh
Cechy: Tańszy Szybszy zwrot instalacji Zasilanie wybranego obwodu	Cechy: Droższy Dłuższy okres zwrotu Dłuższa żywotność magazynu Zasilanie całego domu

(Więcej w artykule o zasilaniu awaryjnym domu).

Powiększanie magazynu energii o kolejne kWh ma coraz mniejszy wpływ na średnią autokonsumpcję, stąd mniejsze magazyny są początkowo bardziej opłacalne. Jednakże większe magazyny pracują wolniej i mniej się zużywają, stąd mają dłuższą przewidywaną żywotność.

Bardziej precyzyjny dobór magazynu energii z zasilaniem awaryjnym do Twojego domu wymaga określenia, jakie urządzenia chcesz zasilać i przez jak długo, zakładając najgorszy scenariusz. W tym pomogą Ci nasi instalatorzy.

Podsumowując, nie istnieje sposób na idealny dobór instalacji fotowoltaicznej. Nasze rady brzmią: współpracuj z instalatorem, uwzględnij swoje warunki finansowe i nie kupuj mniej niż 5 kWp.