Dům budoucnosti – cesta k energetické soběstačnosti

Stále se zvyšující ceny energií vedou spotřebitele k hledání možností, jak výdaje omezit na nejvyšší možnou míru. Řešením mohou být energetické systémy, schopné vyrobit elektrickou energii z obnovitelných zdrojů, jež může být spotřebovávána výrobcem.

Výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů lze dnes rozdělit do dvou kategorií. V prvním případě je zdroj připojen k distribuční soustavě a vyrobená elektrická energie je proplácena formou zeleného bonusu. Přebytky, které nejsou výrobcem spotřebovány, jsou převáděny do distribuční soustavy. Druhou možností je stav, kdy je zdroj galvanicky oddělen od distribuční soustavy a veškerá vyrobená energie je spotřebována výrobcem – to jsou tzv. ostrovní systémy, které nepodléhají schválení distributora. Ostrovní systémy jsou dnes již známé, ale využívané spíše v místech, kde nejsou dostupné běžné zdroje energie a kde se tedy tento systém jeví jako nejschůdnější. Majitelé takových nemovitostí vlastní větrnou nebo fotovoltaickou elektrárnu, která v době příznivých podmínek zásobuje dům energií, a současně zajišťuje nabíjení záložních baterií. Pro případy, kdy nelze tyto zdroje využít, je nutné mít další zálohu – benzínový nebo dieselový agregát. Výhodnější alternativou mohou být tzv. hybridní systémy, které jsou založeny na kombinaci různých zdrojů energie – nejčastěji slunce a větru.

Efektivní využívání energie z FVE

Pro co nejefektivnější využití elektrické energie z FVE je optimální maximální spotřeba vyrobené energie a minimalizace posílání přebytků do distribuční soustavy. FVE pracují přes den, tedy v době nejmenších odběrů, což je neefektivní. V době největších odběrů – tedy ráno a večer, v činnosti nejsou. Tehdy je možné zabezpečit dodávku a spotřebu energie za pomoci bateriových soustav. Cílem nových systémů je tedy co největší využití jimi vyrobené energie a regulace výkonu zařízení tak, aby byl odběr z distribuční sítě minimalizován a současně nedocházelo k přetokům energie do sítě. Toto umožňuje například omezovač přetoku elektrické energie do distribuční soustavy (OPDS), který vyvinula společnost ProgSystems. „Systém vyhodnocuje aktuální stav odběru elektrické energie objektu a porovnává jej s aktuálním výkonem FVE, řídící jednotka pak reguluje výkon střídačů,” říká František Michálek, jednatel firmy. „Zařízení obsahuje také regulaci pro ovládání a spínání elektrospotřebičů, u nichž je regulace možná, například TUV, vytápění pomocí elektrokotle, tepelného čerpadla apod. Ty se zapnou v době, kdy elektrárna vyrábí proud. V případě volné kapacity zapojuje OPDS spotřebiče, případně zajišťuje dobíjení baterií tak, aby byla v maximální míře využita kapacita zdroje při nulovém přetoku elektrické energie do distribuční soustavy.” Množství záložních bateriových sestav lze instalovat v závislosti na spotřebě a počtu používaných elektrospotřebičů. Elektrická energie z bateriového systému je využívána v době, kdy FVE nepracuje.

Dům budoucnosti

Dům s takto nastaveným systémem je již v provozu v jižních Čechách v Libějovicích u Vodňan. Nejde o klasický rodinný dům, ale o restauraci, jejíž provoz je z hlediska spotřeby elektrické energie náročnější. „Hybridní systém tohoto typu je novou možností, jak maximálně snížit náklady na elektrickou energii,” vysvětluje František Michálek a pokračuje: „Dům není fakticky oddělen od distribuční soustavy, přesto však solární sestava síť nijak neovlivňuje ani neohrožuje, neboť přetok energie je zde hlídaný a regulovaný tak, aby do sítě neodcházel žádný proud.” Zatím se tedy nejedná o klasický ostrovní systém, kdy je zařízení galvanicky zcela odděleno od distribuční sítě, jde „pouze” o zabezpečení přetoků elektrické energie do DS. V případě nižší výroby energie, než je její spotřeba, nebo v době, kdy zdroj není v provozu, je potřebná energie odebírána z DS. Hybridní systémy určitých typů již fungují, zvláštností tohoto domu je právě zmíněná regulace spotřebičů. „Protože jde vlastně o prototyp, jsou ve spolupráci s E.ON nyní měřeny přetoky a probíhá seřizování. Ale když jsme tuto instalaci v červenci navrhovali, restaurace ještě nefungovala v plném provozu, od té doby se již spotřeba několikanásobně zvýšila, takže dnes je FVE sestava nedostačující a budeme ji po dohodě s majitelem rozšiřovat. Stejně tak bude nutné zvýšit kapacitu baterií, případně by byly použity Li-Fe baterie, které mají větší počet nabíjecích cyklů. Pak bude možné připojit na tyto zdroje i spotřebiče, u nichž majitel požaduje, aby běžely stále. Výhledově investor uvažuje o zcela samostatném ostrovním systému. Jen pro zajímavost – stalo se, že vypadl hlavní jistič, a majitelé to vůbec nepoznali. Zjistili to až po nějaké době, když nešly zásuvky.”

Rozpočet na podobnou soustavu se liší podle konkrétních podmínek, ale dá se říci, že stávající zapojení pro objekt podobného typu představuje náklady ve výši asi 300 tisíc Kč, ostrovní systém by vyžadoval další investici v hodnotě asi 120 tisíc Kč. Návratnost je tak odhadována na 10 až 15 let. Ideální možností by bylo provozování několika typů obnovitelných zdrojů najednou, například větrnou elektrárnu a FVE, což se jeví jako další krok. „Při posuzování možností vybudování podobného systému je vždy základem spotřeba konkrétního objektu,” uvádí František Michálek. „Nejdříve řešíme, zda jde o jednofázový nebo třífázový systém, pak je nutné spočítat spotřeby v jednotlivých fázích a samozřejmě součet odběrů jednotlivých spotřebičů v dané fázi. Když známe výši spotřeby, řešíme technickou stránku věci – kolik panelů jsme schopni umístit na střechu a kolik energie lze v soustavě objektivně vyrobit jak v létě, tak v zimě, a najít optimální střed z těchto hodnot, aby elektrárna nebyla zbytečně velká, a nebylo nutné ji omezovat, nebo naopak malá s nedostatečným výkonem.”

Typy systémových variant

Prvním systémem tohoto typu (hybridní systém) je již zmíněná soustava s připojením k distribuční síti v domě v Libějovicích. „Tvoří ho panely, střídače, ale zde je navíc i náš OPDS,” doplňuje František Michálek. „Z vyrobené energie zajišťujeme nabíjení baterií, spínání spotřebičů, zapojených v sekci, a provozujeme třífázový systém. Všechno ostatní je napájeno z baterií. V případě, že jsou baterie nabité a objekt nevykazuje žádnou spotřebu, střídače fotovoltaiky se vypnou a nedojde tedy k přetoku, je to uzavřený cyklus. V případě, kdy FVE nezajistí dostatečný objem energie, například když jsou panely zapadané sněhem, a nejsou ani nabité baterie, odebírá dům potřebnou energii ze sítě.”

Baterie jsou v tomto případě celkem malé, neboť energie z FVE zatím napájí světelné okruhy, záložní zdroj pro čerpadlo vody, oběhová čerpadla topení a podobně, zbytek spotřeby je zajištěn ze sítě. Ve výsledku může klesnout odběr energie takového rodinného domu třeba na 10 až 15 %, záleží samozřejmě na kategoriích spotřebičů a systému vytápění.

Může ale jít i o zcela samostatný ostrovní systém, úplně izolovaný od distribuční sítě. Jeho součástí je určitý počet panelů FVE na střeše, regulátor nabíjení a baterie o kapacitě, která je kapacitně rovná spotřebě domu. A musí zde být střídač, který převádí napětí 24 nebo 48 V na napětí 230 V. V tomto případě je zatím do určité míry problematickou, a také poměrně drahou záležitostí třífázové provedení, protože tyto spotřebiče jsou energeticky náročnější.