Ostrovní fotovoltaické systémy

Menší ostrovní fotovoltaika pro chaty: jaké jsou možnosti a co dává smysl

Čím dál častěji se na nás obrací lidé, kteří chtějí elektricky osamostatnit chatu v chatové kolonii, případně někde „u lesa“, kde není elektrická přípojka. Někdy přípojka sice existuje, ale zákazník chce nezávislost, ať už kvůli výpadkům, cenám, nebo prostě kvůli klidu a tomu pocitu, že si vystačí sám. Ostrovní fotovoltaika je na to skvělá věc, jen je potřeba ji navrhnout rozumně, aby se z toho nestal systém, který nefunguje, ale v praxi člověka spíš omezuje.

Takový systém se vždy navrhuje po návštěvě místa a hlavně po pořádné „zpovědi“, tedy co přesně má fotovoltaika pohánět. Je rozdíl, jestli chcete jen světla, nabíjet telefony a notebook, nebo jestli tam běží lednice, čerpadlo, bojler, elektrické nářadí, případně topení. Právě od toho se pak odvíjí napětí systému, velikost baterie, výkon měniče a také to, jaké budou limity v běžném provozu.

Nejlevnější varianta, se kterou se dá začít, je jednoduchá sestava: panely, regulátor a baterie, typicky 12 V. U takového řešení se dá ponechat rozvod ve stejnosměrném napětí 12 V, tedy napájet přímo 12V světla, USB zásuvky, případně malé spotřebiče určené pro 12 V. Výhoda je cena a jednoduchost. Nevýhoda je, že jakmile chcete běžné domácí spotřebiče a nářadí, nebo delší vedení a rozumné výkony, začnete narážet.

U chat je navíc potřeba brát v úvahu i to, v jakých podmínkách baterie bude. Občas se v ostrovních systémech pořád používá olověná baterie a není to jen kvůli ceně. Důvodem bývá mráz a způsob používání chaty. Pokud chata přes zimu promrzá a baterie je v nevytápěném prostoru, olovo zde často vychází lépe. LiFePO4 je skvělé řešení, ale má svoje pravidla: nemá se nabíjet při nízkých teplotách a pokud není dobře uložená (ideálně v temperovaném prostoru, nebo s vyhříváním / správným řízením), může to být problém. Takže tady nejde o ideologii „olovo je špatně, LiFePO4 je dobře“, ale o reálné podmínky. Když je chata celoročně v mrazu a zákazník nechce řešit temperaci baterie, někdy dává smysl zvolit řešení, které bude v těch podmínkách dlouhodobě bezpečné a spolehlivé. Je nutné počítat s tím, že využitelná kapacita u olověných baterií je zhruba poloviční a jejich životnost je malá.

Druhá varianta je podobná, jen se přidá měnič z 12 V na 230 V. Tohle na první pohled vypadá jako jednoduchá cesta k normální zásuvce. Jenže právě tady vzniká nejvíc zklamání. U 12V systému totiž proudy při vyšším výkonu rychle rostou, a pak už se řeší silná kabeláž, ztráty, poklesy napětí a celkově to není příjemné ani bezpečné. Takové systémy se hodí na drobnosti a občasné použití, ale jakmile chce člověk používat spotřebiče s vyšším a hlavně dlouhodobým odběrem, začne to být boj. A přesně proto tyhle nízkonapěťové systémy ve většině případů neinstalujeme, nechceme zákazníkovi postavit něco, co ho za půl roku začne štvát.

Pak jsou tu systémy, které děláme nejčastěji: panely, baterie a měnič (případně panely, regulátor, baterie a měnič – podle typu technologie). Typicky se bavíme o LiFePO4 bateriích a napětí systému 48 V, protože to dává smysl jak z pohledu výkonu, tak z pohledu kabeláže a celkové stability. Tyto systémy se dají dělit na jednofázové a třífázové. U menších chat ve většině případů bohatě stačí jednofázové řešení a mimochodem, jednofázové varianty bývají někdy výhodné i u větších systémů, protože měniče lze zapojovat paralelně a výkon škálovat postupně. Ale to je téma samo o sobě.

Co se týče technologií a značek, které se v praxi u ostrovů používají, typicky se setkáte například s Victronem, Deye nebo Voltronicem, je jich samozřejmě mnohem víc…. Každé řešení má svoje plusy a mínusy a není fér tvrdit, že existuje jen jedna správná cesta. Victron není „all-in-one“ v tom smyslu, že regulátor nebývá integrovaný uvnitř měniče, ale stojí samostatně vedle (dnes už i Victron dělá ALL IN ONE řešení, jen se méně používají). Princip je jednoduchý: energie jde z panelů do MPPT regulátoru, ten změní napětí z panelů na napětí baterie a baterii nabíjí. A teprve potom jde energie z baterie do měniče, který ji převede na 230 V pro spotřebiče. Výhodou Victronu je modularita a možnost skládat jako stavebnici, velmi dobře se s tím pracuje a jde to řešit precizně i pokud chcete časem systém rozšiřovat, nebo ladit složitější kombinace panelů a regulátorů.

Deye funguje jinak a za mě je to v ostrovech často praktičtější řešení. Deye je typicky „all-in-one“ – regulátor je součástí střídače. Vyrobená energie jde rovnou do střídače, ten napájí spotřebu a pokud je energie navíc, ukládá ji do baterie na pozdější použití. V praxi to bývá jednodušší na instalaci, často i levnější a funguje to velmi dobře, hlavně když zákazník chce spolehlivě běžný provoz bez složitého skládání systému z víc krabiček. Voltronic je pak další varianta, se kterou se dá postavit jednoduchý ostrov, typicky v cenově dostupnějších řešeních, záleží na konkrétní sestavě a požadavcích.

Velká výhoda dnešních ostrovních systémů je, že nejsou jen na slunce. Do systému se dá připojit i další externí zdroj. Nejčastěji to bývá elektrocentrála, protože v zimě nebo při delší špatné předpovědi umí zachránit situaci, při vybití baterií střídač generátor aktivuje a nabíjení baterie i provoz chaty je možné napájet z generátoru. U některých řešení lze připojit i další střídač (například síťový), který může pomáhat dobíjet baterii, nebo se dá systém doplnit o větrnou elektrárnu. Důležité je ale říct jednu věc, kombinace zdrojů musí být udělaná technicky správně. Když se to udělá správně, je to obrovsky pohodlné zákazník ví, že i když bude několik dnů zataženo, má zálohu a chata pojede dál.

A ještě jedna věc, kterou považuji za zásadní a u ostrovních systémů se často podceňuje: bezpečnost, jištění a uzemnění. U těchto menších ostrovních systémů totiž nefungují klasické jističe vždy tak, jak jsou lidé zvyklí z běžné distribuční sítě. Důvod je jednoduchý, v ostrovním režimu máte jinou strukturu sítě, jinou impedanci smyčky a při poruše nemusí téct takový poruchový proud, aby jistič vybavil (vypnul) tak jak má. Je potřeba použít proudové chrániče, v některých případech mají smysl i obloukové ochrany a ideálně, pokud má být systém udělaný opravdu správně i hlídač izolačního odporu. Když se dobře nevyřeší jištění a zemnění, může být takový systém velmi nebezpečný a použitý jistič při poruše nemusí vybavit. O to víc to platí ve chvíli, kdy je do ostrova připojený například bojler, protože tam je reálné riziko úniku elektrického proudu a v krajním případě i přímo do vody. Tohle jsou přesně situace, kdy se ukáže rozdíl mezi systémem, který „nějak funguje“, a systémem, který je udělaný bezpečně. Bohužel, jestli je systém udělaný opravdu bezpečně, se často ukáže až ve chvíli, kdy dojde na poruchu. A právě proto je lepší udělat to tak, aby k žádné krizové situaci vůbec nemuselo dojít.

Z hlediska návrhu je pak klíčové, aby systém odpovídal realitě. U ostrovů se nejčastěji chybuje v tom, že se podcení spotřeba nebo se přecení slunce, hlavně mimo léto. Proto vždy řešíme, kdy se chata používá (víkendy vs. celá sezóna vs. celoročně), jaké spotřebiče poběží a jestli jsou nějaké „kritické“ zátěže (lednice, čerpadlo, internet, zabezpečení). Od toho se pak odvíjí velikost baterie, počet panelů a výkon měniče. A také to, jestli dává smysl mít možnost připojit elektrocentrálu nebo jiný zdroj.

Pokud má být systém použitelný dlouhodobě a bezpečně, musí být řešený jako celek - panely, baterie, měnič/regulátor, jištění, zemnění a způsob provozu. Jakmile se podcení kterýkoli z těchto bodů, systém buď nebude fungovat podle očekávání, nebo může být v některých situacích vyloženě nebezpečný.