Vyřešit způsoby, jak spotřebovat méně energie ve vaší domácnosti, je téměř vždy nákladově efektivnější než postavit větší fotovoltaické pole. Vycházeli jsme z měsíční spotřeby 1 000 kilowatthodin (kwh), což je zhruba průměr pro americkou domácnost. Tuto spotřebu jsme snížili na přibližně 500 kwh tím, že jsme utratili něco přes 1 000 dolarů za účinná světla, napájecí lišty s vypínači, novou ledničku a několik dalších strategií (viz 8 jednoduchých projektů pro okamžitou úsporu energie). Porovnejte to s fotovoltaickým systémem, který nám ušetří 250 kwh měsíčně, ale stojí 6 000 dolarů – je jasné, kde je nejlepší návratnost. Nejdříve proveďte opatření na zvýšení účinnosti, pak kupte fotovoltaický systém.
Naplánovali jsme fotovoltaický systém, který by snížil naši současnou spotřebu asi o polovinu (tj. systém, který by vyráběl asi 250 kwh měsíčně nebo 3 000 kwh ročně). K odhadu velikosti systému, který by v naší oblasti vyrobil 3 000 kwh ročně, jsme použili kalkulačku PVWatts Národní laboratoře pro obnovitelnou energii. PVWatts nám vyšla velikost systému, která byla o něco větší než 2 kilowatty. Systém, který jsme nakonec nainstalovali, má odhadovanou výrobu 2,15 kilowattu.
Náš systém používá mikroinvertory Enphase, ale k dispozici mohou být i jiné značky. Máme 10 fotovoltaických panelů, každý o výkonu 215 wattů, a každý z nich má 190wattový střídač, který převádí stejnosměrný proud vyráběný panely na střídavý, což je standardní systém pro výrobu elektřiny v domácnostech ve Spojených státech. Systém jsme objednali jako sadu, která obsahovala fotovoltaické panely, mikroinvertory, montážní lišty a řadu dalších dílů. Tato stavebnice byla dobrou volbou, ale nečekejte stavebnici typu „vložte tabulku A do drážky B“. V podstatě dostanete krabici plnou dílů. Brzy se seznámíte s webovými stránkami společností, které díly vyrábějí – zejména s oblastí „download manuals“.
Umístění fotovoltaického pole
Solární panely pro váš dům by měly být orientovány na jih a nakloněny pod úhlem přibližně rovným vaší místní zeměpisné šířce. Byly by také na plném slunečním světle bez zastínění přibližně od tří hodin před slunečním polednem (doba, kdy je slunce v daný den přímo uprostřed své dráhy po obloze) do tří hodin po slunečním poledni. Výkonnost příliš neutrpí, pokud se vám nepodaří nasměrovat panely přímo na jih nebo je správně naklonit, ale i malé zastínění může mít vážný negativní vliv.
Průzkum solárního stanoviště vám ukáže případné problémy se zastíněním v každém ročním období. Průzkum místa můžete provést několika způsoby. Jedním ze způsobů je postup, při kterém použijete „sluneční mapu“ pro vaši oblast a jednoduché pozorování objektů, které mohou způsobovat stín – může to být zábavná rodinná akce, při které se všichni dozvědí o dráze slunce v průběhu roku. Další jednoduchou metodou je vymodelování fotovoltaického pole a potenciálních stínících objektů v bezplatném kreslicím programu Google SketchUp. SketchUp má funkci, která vám ukáže vzory zastínění pro jakoukoli denní a roční dobu.
Mikroinvertory nabízejí výhodu v situacích částečného zastínění, protože v tomto systému má každý FV panel střídač, který zajišťuje sledování maximálního bodu výkonu, aby z daného panelu získal co největší výkon, ať už je částečně zastíněný, nebo na plném slunci. U běžných systémů s řetězcovými střídači může částečné zastínění způsobit pokles napětí řetězce panelů až do bodu, kdy se střídač vypne a výkon klesne na nulu – což je skutečně velký efekt. Pokud máte vážné problémy se stínem, které nemůžete změnit, fotovoltaika pravděpodobně není pro vaši situaci dobrou volbou.
Volili jsme montáž na zem místo montáže na střechu, protože instalace byla jednodušší (a méně děsivá) a nebudeme muset panely odstraňovat, pokud bude někdy potřeba vyměnit střechu.
Instalace solárních panelů
Nastal čas na zábavnou část – instalaci systému! Můžete si postavit nebo koupit mnoho typů montážních systémů fotovoltaických panelů, ale fotovoltaické panely budou pravděpodobně sloužit 30 let, takže si vyberte montážní systém, který vydrží dlouho odolávat větru a povětrnostním vlivům. My jsme si vyrobili vlastní montážní stojan ze sloupků z opracovaného dřeva o rozměrech 4 × 4 a betonových patek a poté jsme panely nainstalovali na hliníkové kolejnice navržené speciálně pro podepření panelů přes dřevěné rámy.
S pomocí sousedů a vypůjčené míchačky na beton jsme montáže nainstalovali poměrně rychle. Je důležité se ujistit, že jsou držáky dobře vyrovnané. K vyrovnání všech nosných rámů jsme použili dočasné rámy 2 × 6 za svislými sloupky.
Ujistěte se, že spoje v dřevěném rámu jsou vyztuženy kovovými deskami a že patky jsou dostatečně dimenzovány. Na všechny konce vláken ošetřeného dřeva a na místa, kde dřevo přichází do styku s betonem, naneste dodatečnou vrstvu ochranného prostředku na dřevo. V našich klimatických podmínkách vydrží ošetřené dřevo dlouho, ale pokud žijete ve vlhkém podnebí, můžete zvážit kovové podpěry.
Po usazení montážních rámů do země jsme nainstalovali hliníkové podpěrné lišty. To bylo snadné provést pomocí dodaných L-konzol. Poté jsme na kolejnice nainstalovali mikroměniče, což vyžadovalo pouze dva šrouby z nerezové oceli pro každý měnič.
Následujícím krokem byla instalace fotovoltaických panelů, přičemž jsme začali na jednom konci a postupovali napříč kolejnicemi. Buďte opatrní! Jedno uklouznutí vás může stát fotovoltaický panel za 600 dolarů. S panely se manipuluje nešikovně, takže je důležité mít při této části asistenci. Pod každý panel jsme dočasně upnuli desku 2×6, abychom ji podepřeli při závěrečných úpravách. Montážní svorky se jednoduše zasunou do drážek v nosných lištách. Jakmile je fotovoltaický panel na svém místě, lze svorky utáhnout, aby byl panel zajištěn.
Při montáži panelů často kontrolujte zarovnání. Malé chyby v zarovnání se sčítají a bývají patrné. Svorky panelů jsme utáhli jen natolik, aby držely na místě, a později jsme k závěrečnému dotažení použili momentový klíč.
Zapojení PV systému
Zapojení systému Enphase je poměrně jednoduché, ale nezapomeňte si přečíst všechny pokyny a porozumět bezpečnostním otázkám. Máte co do činění s vysokým napětím a fotovoltaické panely způsobují, že je systém „horký“, i když není připojen k síti. Pokud si myslíte, že to může být víc, než chcete řešit, můžete se spojit s místním elektrikářem, který provede zapojení. Skutečná práce spojená se zapojením není velká, takže by to nemělo výrazně zvýšit náklady na systém.
Výstupní vodiče z každého fotovoltaického panelu se zapojují do párovacích vodičů na mikroinvertorech. Výstupní kabely z mikroinvertorů se pouze řetězí dohromady. Výstup z posledního střídače jde nejprve do rozvodné skříně u FV pole a poté do odpojovače FV pole umístěného v blízkosti elektroměru domu. Z odpojovacího spínače jde napájení do nepoužívaného jističe v jističové skříni.
Odpojovací spínač PV pole umožňuje pracovníkům energetiky odpojit PV pole od sítě. Vypínač musí být uzamykatelný, musí se nacházet v blízkosti hlavního domovního elektroměru a musí být zřetelně označen. Jistič, který přivádí fotovoltaické napájení do jističové skříně, musí být také označen.
FV panely a nový jistič jsem zapojil jako poslední, takže téměř veškeré zapojení bylo provedeno na „mrtvém“ systému.
Uzemnění systému
Zkontrolujte veškeré zapojení a ujistěte se, že máte vše uzemněno podle požadavků. Všechny tyto součásti (rámy fotovoltaických panelů, nosné lišty fotovoltaických panelů, skříně mikroinvertorů, propojovací skříňky fotovoltaických polí a odpojovač) musí být uzemněny schváleným způsobem uzemnění.
Například i když jsou fotovoltaické panely přišroubovány k uzemněným lištám, nejedná se o schválené uzemnění. U většiny z nich jsme použili uzemňovací systém Weeb, který se osvědčil.
Kromě bezpečnostních otázek budou inspektoři hledat i správné uzemnění. Kdybych to dělal znovu, použil bych systém Weeb všude, protože je to tak snadné.
Podrobnější informace o konstrukci najdete na webu Build It Solar.
Zprovoznění střídače
U systémů Enphase komunikuje se všemi střídači jednotka zvaná EMU, která vysílá signály přes elektrické vedení. Jednotka EMU poskytuje informace o tom, jak systém funguje, kontroluje stav a kondici střídačů a odesílá data na server Enphase prostřednictvím vašeho domácího internetového připojení.
Po schválení systému inspektorem a instalaci síťového elektroměru dodavatelem energie můžete systém zapnout a jednotku EMU zapojit do běžné elektrické zásuvky. Jednotka EMU vyhledá vaše střídače a začne podávat zprávy. V tomto okamžiku systém vyrábí energii a jednotka EMU vám poskytne základní statistiky. Pohodlně se usaďte, dejte si pivo a sledujte, jak energie přibývá.
Výkon a úspory fotovoltaiky
Náš systém je v provozu od listopadu 2009 a jeho výkon je dobrý. Nezaznamenali jsme žádné poruchy a systém nevyžadoval údržbu. Výroba energie zatím probíhá asi o 10 procent lépe, než odhaduje kalkulátor PVWatts. Kdykoli se můžete podívat na výkon našeho systému v reálném čase.
Náklady na náš systém činily 9 960 dolarů, tedy 4,63 dolaru za watt – ceny mohou být nyní o něco nižší. Díky 30procentní federální slevě a státní slevě ve výši 500 dolarů se náklady snížily na 6 470 dolarů, tedy 3,01 dolaru za watt. Slevy v některých státech jsou mnohem vyšší než v Montaně.
Profesionálně instalované systémy této velikosti se často uvádějí za 7,50 dolaru za watt, což by znamenalo, že jsme ušetřili asi 6 000 dolarů. Pokud jsou náklady vaší hlavní motivací pro sestavení systému svépomocí, doporučuji si zjistit nabídky na instalované systémy a porovnat je s cenou všech dílů, které byste na podobný systém potřebovali.
Úspora na našem účtu za elektřinu v prvním roce činila 332 dolarů (vychází to asi na 10 centů za kwh) a navíc jsme snížili emise CO2 o 4 700 liber. Prostá doba návratnosti námi investovaných 6 000 dolarů by byla 18 let, ale očekávám, že bude mnohem kratší, pokud se cena elektřiny bude nadále zvyšovat. Pokud například sazby porostou o 10 % ročně, celková doba návratnosti bude jen 11 let.
Solární zdroje energie
Podrobnosti o stavbě
Kalkulačka PVWatts
Výkon v reálném čase
Průzkum solárních lokalit
Databáze státních pobídek pro obnovitelné zdroje energie a efektivitu
Uzemňovací systém
Solar Unbound
Solar Unbound
.