Slunce, vítr, bioplyn – inovací v oblasti energetiky přibývá jako hub po dešti, ale jejich aplikace v praxi je mnohem pomalejší. Které z nich můžete skutečně využít, pokud se alespoň částečně chcete stát nezávislými na energetických sítích?
Fotovoltaické panely si už může dovolit každý
Fotovoltaické panely (vyrábějící elektřinu) i solární panely (sloužící k ohřevu teplé vody a vytápění) jsou díky klesajícím cenám dostupnější pro stále více domácností. Jejich provoz nemá negativní vliv na životní prostředí, je relativně tichý a bezúdržbový, nepočítáme-li výměnu baterií či komponent z důvodu poruchy.
Jejich používání přeje i podnebí – slunečných dní přibývá a sluneční záření je každým rokem intenzivnější. Základním předpokladem pro jejich využití je střecha s dostatečně velkou plochou orientovanou na jih. U rodinných domů to nebývá problém, horší to ale může být v případě menších chat nebo moderních mini domů (tzv. tiny house).
Obrovskou výhodou fotovoltaiky je škálovatelnost výkonu a parametrů. Pokud nejste nároční, na chatě můžete využívat jednoduchý systém s jedním nebo více panely o výkonu 100 Wp (p = peak, tedy špičkový výkon) a 12 V regulátorem, který bude dobíjet trakční baterii (podobná jako autobaterie, ale k trvalému zatížení). LED osvětlení na 12 V je běžně dostupné, 230 V pro větší spotřebiče pak získáte z malého měniče.
Tip pro vás:
Pokud je výkon vašeho fotovoltaického systému na chatě nízký, můžete si baterii nosit na nabití domů.
Samozřejmě, pro delší pobyty na chatě nebo celoroční využití fotovoltaiky v domě mají smysl robustnější systémy s regulátorem a velkým střídačem. Ten vyrábí přímo 230 V, resp. třífázových 400 V, přičemž takové sestavy dokáží trvale dodávat výkony v řádech kW i vyšších.
Pro ilustraci – mírně předimenzovaná sestava o výkonu 4 kWp dokáže během letního dlouhého slunečného dne vyrobit 30 kWh energie. Pokud je ale celý den zataženo, může to být pouze 0,3 kWh. Vše záleží na místních podmínkách, výkonu panelů a střídače, ale také na kapacitě baterií – energii totiž někde potřebujete i uskladnit. Pochopitelně platí, že čím lepší parametry, tím vyšší bude muset být vaše investice.
| Spotřebič | Orientační spotřeba |
| 43″ (110 cm) LED televizor | 0,7 kWh za 10 h provozu |
| 5 W LED žárovka | 0,05 kWh za 10 h svícení |
| Wi-Fi router s 5 W adaptérem | 0,12 kWh za 24 h |
| Stolní počítač pro kancelářskou práci (80 W bez monitoru) | 0,8 kWh za 10 h |
| Notebook pro kancelářskou práci (30 W) | 0,3 kWh za 10 h |
| Praní v pračce | 1 – 1,5 kWh |
Tabulka – Orientační spotřeba elektřiny běžných spotřebičů v domácnosti.
Pokud nebudete fotovoltaický systém s bateriemi využívat v ostrovním (off-grid), ale v hybridním režimu s napojením na rozvodnou síť, bude vám stačit nižší kapacita baterií. V případě provozu v tzv. on-grid režimu, tedy s fotovoltaikou trvale připojenou k rozvodné síti, nemusíte baterie kupovat vůbec. Distributoři elektřiny totiž nabízejí službu tzv. virtuální baterie. Přebytečnou energii, kterou nemáte kde uskladnit, jednoduše pošlete do rozvodné sítě. Později si ji můžete vzít zpět ve stejném objemu, přičemž zaplatíte jen poplatky za distribuci, případně malý měsíční poplatek za poskytování služby.
Účinnější fotovoltaické panely i díky inovativním materiálům
Ze tří používaných typů se v současnosti používají převážně monokrystalické fotovoltaické panely, které mají nejvyšší celkovou účinnost – téměř 20 %. Polykrystalické a amorfní panely se kvůli jejich nízké celkové účinnosti přestávají vyrábět. Jejich výhodou byl vyšší výkon při slabším slunečním svitu, tuto výhodu ale již monokrystalické panely díky své vysoké celkové účinnosti smazaly.
Moderním trendem je využívání half-cell článků (označované také half-cut) s nižším vnitřním odporem a nižší náchylností na mikrotrhliny. Technologie PERC s odrazovou vrstvou na zadní straně panelu článkům umožňuje absorbovat i část takto odraženého světla a zvýšit účinnost o 1–2 %.
Existují také oboustranné fotovoltaické panely (bifacial) se solárními články i na zadní straně – využívají odrazu světla z plochy za panelem. Jejich cena a vyšší náklady na montáž na střechu domu ovšem převyšují jejich benefity (využití nacházejí v jiných typech prostředí).
Většina současných fotovoltaických panelů je z křemíku, nicméně slibným inovativním materiálem je tzv. perovskit (titaničitan vápenatý), který nabízí sice nižší účinnost, ale také mnohem nižší náklady na výrobu. V kombinaci perovskitu s jinými materiály, např. právě s křemíkem, ale vědci předpokládají účinnost panelů až 30 %, což je o 50 % více než u čistě křemíkových. Navíc se takovéto fotovoltaické panely budou dát vyrobit jako průhledné, takže je budete moci umístit i do okenních skel nebo na fasády domů.
Větrné turbíny nevyužijete
Rozumným minimem pro uplatnění větrné energie je průměrná roční rychlost větru alespoň 4 m/s pro malé turbíny a alespoň 5,8 m/s pro velké turbíny ve větrných elektrárnách.
Inovace pro větrné turbíny spočívají zejména ve vylepšování konstrukce rotorů. Zatímco pro velké větrné elektrárny jsou typické horizontální rotory (HAWT, osa otáčení rovnoběžně se zemí) o průměru desítek metrů, v menším měřítku jsou stále oblíbenější i ty vertikální (VAWT) s osou otáčení kolmo k zemi.
Rotor pak přes převodovku pohání generátor, v domácích podmínkách nejčastěji s permanentními magnety. Výstupní napětí je nejčastěji 12, 24 nebo 48 V. Nezbytností je speciální regulátor, který zajistí, aby bylo napětí plus-minus při různých otáčkách (různé rychlosti větru) konstantní. Důležitou součástí systému je umělá zátěž, která slouží jako brzda. Ve stavu naprázdno (bez odběru proudu) by rotor mohl snadno překročit maximální konstrukční otáčky a mohl by se poškodit. Chcete-li napájet 230 V elektroinstalaci, budete stejně jako u fotovoltaiky potřebovat i vhodný střídač.
I v segmentu větrných turbín naleznete menší modely s výkonem v desítkách či stovkách W nebo v řádech kW. Rozumným maximem je podle názorů odborníků 1 kW, protože čím výkonnější je turbína, tím intenzivnější vítr potřebuje, aby dosahovala rozumné účinnosti. Např. větrná turbína s nominálním výkonem 1 kW při 11 m/s dosahuje při 7 m/s pouhých 300 W.
Větrné turbíny vyrábějí energii spíše nárazově. Příklad z praxe ukazuje, že 1 kW turbína vyrobila za celý rok 92 kWh elektřiny, ale z toho 16,5 kWh (téměř 20 %) během 9 největrnějších dnů roku. Větrná turbína tedy může být dalším vaším krokem k energetické nezávislosti, sama o sobě toho ale moc nezmůže. Doplnit ní fotovoltaický systém má význam pouze v případě, že máte přebytečnou energii kde uskladnit, např. disponujete předimenzovaným bateriovým úložištěm pro fotovoltaiku.
Vytlačí kogenerační jednotky elektrocentrály?
Samozřejmým řešením nezávislosti na el. rozvodné síti je pro mnohé elektrocentrála. Ta má ale několik nevýhod. V první řadě je to vysoká hlučnost a emise, ale také relativně nízká účinnost a tím pádem neekonomický provoz. Kromě toho, pro trvalý chod potřebujete spolehlivé řešení v podobě stacionární elektrocentrály, která bude mít vyřešený přívod vzduchu, odvod spalin a odhlučnění. Běžné elektrocentrály používané např. na staveništích nebo při kempování totiž nejsou určeny k nepřetržitému provozu.
Ekonomickou a ekologickou stránku může částečně řešit použití alternativního paliva, jako je zemní nebo kapalný plyn, případně bioplyn. Účinnost spalovacího motoru však stále dosahuje max. 40 %, zbytek se vyzáří jako teplo. Tento problém řeší tzv. kogenerační jednotky, které jsou rovněž osazeny spalovacími motory, ale přebytečné teplo odvádějí do otopné soustavy objektu. Započítáme-li teplo i elektřinu, jejich celková účinnost dosáhne i 95 %.
Nevýhodou je, že výkon kogeneračních jednotek začíná někde na 6 kW elektrických a 14,9 kW termických. To je pro běžné rodinné domy prostě zbytečně moc – moderní a dobře zateplený dům o rozloze 100 m2 potřebuje trvale cca 0,5 kW elektřiny a 7 kW tepla. Uvažovat o nich má tedy smysl pouze v případě větších objektů, v lokalitách s dlouhou topnou sezónou nebo tam, kde přebytek tepla zužitkujete, např. na vyhřívání bazénu.
Pro rodinné domy je zajímavou alternativou mikrokogenerační jednotka s palivovým článkem. Ta vyrábí elektřinu z vodíku, který si zase sama vyrábí z dodaného zemního plynu. Při el. výkonu 1 kW vyrobí 1,8–3,3 kW tepla, což je mnohem příznivější (zbytek tepla dodá plynový kotel).
Existují také mikrokogenerační jednotky na bázi tichého jednoválcového spalovacího motoru pracujícího v Atkinsonově cyklu nebo na bázi Stirlingova motoru s vnějším spalováním. První prototypy už byly otestovány a jsou v prodeji, ale masové rozšíření je teprve čeká.
Vítězi jsou fotovoltaické panely a kogenerační jednotky
Možností domácí výroby elektřiny je mnoho. Jejich správná kombinace závisí nejen na výši investice, ale také na místních podmínkách. Nejlépe a nejuniverzálněji zatím vycházejí fotovoltaické panely, případně doplněné o kogenerační jednotku, která poběží během topné sezóny.
Situaci mohou změnit technologie podporující decentralizovanou domácí výrobu elektřiny. Patří mezi ně např. již zmiňovaná virtuální baterie, ukládání elektřiny do baterií elektromobilů, inteligentně řízené rozvodné sítě, rotační úložiště se setrvačníky apod.
K úspoře a energetické nezávislosti vám zároveň může pomoci optimalizace spotřeby. Při současných přebytcích energie totiž úsporné spotřebiče často zapomínáme používat racionálně a bez plýtvání.
